示例
以土豆為例(圖1)。假設我們想培育一個抗
土豆晚疫病的新品種,但問題是土豆
晚疫病的抗性(好性狀)和一些不好的性狀(如高毒素含量或容易變黑)很容易一起傳遞到後代中。傳統的育種方法是,將有抗性的野生土豆和栽培土豆雜交,我們就要從雜交的後代里篩選出抗晚疫病,同時毒素含量較低並且不容易變黑的土豆進行下一輪雜交。但是通過這種方法,我們需要進行十年甚至幾十年的努力才能得到我們需要的品種。而當我們花了二十年終於得到了這個抗病品種的時候,很可能這個抗病能力已經被病原克服(即抗病基因失效)了。
對於
分子育種家,我們知道了土豆的
基因組序列,一共有12條
染色體,圖1中藍色的方塊就代表這些分子標記,紅色代表我們需要的晚疫病
抗性基因,灰色方塊代表和抗性基因距離很近的“不好的”基因,我們的
育種目標是只保留抗病基因,而避免高毒素或者容易變黑等不好的性狀。有了分子標記,不需要再像
傳統育種項目那樣進行大規模的表型測試,只需要提取
雜交後代的DNA, 然後利用已有的分子標記對這些材料進行基因型篩選就好。如果把基因組想成一副地圖,那么分子標記就是基因組的“路標”,有了這些“路標”我們就能知道“具體建築”(基因)的位置。
我們需要保留紅色的“晚疫病抗性基因”,但同時要去掉
茄鹼和褐化基因,我們要做的就是尋找帶有標記1和標記2,同時不帶有標記3和標記4的個體。當然,受限於群體數量,我們還是要反覆進行幾輪迴交從而篩選掉大部分野生型的基因組。
所以有了分子標記這個工具,可以大大加速植物育種,同時讓育種項目的目標和結果都變得更加容易掌控。
不足
1、分子標記從哪兒來?
如果需要進行
分子標記育種,我們首先要獲得分子標記的
連鎖圖譜,這個任務的工作量巨大,需要大量的時間和經費去開發這些分子標記,在某些作物里也許可以找到部分公開的資源,但是更多的信息掌握在公司手裡,如果想用需要拿錢來買。
2、如果我們想要的性狀來自不可雜交的材料里怎么辦?
野生土豆和栽培土豆(
Solanum tuberosum),並不是同一物種,但是一些品種仍舊可以通過各種方式與栽培土豆進行
種間雜交從而豐富土豆的
基因庫。但是仍舊有一些物種無法和栽培土豆進行雜交。這時候就算我們有再多的分子標記信息,也無法使用。
(作者註:野生土豆說是不同物種(
species)應該沒問題, 和品種(
variety)不太一樣,他們都是茄屬的但是拉丁名都和栽培土豆不同,比如栽培土豆是
Solaum tuberosum,一種野生土豆
Solanum commersonii, 栽培
番茄Solanum lycopersicum ,茄子
Solanum melongena。)
這時候分子標記育種就完全無計可施了。儘管人類在尋找和收集各種野生材料,從而豐富基因庫的多樣性,但是有時候這還不夠,比如木瓜曾一度被
番木瓜環斑病毒(PRSV)搞得快要滅絕,幸虧有科學家將這種病毒的一個基因轉入木瓜,才讓木瓜不至於滅絕。
研究成果