月季種質(zhì)資源親緣關(guān)系研究進(jìn)展

李東麗， 高述民， 趙惠恩， 王曉旭

(1. 北京林業(yè)大學(xué) 生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100083; 2. 北京林業(yè)大學(xué) 園林學(xué)院，北京 100083)

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月季種質(zhì)資源親緣關(guān)系研究進(jìn)展

李東麗1， 高述民1， 趙惠恩2， 王曉旭1

(1. 北京林業(yè)大學(xué) 生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100083; 2. 北京林業(yè)大學(xué) 園林學(xué)院，北京 100083)

摘要月季種質(zhì)資源親緣關(guān)系的研究方法包括形態(tài)學(xué)、孢粉學(xué)、細(xì)胞學(xué)、生化分析和DNA分子標(biāo)記，隨著DNA分子標(biāo)記的不斷創(chuàng)新和完善，其在月季親緣關(guān)系研究中發(fā)揮著越來越重要的作用。遠(yuǎn)緣雜交育種作為月季種質(zhì)創(chuàng)新的重要途徑，種質(zhì)親緣關(guān)系的研究可為雜交親本的選擇提供參考。綜述了月季種質(zhì)親緣關(guān)系的研究進(jìn)展，為探討月季種質(zhì)起源、進(jìn)化、分類、遺傳多樣性分析、分子標(biāo)記輔助育種等研究奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞月季；種質(zhì)資源；親緣關(guān)系

Research advances in the genetic relationship of rose germplasm resources

LI Dong-li1, GAO Shu-min1, ZHAO Hui-en2, WANG Xiao-xu1

(1. College of Biological Sciences and Biotechnology; 2. School of Landscape Architecture,Beijing Forestry University, Beijing 100083, China )

Abstract The methods for research on the relationship of rose germplasm resources included morphology, palynology, cytology, biochemical analysis and DNA molecular markers. With constant innovation and improvement of DNA molecular marker, it has become more and more important in the study of rose relationship. The analysis of the relationship can provide references for the parent selection in breeding of distant hybridization that was an important way for rose germplasm innovation. This paper reviewed the research progress in the genetic relationship of rose germplasm resources. Therefore, it can provide a basis for exploring the origin, evolution, classification, genetic diversity analysis, and marker-assisted seletion of rose germplasm resources.

Keywords Rose; germplasm resources; genetic relationship

月季(RosahybridaL.)屬于薔薇科(Rosaceae)薔薇屬(Rosa)植物，全世界約有200種[1]，我國現(xiàn)采用世界月季協(xié)會聯(lián)合會(World Federation of Rose Society，WFRS)通過的月季園藝分類法將其分為野生薔薇、古代月季和現(xiàn)代月季3大類，并進(jìn)一步將中國原產(chǎn)和引種的115種薔薇屬植物分為2個(gè)亞屬、11個(gè)組和26個(gè)園藝品種群[2]。據(jù)ModernRosesⅫ 收錄統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)代月季品種約30 000個(gè)[3]?，F(xiàn)代月季歷經(jīng)近200年的發(fā)展歷程，反復(fù)的雜交與回交使得月季種質(zhì)資源間親緣關(guān)系變得模糊不清和復(fù)雜化，這給育種工作帶來極大困難。月季種質(zhì)親緣關(guān)系的研究方法包括形態(tài)學(xué)、孢粉學(xué)、細(xì)胞學(xué)、生化分析和DNA分子標(biāo)記技術(shù)。本文對以上幾方面研究進(jìn)展作一簡要概述，并對月季種質(zhì)資源進(jìn)一步研究和種質(zhì)創(chuàng)新做出展望。

1月季親緣關(guān)系的形態(tài)學(xué)研究

月季分類主要依據(jù)種源、株型、生長習(xí)性和花型、花色等形態(tài)特征[2]，月季種質(zhì)分類與親緣關(guān)系的研究密切相關(guān)。月季、玫瑰和薔薇有“薔薇三姐妹”之稱，它們外形相似、容易混淆，孟小華等[4]對其葉、花、果實(shí)及生態(tài)習(xí)性等特征進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)月季與玫瑰較為親近，二者與薔薇關(guān)系遠(yuǎn)些。數(shù)量分類學(xué)自產(chǎn)生以來，在植物分類和親緣關(guān)系研究中廣為應(yīng)用。研究表明現(xiàn)代月季不同類型間存在交叉，如藤蔓月季與茶香月季、微型月季與地被月季、雜交茶香和藤蔓月季與豐花月季的不同品種聚為一類[5]，說明它們的親緣關(guān)系較近，推測不同類群月季品種間進(jìn)行著遺傳信息的交換。

形態(tài)學(xué)作為月季種質(zhì)資源分類和親緣關(guān)系分析的主要方法，具有簡便和直觀可見的特點(diǎn)，并通過數(shù)量分類學(xué)和計(jì)算機(jī)處理，很大程度上減少人為誤差，提高了結(jié)論的客觀性和準(zhǔn)確性。但月季種質(zhì)形態(tài)特征易受環(huán)境等外界因素影響，加之多數(shù)引進(jìn)的現(xiàn)代月季品種命名尚無統(tǒng)一規(guī)定，造成月季同物異名、同名異物的現(xiàn)象，給分類帶來很大困難。因此，以形態(tài)學(xué)為主，可結(jié)合其他分類方法對月季種質(zhì)資源進(jìn)行綜合分析。

2月季親緣關(guān)系的孢粉學(xué)研究

被子植物花粉形態(tài)在進(jìn)化過程中具有較強(qiáng)的保守性，花粉大小、形狀、外壁紋飾、萌發(fā)溝等形態(tài)特征可作為植物起源、進(jìn)化、分類和親緣關(guān)系等研究的重要依據(jù)[6, 7]。月季種質(zhì)孢粉學(xué)研究中花粉外壁紋飾常作為主要研究對象，對揭示種質(zhì)資源親緣關(guān)系具有重要參考價(jià)值。孫佳等[8]對10個(gè)微型月季品種的花粉形態(tài)進(jìn)行研究，聚類分析將所有樣品分為3組，發(fā)現(xiàn)不同品種間花粉形狀、萌發(fā)溝等特征相近，而外壁紋飾差異較大。白錦榮等[9]依據(jù)花粉外壁紋飾對材料進(jìn)行聚類分析，根據(jù)孔穴密度的差異將表型相似的“月月粉”與“月月紅”區(qū)分開來，說明花粉外壁紋飾可作為典型特征為分類提供依據(jù)；進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)“四面鏡”花粉粒大且單獨(dú)聚為一組，表明它與其他品種的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，推測‘四面鏡’可能為較原始的類型。

月季花粉形態(tài)特征尤其是花粉外壁紋飾在不同種及品種間差異明顯，并可穩(wěn)定遺傳，對探討種質(zhì)資源的演化、分類、品種鑒定和親緣關(guān)系分析等研究具有重要參考價(jià)值。但花粉的采集、固定以及形態(tài)描述等過程中摻有很多人為因素，加之部分月季品種存在花粉敗育的現(xiàn)象，因此，單純以花粉形態(tài)特征研究月季種質(zhì)分類和親緣關(guān)系等有失客觀性，可結(jié)合形態(tài)學(xué)、細(xì)胞學(xué)、生化分析和分子方法等進(jìn)行綜合研究。

3月季親緣關(guān)系的細(xì)胞學(xué)研究

細(xì)胞學(xué)研究內(nèi)容包括染色體的數(shù)目、核型分析、帶型分析、染色體分裂行為等，其中染色體倍性和核型分析在月季種質(zhì)資源親緣關(guān)系的研究中多有涉及[10]。

于超等[11]對新疆地區(qū)13份野生薔薇種質(zhì)的核型分析表明，有7個(gè)二倍體和6個(gè)四倍體，其中3個(gè)彎刺薔薇(2n=2x=14)個(gè)體的核型類型均為2A，說明核型分析可作為研究親緣關(guān)系的有效方法。張婷等[12]研究發(fā)現(xiàn)古老月季匍匐紅(2n=2x=14)與四面鏡(2n=3x=21)核型類型為1A，青蓮學(xué)士(2n=3x=21)與紫香絨(2n=4x=28)為2A，由此推測四面鏡的二倍體親本、青蓮學(xué)士的四倍體親本分別與匍匐紅和紫香絨的親緣關(guān)系較為接近。物種進(jìn)化與親緣關(guān)系的研究相輔相成，研究表明，古老月季染色體倍性和核型不對稱系數(shù)與進(jìn)化程度呈正相關(guān)[13， 14]，通過對香水月季原變種、大花變種、桔黃變種和粉紅變種4個(gè)變種類型的研究，發(fā)現(xiàn)僅粉紅變種存在1B類型，其余變種均為1A型，說明粉紅香水月季變種可能為較進(jìn)化品種[15]。此外，細(xì)胞流式術(shù)和熒光原位雜交技術(shù)在月季種質(zhì)細(xì)胞學(xué)研究中也有應(yīng)用[16， 17]，如Li等[16]采用細(xì)胞流式術(shù)對古老月季進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)二倍體中國月季的產(chǎn)生源于古老月季種間雜交，而三倍體和四倍體是中國古老月季與歐洲古老月季雜交的結(jié)果。染色體作為遺傳信息的載體，遺傳相對穩(wěn)定，通過對物種染色體倍性和核型進(jìn)行分析，同時(shí)結(jié)合染色體顯帶技術(shù)，可為探討月季近緣種或品種親緣關(guān)系的研究提供重要參考。

4月季親緣關(guān)系的生化分析研究

同工酶是指具有不同分子結(jié)構(gòu)、可催化相同或相似底物發(fā)生反應(yīng)的一類酶[18]，它是基因表達(dá)的直接產(chǎn)物，遺傳特性穩(wěn)定，為物種進(jìn)化、遺傳多樣性分析、親緣關(guān)系分析等研究中最常用的生化標(biāo)記方法[19]。目前，月季種質(zhì)資源親緣關(guān)系研究中關(guān)于同工酶的報(bào)道較少。

付炳生等[20]以7種野生薔薇植物及10個(gè)不同表型的野玫瑰子代為研究對象，對過氧化物酶同工酶酶帶進(jìn)行聚類分析，表明野玫瑰、山刺玫和刺薔薇3者的親緣關(guān)系較近，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)部分野玫瑰子代與山刺玫和刺薔薇聚在一起，說明野玫瑰與后兩者之間存在雜交的現(xiàn)象。劉承源等[21]采用過氧化物酶同工酶研究了27份薔薇植物的親緣關(guān)系，發(fā)現(xiàn)香水月季與懸鉤子薔薇的遺傳相似系數(shù)為1.0，可見兩者親緣關(guān)系十分相近，再次驗(yàn)證了月季組與合柱組之間的親緣關(guān)系較近，推測二者可能具有相同起源。同工酶在月季種質(zhì)資源的研究中發(fā)揮了很大作用，但同工酶受器官發(fā)育階段的影響很大，且可用于分析的同工酶數(shù)量少，研究過程中取樣時(shí)間、取材部位等因素直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此應(yīng)加深對月季同工酶的開發(fā)和研究。

5DNA分子標(biāo)記技術(shù)

近年來，DNA分子標(biāo)記技術(shù)不斷發(fā)展和更新，在植物種質(zhì)起源、系統(tǒng)進(jìn)化、遺傳多樣性分析、親緣關(guān)系分析、遺傳圖譜構(gòu)建、分子標(biāo)記選擇育種等研究中廣泛應(yīng)用[22-24]。月季種質(zhì)資源親緣關(guān)系研究中常用的分子標(biāo)記方法有以下幾種：隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性(RAPD)、擴(kuò)增片段長度多態(tài)性(AFLP)、簡單序列重復(fù)或微衛(wèi)星標(biāo)記(SSR)、簡單序列重復(fù)區(qū)間(ISSR)等。

Chakrabarty等[25]對6個(gè)親本及12個(gè)突變體現(xiàn)代月季品種的RAPD標(biāo)記研究表明，親本與其相應(yīng)的突變體之間遺傳相似系數(shù)可達(dá)0.9，說明它們之間的親緣關(guān)系很近。Koopman等[26]采用AFLP標(biāo)記對92份薔薇種質(zhì)的親緣關(guān)系進(jìn)行研究，聚類分析將供試樣品分為歐洲和東方薔薇兩大類。伊朗是大馬士革薔薇分布的中心地帶，通過對伊朗和巴基斯坦大馬士革薔薇的SSR標(biāo)記研究表明，后者與伊朗三省份Isfahan，Kerman和Fars的大馬士革薔薇親緣關(guān)系較近[27]。邱顯欽等[28]對48份云南月季種質(zhì)親緣關(guān)系進(jìn)行SSR標(biāo)記研究，發(fā)現(xiàn)多數(shù)現(xiàn)代月季品種與大部分古代月季品種及5個(gè)野生品種聚為一類，再次驗(yàn)證了現(xiàn)代月季是古代月季和野生種雜交的結(jié)果。周俐宏等[29]基于ISSR分子標(biāo)記將藤本月季和豐花月季部分品種聚為一類，表明這兩種月季類型的親緣關(guān)系較近，間接說明二者之間存在基因滲透現(xiàn)象。此外，研究者還采用葉綠體和核糖體基因非編碼序列對月季種質(zhì)資源進(jìn)化和親緣關(guān)系展開研究[30， 31]，發(fā)現(xiàn)月季組和合柱組植物并非單起源，且二者與狗薔薇組和法國薔薇組之間親緣關(guān)系較近。

DNA分子標(biāo)記在月季種質(zhì)資源親緣關(guān)系研究中，與以上幾種方法相比，具有顯著優(yōu)勢。首先，個(gè)體基因組相對穩(wěn)定，取材不受時(shí)間和環(huán)境等外界因素的影響與限制；其次，基因組所包含的遺傳信息豐富，易于進(jìn)行分子標(biāo)記；再者，多數(shù)分子標(biāo)記表現(xiàn)為共顯性，可鑒別出物種的基因型為純合或雜合。因此，DNA分子標(biāo)記更簡便、可靠和高效，對月季種質(zhì)親緣關(guān)系分析、起源、進(jìn)化和育種等研究意義重大。

6展望

月季種質(zhì)資源親緣關(guān)系的研究從形態(tài)學(xué)、孢粉學(xué)、細(xì)胞學(xué)、生化分析到DNA分子標(biāo)記逐層深入，隨著DNA分子標(biāo)記技術(shù)的不斷創(chuàng)新和完善，可在分子水平上對月季種質(zhì)親緣關(guān)系作更加準(zhǔn)確、可靠的研究和分析。月季種質(zhì)資源親緣關(guān)系的研究可為遠(yuǎn)緣雜交中親本的選擇提供參考，遠(yuǎn)緣雜交可將野生薔薇種質(zhì)中所蘊(yùn)含的優(yōu)良性狀如抗病、抗旱、耐寒、抗熱等[32]帶入到現(xiàn)代月季中，從而改善現(xiàn)代月季抗性弱、生活力差的狀況。月季育種專家對現(xiàn)代月季的培育目標(biāo)既包括花型、花色等表型性狀，同時(shí)又更多地關(guān)注月季的抗性、花香等研究，如抗黑斑病基因Rdr3[33]以及花香揮發(fā)性成分合成途徑[34， 35]的研究等。此外，DNA分子標(biāo)記技術(shù)對月季育種研究具有重要指導(dǎo)作用，完整的標(biāo)記-性狀關(guān)聯(lián)尚未建立，這正是分子標(biāo)記輔助育種中亟待解決的問題。

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中圖分類號Q346+.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號2095-1736(2016)02-0103-03

作者簡介：李東麗，碩士研究生，主要從事植物生長發(fā)育與系統(tǒng)進(jìn)化研究，E-mail:13269890293@163.com；通信作者：王曉旭，博士，副教授，主要從事植源剩余物等生物質(zhì)資源在瀕危植物保護(hù)中應(yīng)用、植源生物肥等研究， E-mail:career@bjfu.edu.cn。

基金項(xiàng)目：北京市園林綠化局青年科技專項(xiàng)(京科綠研2014-4-9)

收稿日期：2015-11-26；修回日期：2015-12-06

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2016.02.103