主要蔬菜作物基因定位與分子輔助選擇育種

劉子記 牛玉 劉維俠 楊衍

摘要：隨著分子生物學(xué)的快速發(fā)展，主要蔬菜作物的分子育種研究取得了快速進(jìn)展。綜述了主要蔬萊作物分子遺傳圖語構(gòu)建、基因定位和分子輔助選擇等方面取得的進(jìn)展，分析了現(xiàn)階段蔬萊作物分子輔助選擇存在的問題，初步探討了未來分子輔助育種的發(fā)展策略。

關(guān)鍵詞：蔬菜;遺傳圖譜;農(nóng)藝性狀;基因定位;分子輔助選擇

遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建是基因定位和分子輔助育種于細(xì)胞核雄性不育、枯萎病抗性等性狀的輔助選擇。的前提。分子標(biāo)記輔助育種實(shí)現(xiàn)了由表型選擇到基因型選擇的轉(zhuǎn)變，在選擇效率和精度上較傳統(tǒng)育種具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。截至目前，分子標(biāo)記在十字花科（白菜和甘藍(lán)）、葫蘆科（黃瓜、南瓜、苦瓜）、茄科（番茄、辣椒、馬鈴薯、茄子）等主要蔬菜作物中開展了大量研究，構(gòu)建了多幅高密度的分子標(biāo)記連鎖圖譜，定位了一大批重要基因，為開展分子標(biāo)記輔助育種奠定了重要基礎(chǔ)。

1 十字花科主要蔬菜作物基因定位與分子輔助選擇

1991年，Song等[1]主要基于RFLP標(biāo)記構(gòu)建了首幅白菜遺傳圖譜。截至目前，20余幅白菜遺傳圖譜相繼被構(gòu)建，自交不親和性基因、抗根腫病基因、抗黑腐病基因、抗蕪菁花葉病毒病基因、抽薹開花和春化基因、育性相關(guān)基因、種皮顏色基因、耐熱性基因、開花相關(guān)基因、株行相關(guān)基因、產(chǎn)量相關(guān)基因、花色基因等被分子標(biāo)記定位[2-6]，為進(jìn)一步開展分子標(biāo)記輔助育種奠定了基礎(chǔ)。

截至目前，國(guó)內(nèi)外研究者構(gòu)建了10余幅甘藍(lán)遺傳連鎖圖譜，并對(duì)葉球重、葉球縱徑、顏色、開展度、株高、抽薹開花性狀、根腫病抗性、枯萎病抗性、雄性不育等重要農(nóng)藝性狀進(jìn)行了基因定位[7-11]，分子標(biāo)記被成功用

2 葫蘆科主要蔬菜作物基因定位與分子輔助選擇

1987年美國(guó)Simon博士構(gòu)建了黃瓜首幅基于形態(tài)學(xué)標(biāo)記的遺傳連鎖圖譜。隨后國(guó)內(nèi)外構(gòu)建了多幅黃瓜飽和遺傳連鎖圖譜，霜霉病抗性、白粉病抗性、蔓枯病抗性、病毒病抗性、耐冷、開花期、性別分化、果實(shí)形狀、果皮光澤、果肉顏色、側(cè)枝數(shù)、單性結(jié)實(shí)能力、苦味等性狀相繼被分子標(biāo)記定位[12-17]，成功利用分子標(biāo)記對(duì)側(cè)枝數(shù)、開花期等性狀進(jìn)行了輔助選擇。

截至目前，國(guó)內(nèi)外已發(fā)表8幅南瓜屬作物遺傳圖譜，利用分子標(biāo)記相繼定位了雜色葉片、黃色果實(shí)外皮、矮生、裸仁、果實(shí)形狀、葉脈凹陷深度、莖的顏色、葉腋顏色、卷須有無等性狀[18-19]。截至目前，已構(gòu)建了5幅苦瓜遺傳連鎖圖譜，分子標(biāo)記定位的性狀主要包括果實(shí)性狀、白粉病抗性、雌性等[20-21]。

3 茄科主要蔬菜作物基因定位與分子輔助選擇

自1986年以來，國(guó)內(nèi)外研究者相繼構(gòu)建了多幅番茄分子遺傳連鎖圖譜，其中抗細(xì)菌性斑點(diǎn)病基因、抗青枯病基因、抗枯萎病基因、抗葉霉病基因、抗晚疫病基因、抗黃萎病基因、抗煙草花葉病毒基因、抗黃化曲葉病毒基因、抗斑萎病毒基因、抗根結(jié)線蟲基因、晚熟基因、綠果肩基因以及自封頂基因等被成功用于分子輔助選擇育種[22-27]。

1984年美國(guó)康乃爾大學(xué)首次構(gòu)建了辣椒分子遺傳連鎖圖譜[28]。之后30多年里，不斷有辣椒分子遺傳圖譜和重要性狀分子定位的報(bào)道，定位的基因主要包括煙草花葉病毒抗性基因、黃瓜花葉病毒抗性基因、馬鈴薯Y病毒抗性基因、疫病抗性基因、炭疽病抗性基因、根結(jié)線蟲病抗性基因、果實(shí)大小基因、果色基因、辣味基因、胞質(zhì)雄性不育基因、辣椒紅素基因，成功對(duì)疫病抗性基因，馬鈴薯Y病毒抗性基因、根結(jié)線蟲抗性基因、胞質(zhì)雄性不育恢復(fù)基因、番茄斑點(diǎn)萎蔫病毒抗性基因進(jìn)行分子輔助選擇[29-31]。

1988年美國(guó)康奈爾大學(xué)首次利用RFLP標(biāo)記構(gòu)建了馬鈴薯的首張遺傳連鎖圖譜[32]，多年來被標(biāo)記定位的性狀包括線蟲抗性、晚疫病抗性、病毒病抗性、炸片顏色、塊莖性狀、出芽性狀以及耐冷性等[33-34]。Nunome等構(gòu)建了首幅茄子遺傳圖譜[35]，近年來10余幅茄子遺傳圖譜被相繼構(gòu)建，果色、果形、果重、果萼、果實(shí)結(jié)實(shí)率、黃萎病抗性等性狀被分子標(biāo)記定位[36-38]，為分子標(biāo)記輔助育種奠定了基礎(chǔ)。

4 分子輔助選擇存在的問題與未來展望

蔬菜作物早期的分子標(biāo)記研究多為顯性標(biāo)記，穩(wěn)定性和重復(fù)性較差，鑒定得到的連鎖標(biāo)記數(shù)量有限且大多數(shù)遺傳距離較遠(yuǎn)，絕大多數(shù)不能有效地用于分子輔助選擇，另外，僅對(duì)主要蔬菜作物開展了一定的基因分子標(biāo)記研究工作，更多的蔬菜作物分子標(biāo)記研究處于空白狀態(tài)，分子標(biāo)記與常規(guī)育種結(jié)合不夠緊密。隨著基因組研究的快速發(fā)展，基于基因組測(cè)序的高通量分子標(biāo)記近年來在玉米、水稻、小麥等農(nóng)作物中得到了有效應(yīng)用，將來要進(jìn)一步加大蔬菜分子育種的研究投入，加強(qiáng)分子育種與常規(guī)育種的結(jié)合，充分發(fā)揮分子標(biāo)記輔助育種的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。（收稿：2019-07-17）

參考文獻(xiàn)：

[1]Song K M，Suzuki J Y，Slocum M K，et al.A linkage map of Brassicarapa base on restriction fragment length polymorphism loci[J].Theor ApplGenet，1991，82：296-304.

[2]石星星.CIM法和ICIM法定位不同群體的白菜抽薹相關(guān)性狀QTL[D].沈陽：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

[3]劉靜.大白菜高密度Bin-marker圖譜構(gòu)建及開花時(shí)間的QTL定位[D].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2016.

[4]劉坤宇.不結(jié)球白菜遺傳連鎖圖譜構(gòu)建及其株型表型性狀的鑒定[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017.

[5]王紅霞.大白菜產(chǎn)量相關(guān)性狀的QTL定位及葉片毛刺基因的精細(xì)定位與克隆[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2018.

[6]楊曉剛.大白菜遺傳圖譜的構(gòu)建及花色性狀基因的遺傳定位[D].曲阜：曲阜師范大學(xué)，2018.

[7]Slocum M，F(xiàn)igdore S，Kennard W，et al.Linkage arrangement of re-striction fragment length polymorphism loci in Brassica oleracea[J].TheorAppl Genet，1990，80（1）：57-64.

[8]陳書霞，王曉武，方智遠(yuǎn)，等.RAPD標(biāo)記構(gòu)建芥藍(lán)×甘藍(lán)分子標(biāo)記連鎖圖[J].園藝學(xué)報(bào)，2002，3：229-232.

[9]Walley P G，Carder J，Skipper E，et al.A new broccoli x broccoli im-mortal mapping population and framework genetic map：tools for breedersand complex trait analysis[J].Theor Appl Genet，2012，1124（3）：467-484.

[10]Kifuji Y，Hanzawa H，Terasawa Y，et al.QTL analysis of black rotresistance in cabbage using newly developed EST-SNP markers[J].Eu-phytica，2013，190（2）：289-295.

[11]Wang W，Huang S，Liu Y，et al.Construction and analysis of ahigh-density genetic linkage map in cabbage（Brassica oleracea L.var.capitata）[J].BMC Genomics，2012，13（1）：523.

[12]Kennard W C，Poetter K，Dijkhuizen A，et al.Linkages among RFLP，RAP D，isozyme，d isease-resistance，and morphological markers in narrowand wide crosses of cucumber[J].Theor Appl Genet，1994，89：42-48.

[13]Serquen F C，Bacher J，Staub J E.Mapping and QTL analysis ofhorticultural traits in a narrow cross in cucumber（Cucumis sativus L.）using random-amplified polymorphic DNA markers[J].Mol Breed，1997，3：257-268.

[14]Sakata Y，Kubo N，Morishita M，et al.QTL analysis of powderymildew resistance in cucumber（Cucumis sativus L.）[J].Theor ApplGenet，2006，112：243-250.

[15]Yuan X J，Pan J S，Cai R，et al.Genetic mapping and QTL analysis offruit and flower related traits in cucumber（Cucumis sativus L.）using re-combinant inbred lines[J].Euphytica，2008，164：473-491.

[16]Ren Y，Zhang Z H，Liu J H，et al.An integrated genetic and cytoge-netic map of the cucumber genome[J].PLoS One，2009，4：5795.

[17]Miao H，Zhang S P，Wang X Wet aI.A linkage map of cultivated cu-cumber（Cucumis sativus L.）with 248 microsatellite marker loci andseven genes for horticulturally important traits.Euphytica，2011，182：167-176.

[18]Gong L，Stift G，Kofler R，et al.Microsatellites for the genus Cucur-bita and an SSR-based genetic linkage map of Cucurbita pepoL[J].TheorAppl Genet，2008，117：37-48.

[19]Esteras C，G o mez P，Monforte A J，et al.High-throughput SNPgenotyping in Cucurbita pepo for map construction and quantitative traitloci mapping[J].BMC Genomics，2012，13：80.

[20]張長(zhǎng)遠(yuǎn).苦瓜分子遺傳圖譜構(gòu)建及QTL的定位[D].廣州：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.

[21]Matsumura H，Miyagi N，Taniai N，et al.Mapping of the Gynoecy inBitter Gourd（Momordica charantia）Using RAD-Seq Analysis[J].PLoSOne，2014，9（1）：e87+138.

[22]Martin G，Brommonschenkel S，Chunwongse J，et al.Map-basedcloning of a protein kinase gene conferring disease resistance in tomato[J].Science，1993，262（5138）：1432-1436.

[23]Hanson P，Lu S-F，Wang J F，et al.Conventional and molecularmarker-assisted selection and pyramiding of genes for multiple diseaseresistance in tomato[J].Scientia Horticulturae，2016，201：346-354.

[24]Catanzariti A M，Lim G T，Jones D A.The tomato I-3 gene：anovel gene for resistance to Fusarium wilt disease[J].The New Phytolo-gist，2015，207（1）：106-118.

[25]Jones D，Thomas C，Hammond-Kosack K.et al.lsolation of thetomato Cf-9 gene for resistance to Cladosporium fulvum by transposontagging[J].Science，1994，266（5186）：789-793.

[26]Verlaan M G，Hutton S F，Ibrahem R M，et al.The Tomato yellowleaf curl virus resistance genes Ty-1 and Ty-3 are allelic and code forDFDGD-class RNA-dependent RNA polymerases[J].PLoS Genetics2013，9（3）：e7003399.

[27]Milligan S B，Bodeau J，Yaghoobi J，et al.The root knot nematoderesistance gene Mi from tomato is a member of the leucine zipper，nu-cleotide binding，leucine-rich repeat family of plant genes[J].The PlantCell，1998，10（8）：1307-1319.

[28]Tanksley S D.Linkage relationships and chromosomal locations ofenzyme-coding genes in pepper，Capsicum annuum[J].Chromosoma1984，89：352-360.

[29]張寶璽，王立浩，黃三文，等.辣椒分子遺傳圖譜的構(gòu)建和胞質(zhì)雄性不育恢復(fù)性的QTL定位[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，36（7）：818-822.

[30]Lee J M，Nahm S H，Kim Y M，et aLCharacterization and moleculargenetic mapping of microsatellite loci in pepper[J].Theor Appl Genet2004，108：619-627.

[31]Wu F N，Eannetta N T，Xu Y M，et aI.A COSII genetic map of thepepper genome provides a detailed picture of synteny with tomato andnew insights into recent chromosome evolution in the genus Capsicum[J].Theor Appl Genet，2009，118（7）：1279-1293.

[32]Bonierbale M W，Plaisted R L，Tanksley S D，et al.RFLP mapsbased on a common set of clones revealmodes of chromosomal evolutionin potato and tomato[J].Genetics，1988，120（4）：1095-1103.

[33]Jacobs J M E，ECK V H J，Arens P，et al.Mapping Of resistance to thepotato cyst nematode globodera rostochiensis from the wild potatospecies solanum vernei[J].Moleculer Breeding，1996，2（1）：51-60.

[34]Bradshaw J E，Hackett C A，Pande B，et al.QTL mapping of yieldagronomic and quality traits in tetraploid potato（Solanum tuberosumsubsp.tuberosum）[J].Theor Appl Genet，2008，116（2）：193-211.

[35]Nunome T，Ishiguro K，Yoshida T，et al.Mapping of fruit shape andcolor development traits in eggplant（Solanum melongena L.）based onRAPID and AFLP markers[J].Breeding Science，2001，51（1）：19-26.

[36]喬軍.茄子果實(shí)性狀遺傳研究及果形QTL定位[D].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2011.

[37]Barchi L，Lanteri S，Portis E，et al.A RAID tag derived marker basedeggplant linkage map and location of QTLs determining anthocyan inpigmentation[J].Plos One，2012，7（8）：1-11.

[38]Frary A，F(xiàn)rary A，Daunay M C，et al.QTL hotspots in eggplant（Solanum melongena）detected with a high resolution map and CIManalysis.Euphytica，2014，197（2）：211-228.

基金項(xiàng)目：海南省科技項(xiàng)目（No.ZDYF2018035）;“一帶一路”項(xiàng)目（No.ZYLH2018010104）。

作者簡(jiǎn)介：劉子記（1982-），男，博士，副研究員，研究方向：蔬菜遺傳育種。

通信作者：楊衍，E-mail：catasvegetable@126.com。