高光澤番茄育種及果實表面光澤度

周 蓉, 趙統(tǒng)敏, 趙麗萍, 王銀磊, 宋劉霞, 余文貴

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，江蘇 南京 210014；2.江蘇省高效園藝作物遺傳改良重點實驗室，江蘇 南京 210014)

番茄(SolanumlycopersicumL.)不僅是重要的世界性蔬菜作物，而且是科學(xué)研究的模式植物之一。番茄可作蔬菜或水果，由于其豐富的營養(yǎng)和獨特的風(fēng)味，備受大家的青睞[1]。近年來，隨著人們生活水平的提高，消費者對番茄的要求越來越高。培育高品質(zhì)番茄新品種已成為當(dāng)今番茄育種工作者追求的主要目標(biāo)。品質(zhì)性狀是一種由多個因素構(gòu)成的復(fù)合性狀，受外界氣候、土壤肥料、栽培方式等多個因素的影響，但起主要作用的是遺傳因素。色澤優(yōu)良的番茄能夠更好地吸引消費者，因此番茄果實表面的色澤直接影響消費者的選擇，是重要的感官品質(zhì)。

1 高光澤番茄育種

近年來，番茄品質(zhì)育種主要集中在風(fēng)味、外形、大小、著色及耐貯性等方面[2]。隨著人們生活水平的提高，消費者對番茄的要求不再局限于口感[3]，番茄果實的色澤等感官品質(zhì)直接影響其市場價值[4]，因此提高番茄的感官品質(zhì)已成為番茄育種家的重要目標(biāo)[5]。光澤度是番茄果實的一個重要感官品質(zhì)性狀[6]。根據(jù)光澤的高低或有無可以將番茄果實分為不同類別，如高光澤、低光澤、無光澤。高光澤的番茄具有較好的商品性，能夠更好地吸引消費者,因此選育高光澤的番茄新品種有利于提高番茄的商品價值，是目前高品質(zhì)番茄育種的重要目標(biāo)之一。在番茄育種體系中，品質(zhì)性狀的測試耗時較長，必須等到番茄果實正常成熟后進(jìn)行[2]，如果皮的光澤度。目前，高光澤番茄育種主要依靠肉眼觀察的方法。在傳統(tǒng)的育種中，對果皮光澤度性狀的鑒定需要等到果實成熟期，耗時較長[7]。分子標(biāo)記輔助選擇(Molecular Marker-assisted Selection, MAS)育種可有效地克服傳統(tǒng)育種的缺陷，縮短育種周期，加速育種進(jìn)程[8-10]。然而，目前還沒有可用于高光澤番茄輔助選擇育種的分子標(biāo)記。

2 果實表面光澤度

果實表面的光澤度屬于感官品質(zhì)性狀，是重要的農(nóng)藝性狀之一，與經(jīng)濟(jì)價值密切相關(guān)。

2.1 果實表面光澤度的鑒定方法

近年來，對果實色澤的描述從感官的定性描述逐漸轉(zhuǎn)向定量描述[11]。果實色澤包含顏色和光澤，對顏色的定量描述方法主要是色差計法[12-13]，對光澤的定量描述方法在不同植物上有所區(qū)別。在辣椒上，利用色差計測定的顏色參數(shù)(L值)，L值越大，所測樣品表面越亮[14]。在紐荷爾臍橙上，高光澤型突變體果實表皮極富光澤，基于色差計測定的L值對臍橙果皮光澤度的評價與肉眼觀測的結(jié)果一致[11]。在黃瓜上，剝?nèi)『癖【鶆蚯移秸狞S瓜果皮，利用光澤度儀HYD-09可測得黃瓜果實的光澤值。在蘋果上，通過拍照和圖像處理識別系統(tǒng)可以對果實光澤度進(jìn)行分級。目前，關(guān)于番茄色澤的報道多數(shù)集中在顏色方面，極少涉及光澤方面[15-18]，國內(nèi)外尚無番茄果實表面光澤度測定方法的報道。

番茄果皮的光澤度是重要的外觀性狀之一，也是主要的經(jīng)濟(jì)性狀。然而，番茄果皮的光澤度是一項難以測量的外觀參數(shù)，研究人員往往根據(jù)個人經(jīng)驗，用肉眼觀察的方法評價果實的光澤度[6]。肉眼觀察的方法個人主觀性較強，容易產(chǎn)生視覺疲勞，測量誤差較大，且不適于大規(guī)模光澤度的評價，不利于企業(yè)的大批量分類[11]。周冰鈺等[7]利用光澤度儀測定黃瓜果實光澤值的方法對果實具有破壞性，需要厚薄均勻且平整的果皮，且外界自然光會影響測量結(jié)果，不利于大規(guī)模測量。潘磊慶等[19]測定蘋果表面光澤度的方法要求具備圖像拍攝和處理系統(tǒng)，對技術(shù)要求較高，操作較為復(fù)雜。因此，今后可嘗試?yán)蒙钣嫓y定并評價番茄果實表面的光澤度。

2.2 果實光澤度的遺傳規(guī)律和基因定位

早期的研究結(jié)果表明，黃瓜果皮無光澤性狀(Dull fruit skin)為單基因控制的顯性性狀，有光澤(Glossy fruit skin)為隱性性狀[20]。楊緒勤[21]認(rèn)為黃瓜無光澤性狀是由單基因D控制的顯性性狀。Fanourakis和Simon[22]發(fā)現(xiàn)黃瓜無光澤果皮基因(D)、果瘤基因(Tu)和未成熟果實果皮顏色一致基因(u)緊密連鎖。Miao等[23]將黃瓜光澤基因d定位于第5染色體SSR標(biāo)記SSR06003和SSR15818之間，遺傳距離分別為0.6 cM和5.5 cM。大多數(shù)重要農(nóng)藝性狀常常受到多個基因、環(huán)境及環(huán)境與基因互作的影響，這些性狀的遺傳機制往往復(fù)雜[24]，如番茄的光澤度性狀。因此確定遺傳性狀的數(shù)量性狀位點(Quantitative trait loci, QTL)，對性狀相關(guān)的標(biāo)記開發(fā)和遺傳分析具有重要意義[25]。目前，還沒有可用于高光澤番茄輔助選擇育種的分子標(biāo)記，番茄光澤度相關(guān)的主效QTL有待研究。傳統(tǒng)的QTL定位方法需要對目標(biāo)性狀的所有個體進(jìn)行基因型和表型鑒定，費用高且效率低[26]?；诨蚪M數(shù)據(jù)的QTL-Seq(Quantitative trait loci-sequences)包含分離群體混合分析法(Bulked segregation analysis, BSA)和基因組重測序技術(shù)，有利于大規(guī)模地開發(fā)與目標(biāo)性狀緊密連鎖的分子標(biāo)記，實現(xiàn)目標(biāo)基因的快速定位[27-28]。因此，今后可結(jié)合QTL-Seq 技術(shù)研究番茄光澤度相關(guān)的主效QTL。

2.3 果實光澤度與角質(zhì)層密切相關(guān)

角質(zhì)層是植物器官的保護(hù)層，由表皮細(xì)胞和角質(zhì)組成，由蠟覆蓋[6，29]。角質(zhì)層是植物的一級保護(hù)屏障，在植物面臨非生物脅迫和生物脅迫時發(fā)揮著重要作用[30-31]。角質(zhì)層對果實的生理和品質(zhì)特性具有更為重要的作用，它能夠影響果實的外觀(如色澤)和耐貯性等[32-34]。Isaacson等[33]發(fā)現(xiàn)番茄果實的光澤性狀與表皮細(xì)胞的角質(zhì)聚合物有關(guān)，與蠟粉無關(guān)。Liu等[29]研究發(fā)現(xiàn)，對照臍橙果皮表面粗糙，布滿小片狀蠟質(zhì)晶體，突變體臍橙果皮光亮，表面幾乎沒有蠟質(zhì)晶體。劉潤生[35]發(fā)現(xiàn)高光澤度成熟突變體臍橙的品質(zhì)優(yōu)于野生型。Petit等[6]通過對Micro-Tom番茄品種進(jìn)行甲基磺酸乙酯(EMS)誘變，從3 500份材料中篩選分離得到16個高光澤和8個光澤暗的突變體材料，這些突變體在蠟、角質(zhì)、角質(zhì)層厚度等方面發(fā)生改變。番茄果實光澤度的篩選是鑒定角質(zhì)層突變體的有效方法，番茄果實光澤度與角質(zhì)負(fù)載、表皮細(xì)胞數(shù)量和形狀密切相關(guān)[6]。Petit等[6]利用Micro-Tom的高光澤突變體P15C12 與普通光澤度番茄材料雜交獲得的F2群體構(gòu)建遺傳圖譜，角質(zhì)層相關(guān)的4個性狀(光澤、失水率、滲透性和角質(zhì)寬度)的基因定位在11號染色體的兩個SNP(11289_715和10722_814)之間，在該區(qū)域內(nèi)篩選獲得SlGDSL基因，與細(xì)胞外角質(zhì)的沉積相關(guān)，研究結(jié)果表明果實表面的光澤度與角質(zhì)層密切相關(guān)。

3 結(jié) 論

隨著生產(chǎn)的迫切需求，番茄高光澤育種工作已經(jīng)開展，但高光澤番茄材料的選育仍依賴于傳統(tǒng)肉眼觀察的方法，調(diào)控番茄光澤度的基因尚不清楚，番茄果實表面光澤度形成的機理研究進(jìn)展緩慢。Sato等[36]對栽培番茄和醋栗番茄全基因組進(jìn)行測序，極大地推動了番茄以及其他茄科植物的功能基因組的研究，為培育高品質(zhì)番茄新品種奠定了良好基礎(chǔ)。Lin等[37]對360個番茄品種進(jìn)行測序，其中包括野生型和馴化物種，構(gòu)建出一張變異圖譜，使育種工作者從整體的角度來認(rèn)識不同類型番茄之間的差異。這些研究結(jié)果為基于基因組數(shù)據(jù)的QTL-Seq提供了必要條件，有利于大規(guī)模的開發(fā)序列特異性分子標(biāo)記，如SNP 和Indel 標(biāo)記。番茄是研究果實發(fā)育的模式植物[38-40]，今后的研究應(yīng)利用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)尋找與番茄果實光澤度相關(guān)的基因，開發(fā)高光澤番茄相關(guān)分子標(biāo)記，結(jié)合角質(zhì)層闡明番茄果實光澤度形成的內(nèi)在機理。該研究可以為光澤度分子標(biāo)記輔助育種體系的建立和果皮光澤形成的遺傳機理奠定基礎(chǔ)，有利于加快高品質(zhì)番茄育種進(jìn)程。