蘋(píng)果遺傳圖譜的構(gòu)建與QTL定位研究進(jìn)展

黃金鳳++王冬梅++閆忠業(yè)++呂天星++王穎達(dá)++劉志

摘要：遺傳圖譜構(gòu)建及QTL定位對(duì)蘋(píng)果育種具有十分重要的意義，高密度飽和的遺傳圖譜是有效QTL定位的基礎(chǔ)，QTL定位是基因精細(xì)定位、克隆及后續(xù)指導(dǎo)育種實(shí)踐的基礎(chǔ)。綜述了國(guó)內(nèi)外蘋(píng)果遺傳圖譜構(gòu)建和QTL定位的研究進(jìn)展，其中對(duì)圖譜構(gòu)建綜述包括分子標(biāo)記類(lèi)型及數(shù)目、作圖群體及群體大小的選擇、圖譜距離、連鎖群數(shù)目等，QTL定位綜述內(nèi)容包括國(guó)內(nèi)外抗病、品質(zhì)和農(nóng)藝性狀相關(guān)QTL的研究進(jìn)展，同時(shí)對(duì)圖譜構(gòu)建及QTL定位中存在問(wèn)題進(jìn)行分析并對(duì)發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：蘋(píng)果；遺傳圖譜；QTL定位

中圖分類(lèi)號(hào)： S661.103文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2016）02-0004-05

收稿日期：2015-01-13

基金項(xiàng)目：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)（編號(hào)：CARS-28）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃（編號(hào)：2013BAD02B01-4）。

作者簡(jiǎn)介：黃金鳳（1985—），女，遼寧阜新人，研究實(shí)習(xí)員，主要研究方向?yàn)榉肿訕?biāo)記輔助育種。 E-mail：huangfeng1002@163.com。

通信作者：劉志，博士，研究員，研究方向?yàn)榉肿訕?biāo)記輔助育種。E-mail：lnliuzhi@163.com。[HJ]

蘋(píng)果是世界上除柑橘和香蕉外的第三大水果，也是我國(guó)第一大水果。我國(guó)是世界第一大蘋(píng)果生產(chǎn)國(guó)，蘋(píng)果栽培面積、產(chǎn)量均占世界蘋(píng)果總面積、總產(chǎn)量的40%以上[1]，因此，加快優(yōu)良蘋(píng)果品種選育對(duì)我國(guó)蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有十分重要的意義。果樹(shù)常規(guī)育種手段主要是雜交育種、芽變選種，常規(guī)育種方法周期長(zhǎng)，育種目標(biāo)不夠明確，帶有一定的盲目性，而且效率低，這些特點(diǎn)嚴(yán)重制約蘋(píng)果育種產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。分子標(biāo)記技術(shù)能夠顯著縮短育種年限，未來(lái)分子標(biāo)記育種將成為輔助常規(guī)育種的有效手段。利用分子標(biāo)記技術(shù)構(gòu)建飽和的遺傳圖譜，隨后基于圖譜對(duì)蘋(píng)果的數(shù)量性狀位點(diǎn)（quantitative trait locus，QTL）進(jìn)行定位，是分子標(biāo)記育種的重要組成部分。QTL定位可以使作物復(fù)雜數(shù)量性狀尤其是經(jīng)濟(jì)性狀的遺傳改良和分子操縱成為可能，具有巨大的應(yīng)用前景[2]。

1蘋(píng)果遺傳圖譜的構(gòu)建

1.1用于連鎖圖譜構(gòu)建的分子標(biāo)記

利用遺傳重組率作為基因間的距離而得到的圖譜稱(chēng)為遺傳連鎖圖譜，將分子標(biāo)記技術(shù)應(yīng)用于遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建便產(chǎn)生了分子連鎖圖譜[3]。最早被用于構(gòu)建蘋(píng)果遺傳圖譜的標(biāo)記是同功酶標(biāo)記和RFLP（restriction fragment length polymorphism，限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性）、RAPD（random amplified polymorphismic DNA，隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA）標(biāo)記[4]，隨后AFLP（amplified fragment length polymorphis，擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性）、SCAR（sequence characterized amplified region，序列特異擴(kuò)增區(qū)域）、SSR（simple sequence repeats，簡(jiǎn)單重復(fù)序列）、EST（expressed sequence tag，表達(dá)序列標(biāo)簽）、ISSR（inter-[JP3]simple sequence repeats，簡(jiǎn)單重復(fù)序列間區(qū)）、SRAP（sequence-related amplified polymorphism，相關(guān)序列擴(kuò)增多態(tài)性標(biāo)記）等標(biāo)記陸續(xù)被應(yīng)用到遺傳圖譜構(gòu)建上，伴隨著測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，SNP（single nucleotide polymorphisms，單核苷酸多態(tài)性）也越來(lái)越多地被應(yīng)用在遺傳圖譜構(gòu)建上。相較之前的標(biāo)記，SNP不僅具有多態(tài)性好、廣泛均勻分布于全基因組的特點(diǎn)，而且隨著高通量測(cè)序及生物信息學(xué)數(shù)據(jù)分析技術(shù)的發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模自動(dòng)化檢測(cè)[5]。盡管構(gòu)建圖譜的標(biāo)記方法很多，但每種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，因此，可以將幾種標(biāo)記方法相結(jié)合應(yīng)用于遺傳圖譜構(gòu)建，以發(fā)揮每種標(biāo)記的優(yōu)勢(shì)，最大程度覆蓋蘋(píng)果基因組，更好地為性狀定位甚至后續(xù)基因克隆、功能驗(yàn)證等服務(wù)。

1.2蘋(píng)果作圖群體

果樹(shù)為多年生木本，具有生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、基因組雜合度高等特點(diǎn)，很難通過(guò)雜交獲得純系，很難得到F2群體，一度導(dǎo)致構(gòu)建圖譜工作難以開(kāi)展。“雙假測(cè)交”（double pseudo test cross）理論的提出，使得利用分子標(biāo)記技術(shù)構(gòu)建蘋(píng)果的分子遺傳圖譜成為可能[6]。其原理是高度雜合的果樹(shù)品種親本都相當(dāng)于純合親本的雜種一代，對(duì)親本中所擁有的雜合位點(diǎn)而言，雜交后代相當(dāng)于“F1”自交產(chǎn)生的“F2”群體[7]。因此，蘋(píng)果雜交群體F1代即可用于遺傳作圖，大大簡(jiǎn)化并推動(dòng)了蘋(píng)果遺傳圖譜的構(gòu)建工作[8]。

[BT2-*5]1.3分子連鎖圖譜的構(gòu)建研究進(jìn)展

自1994年Hemmat等構(gòu)建了第1張?zhí)O果遺傳圖譜以來(lái)，世界上至少有幾十張遺傳圖譜被發(fā)表。以Fiesta×Discovery雜交F1群體的267個(gè)后代單株構(gòu)建了目前認(rèn)為是最完整、飽和度最大的蘋(píng)果遺傳連鎖圖譜，該圖譜包含840個(gè)標(biāo)記（475個(gè)AFLP、235個(gè)RAPD、129個(gè)SSR、1個(gè)SCAR分子標(biāo)記）[9]。部分圖譜的基本情況見(jiàn)表1。從表1可以看出，國(guó)外對(duì)蘋(píng)果遺傳圖譜研究中作圖群體大小均在85以上；親本包含品種、品系、砧木等；標(biāo)記類(lèi)型從最初的同工酶標(biāo)記到大規(guī)模測(cè)序開(kāi)發(fā)SNP標(biāo)記，不斷向前發(fā)展；標(biāo)記數(shù)目總體不斷增加，由最初的幾百個(gè)上升到幾千個(gè)；隨著標(biāo)記數(shù)目的增加，圖譜距離也在不斷擴(kuò)大，目前已發(fā)表的最大圖譜距離為1 454.6 cM；連鎖群最終穩(wěn)定為17個(gè)，與染色體組相對(duì)應(yīng)。國(guó)內(nèi)對(duì)蘋(píng)果遺傳圖譜構(gòu)建的研究開(kāi)始較晚，群體、標(biāo)記數(shù)目相對(duì)較少，有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

2蘋(píng)果QTL定位研究進(jìn)展

蘋(píng)果許多農(nóng)藝性狀如果實(shí)大小、產(chǎn)量、成熟期等都是數(shù)量性狀。數(shù)量性狀受多基因控制，因此遺傳基礎(chǔ)比較復(fù)雜，而且表型受環(huán)境因素影響較大，變異呈現(xiàn)出一定的連續(xù)性。數(shù)量性狀定位標(biāo)記的實(shí)質(zhì)是分析QTL與分子標(biāo)記之間的關(guān)系。目前蘋(píng)果的許多QTL已被定位，如抗病性、品質(zhì)、產(chǎn)量等。

2.1抗性相關(guān)QTL

目前，關(guān)于蘋(píng)果抗性相關(guān)QTL研究較多（表2）。抗性相關(guān)QTL包括抗病性、抗逆性等，抗病性研究包括抗黑星病、白粉病、輪紋病、斑點(diǎn)落葉?。ㄕ婢『Γ?、火疫病、冠癭?。?xì)菌病害），其中研究較多的是抗黑星病方面：利用RAPD標(biāo)記尋找與抗黑星病基因連鎖的標(biāo)記，OPAM192200和OPAL07580與Vf遺傳距離為（0.9±0.9）cM[27]?？购谛遣』騕WTBX][STBX]Vd3[WTBZ][STBZ]被定位到LG1上，連鎖的SSR標(biāo)記CH-Vf1，遺傳距離為1 cM[28]。研究表明，抗黑星病基因[WTBX][STBX]Va1[WTBZ][STBZ]被定位在LG1上，與其連鎖的分子標(biāo)記為SSR CH-Vf1遺傳距離為1 cM，[WTBX][STBX]Va2[WTBZ][STBZ]也在LG1上與CH-Vf1相距15 cM[29]。

2.2品質(zhì)相關(guān)QTL

目前許多果實(shí)品質(zhì)相關(guān)性狀已被定位，包括果皮顏色、果肉硬度、單果質(zhì)量、可溶性固形物、果形、酸度、揮發(fā)性化合物、多酚化合物等一系列性狀，部分品質(zhì)相關(guān)QTL定位情況見(jiàn)表3。

2.3農(nóng)藝性狀相關(guān)QTL

利用Wijcik Mcintosh×NY 75441-58雜交群體F1代172個(gè)個(gè)體，構(gòu)建遺傳圖譜，高度增量、節(jié)間數(shù)、節(jié)間長(zhǎng)、基直徑增加、基底直徑、分枝數(shù)等性狀被定位，可解釋6.6%～41.6%表型變異[46]。3個(gè)莖粗和2個(gè)葉片大小相關(guān)的QTL被定位，5個(gè)開(kāi)花習(xí)性相關(guān)的QTL被定位在第7、10、17連鎖群上[47]。利用SSR、AFLP標(biāo)記構(gòu)建Telamon×Braeburn后代群體的圖譜，將控制柱型性狀的Co基因定位在Telamon的第15連鎖群上，與其最近的連鎖標(biāo)記為COL和ECAAMCGA385，距離分別為23.62、4.77 cM[48]。A、B 2個(gè)群體中初始營(yíng)養(yǎng)芽分化時(shí)期相關(guān)的QTL均在第9連鎖群上，最多可分別解釋40.1%、44.6%的表型變異[49]。國(guó)內(nèi)對(duì)農(nóng)藝性狀相關(guān)QTL研究相對(duì)較少。劉遵春等利用紅富士×紅肉蘋(píng)果雜交群體定位葉片相關(guān)性狀的QTL共20個(gè)分布于1、2、3、4、5、7、8、10、11、12、16連鎖群上，可解釋11.63%～16.36%的表型變異[50]。

3問(wèn)題與展望

3.1遺傳圖譜構(gòu)建存在問(wèn)題

目前蘋(píng)果遺傳圖譜標(biāo)記少，除SNP標(biāo)記外，一般定位到遺傳圖譜上的標(biāo)記多為幾百個(gè)，基本沒(méi)有上千，而且開(kāi)發(fā)標(biāo)記成本也比較高，圖譜的密度以及均勻度不夠。由于遺傳圖譜構(gòu)建作者各自選用不同的作圖群體、標(biāo)記類(lèi)型，使得很難將多個(gè)圖譜整合加以利用。

3.2QTL定位存在問(wèn)題

QTL定位是分子遺傳圖譜構(gòu)建的重要應(yīng)用之一，只有把相應(yīng)的目標(biāo)基因定位于圖譜上，才能發(fā)揮圖譜的遺傳育種作用[51]。目前蘋(píng)果QTL數(shù)目少，一些重要性狀有待于進(jìn)一步定位，標(biāo)記與性狀間距離較大，后續(xù)基因定位，功能驗(yàn)證不足。當(dāng)前分子標(biāo)記輔助的定位只能是初級(jí)定位，僅有少部分進(jìn)行了精細(xì)定位或者克隆并應(yīng)用到了育種實(shí)踐，大多分子標(biāo)記定位的位置、效應(yīng)隨材料、時(shí)間、地點(diǎn)而異，而且成本較高，所以很少真正與高產(chǎn)育種實(shí)踐結(jié)合起來(lái)[52]。

3.3發(fā)展前景的展望

目前，蘋(píng)果全基因組序列測(cè)序工作已經(jīng)完成，將大大加快

蘋(píng)果功能基因研究步伐，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生物信息學(xué)的應(yīng)用，高密度遺傳圖譜的構(gòu)建，影響蘋(píng)果產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性的QTL數(shù)目、位置和效應(yīng)等數(shù)量性狀的遺傳規(guī)律將進(jìn)一步被人們認(rèn)識(shí)并利用。將會(huì)有越來(lái)越多的優(yōu)良性狀QTL被精細(xì)定位、克隆并驗(yàn)證其功能，以QTL定位為基礎(chǔ)的分子標(biāo)記輔助選擇育種乃至分子設(shè)計(jì)育種將在蘋(píng)果育種中發(fā)揮巨大作用。

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