分子标记辅助植物育种是园艺和农业领域进行目标作物改良的有力技术。它取决于理想的表型特征与特定的遗传标记之间的相关性。这可以通过将遗传标记价值的变异与表型性状的变异联系起来的统计模型来确定，如图1。因此，它取决于三种技术的融合：建立具有遗传特征(因而有标记)的种群，高通量筛选和统计。

　　数量性状位点可以通过关联作图、连锁作图或两者结合来检测。在关联映射中，一个物种的大量不同品种可以用来识别与理想表型相关的标记。关联映射的一个优点是，众多的遗传标记之间是多态的(图2)允许高映射分辨率和高等位基因多样性(图2)提供了更大的机会发现有趣的遗传因素。

　　图1基因定位的过程，特殊的表型特征取决于一个统计模型(a)，该模型描述一个遗传标记(d)上的等位基因值和一个表型值(b)之间的关系。对于n个植物的集合，每一个都有一个特定的表型值y，这个模型假设每个个体都有一个遗传标记x(x1. .xn)，关系概括在方程a中。一旦参数α和β被估计，每个标记的β的p值就被计算出来，并被可视化为一个LOD图(c)。p值低表明标记(x)在决定表型(y)中具有重要作用。

　　图2 关联作图和连锁作图(利用重组自交系(RIL)等定位群体)是使用不同的映射种群鉴定表型性状遗传基础的两种不同策略。在关联映射的情况下，为野生型种质集合确定大量标记的值，高达105到106。由于它们共同表达的形态、解剖、本体论、生理等特性的多样性(图中只显示了两种特性)，这些多样性个体基因型的集合占据了巨大的表现型空间。由于每个基因(A、B、C、D等)可能存在大量等位基因，该集合还具有多样化的基因型空间。在连锁作图的情况下，作图群体通常来自两个种质或单个基因型，与关联作图集合相比，这很可能只占潜在表型空间的一小部分，基于一个小得多的基因型空间。由于群体是基于亲本基因型之间存在的基因多样性。

　　表型的目的是描述植物的解剖、本体论、生理、生化等特性，即图1中的y。虽然有大量的高通量筛选技术可用，但实时筛选技术通常是基于某些成像技术，如叶绿素荧光成像(chlorophyll fluorescence imaging，CFI)(图3)，作为一种快速、非接触的光学技术，高通量叶绿素荧光成像测量的可用性为获得基因定位过程所必需的生理数据的一系列策略打开了大门。从荧光中获得的ΦPSII参数是用于CO2固定的光利用效率的一个有用的指标，并将使光合参数的遗传因子的定位成为可能。一旦鉴定出这些位点，就可以利用标记辅助育种来改善光合特性。

　　图3 瓦赫宁根大学的高通量叶绿素荧光测量(光合表型)平台Phenovator(商业化后叫做PhenoMate)，利用可见光、近红外和叶绿素荧光成像小型植物，如拟南芥。相机连接在机器人x - y运动系统。成像末端(其中包括为各种成像通道提供测量光的led，以及用于特定波长成像的带有滤光轮的相机)可移动到随机选择的植物群体上方。这些植物在单个的岩棉块中水培生长，这些岩棉块安全地固定在黑色塑料盖板下，也为植物图像提供了良好的背景。这些植物都是通过潮汐和洪水系统来灌溉的，整个系统安装在一个生长柜中，以达到良好的环境控制。

　　然而，改进基因定位技术的需求仍然存在。高密度标记基因组的生产仍然是一个主要挑战，这使得它对小型作物(如许多温室观赏植物)不经济。从统计学的角度来看，由于计算能力的限制，更具有生物学真实性的多标记物分析在应用上仍受到限制。高通量筛选将通过更好的光合模型和参数化程序得到改善，特别是使用荧光衍生参数ΦPSII作为输入。三维叶绿素荧光成像技术的发展，在未来将使测量更复杂、成熟的植物成为可能。

　　来源：Harbinson J, Prinzenberg A E, Kruijer W, et al. High throughput screening with chlorophyll fluorescence imaging and its use in crop improvement [J]. Current Opinion in Biotechnology, 2012, 23(2):221-226.

　　编辑：王春颖