美國農(nóng)業(yè)部黃瓜分子育種研究簡介

摘 ? ?要：美國農(nóng)業(yè)部黃瓜研究實(shí)驗(yàn)室隸屬于美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究署（USDA-ARS）蔬菜作物研究室（VCRU），掛靠于威斯康星大學(xué)園藝系。該實(shí)驗(yàn)室黃瓜育種項(xiàng)目始于1968年。過去50年中，該實(shí)驗(yàn)室在黃瓜遺傳育種方面取得了豐碩的成果，并對(duì)美國及世界黃瓜育種起到了重要的推動(dòng)作用。本文簡要介紹了實(shí)驗(yàn)室的歷史及研究成果，著重概括了2008—2018年本實(shí)驗(yàn)室在以下方面所做的研究及取得的成績：（1）黃瓜應(yīng)用基因組學(xué)工具的開發(fā);（2）黃瓜重要經(jīng)濟(jì)性狀分子標(biāo)記的開發(fā)，基因及主效QTL的克隆與功能研究;（3）黃瓜染色體的起源與進(jìn)化分析，以及栽培黃瓜的馴化與種質(zhì)資源的遺傳多樣性研究。同時(shí)，對(duì)所取得的各項(xiàng)成果在黃瓜育種中的潛力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。最后對(duì)今后實(shí)驗(yàn)室的工作進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：黃瓜;分子育種;QTL;基因克隆;染色體進(jìn)化;馴化

中圖分類號(hào)：S642.2; S32 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.06.002

Abstract： The cucumber improvement program of the USDA-ARS Vegetable Crops Research Unit （VCRU） dedicates to cucumber germplasm enhancement research. This program was established in 1968. In the last 50 years， accomplishments made in this lab contributed significantly to US cucumber productions with also impacts to cucumber breeding around the world. This review gave a brief introduction of the history of this lab， and major achievements in cucumber genetics and breeding research with focus on work in 2008—2018 in the following four areas. （1） Development of applied genomics resources for cucumber molecular breeding. （2） Molecular mapping and cloning of economically important genes and QTL in cucumber.（3） Origin and evolution of cucumber chromosomes， and domestication and genetic diversity in USDA cucumber collection. This paper also discussed the impacts on cucumber breeding and future directions of our work.

Key words： cucumber; molecular breeding; QTL; gene cloning; chromosome evolution; domestication

美國農(nóng)業(yè)部黃瓜研究實(shí)驗(yàn)室隸屬于美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究署（USDA-ARS）蔬菜作物研究室（VCRU），掛靠于威斯康星大學(xué)園藝系。該實(shí)驗(yàn)室黃瓜育種項(xiàng)目始于1968年，至今已有逾50年的歷史。在過去50年中，該項(xiàng)目經(jīng)歷了3個(gè)負(fù)責(zé)人：C E Peterson博士（1968—1987年）、J E Staub博士（1988—2007年）以及翁益群博士（2008迄今）。該項(xiàng)目自成立以來，在黃瓜遺傳育種方面取得了豐碩的成果，并對(duì)美國及世界黃瓜生產(chǎn)起到了巨大的推動(dòng)作用。

本文先對(duì)其研究歷史和主要成就（2008年以前）進(jìn)行簡要概述，然后著重對(duì)2008—2018年的科研工作進(jìn)行了詳細(xì)介紹，最后根據(jù)目前黃瓜育種的發(fā)展過程中存在的問題對(duì)實(shí)驗(yàn)室未來將開展的研究進(jìn)行了展望。

1 美國農(nóng)業(yè)部黃瓜遺傳育種研究的歷史及主要成就 1.1 1968—1987年

1968年，Peterson博士從密執(zhí)安州立大學(xué)（MSU）轉(zhuǎn)到位于威斯康辛麥迪遜的美國農(nóng)部蔬菜作物研究室（VCRU）開始蔬菜作物育種工作。在其后20年中，他在黃瓜育種及種質(zhì)資源改良方面開展了大量卓有成效的工作，其貢獻(xiàn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1.1 黃瓜雌性系的發(fā)現(xiàn)及其在黃瓜F1雜交制種中的廣泛應(yīng)用 ? ?美國黃瓜雜種F1應(yīng)用始于1945年，F(xiàn)1制種來源于兩個(gè)同株異花（Monoecious=M）親本間的雜交，因而制種成本太高，經(jīng)濟(jì)效益差。20世紀(jì)50年代后期在來自韓國的一份材料（PI 220860）中發(fā)現(xiàn)了全雌株，Peterson博士由此在1962年培育出了黃瓜的第一個(gè)雌性系（MSU713-5），及由此衍生的第一個(gè)黃瓜全雌F1雜交種'Spartan Dawn'。同時(shí)，Peterson博士也研究了雌性系的遺傳與生理基礎(chǔ)，并發(fā)明了用激素進(jìn)行雌性系誘雄的方法[1-2]。這一套體系大幅度降低了雜交種制種成本，使雜交種大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)成為可能，特別是在露地栽培情況下使用雌性系F1雜種，其優(yōu)勢(shì)不在于多次收獲的高產(chǎn)而在于其早期產(chǎn)量比傳統(tǒng)的用M×M的F1要高很多（由于結(jié)實(shí)較集中）。這對(duì)北美露地栽培一次性機(jī)械收獲的生產(chǎn)體系有重大影響，現(xiàn)在幾乎所有一次性機(jī)械收獲的品種均為雌性系F1[3]。