“十三五”我國(guó)蘿卜遺傳育種研究進(jìn)展

胡海嬌 汪精磊 胡天華 王益奎 黎 炎 王五宏 魏慶鎮(zhèn) 嚴(yán)亞琴 包崇來(lái)*

（1 浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，浙江杭州 310021；2 廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，廣西南寧 530007）

蘿卜（），是十字花科蘿卜屬一年生或二年生作物，是我國(guó)重要的傳統(tǒng)蔬菜，并在世界各地廣泛種植。目前我國(guó)蘿卜常年種植面積約120 萬(wàn)hm（1 800 萬(wàn)畝），市場(chǎng)常見(jiàn)的蘿卜類(lèi)型主要有白蘿卜、綠蘿卜、櫻桃蘿卜和紅心蘿卜等類(lèi)型（包崇來(lái) 等，2019）?！笆濉逼陂g，在大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金以及各省市科技計(jì)劃項(xiàng)目的支持下，我國(guó)蘿卜新品種培育工作和育種新技術(shù)研究取得了快速發(fā)展。在新品種選育方面，國(guó)內(nèi)育種單位新育成主要蘿卜品種共32 個(gè)，并對(duì)地方品種進(jìn)行了改良，通過(guò)國(guó)家地理標(biāo)志保護(hù)登記蘿卜品種10 個(gè)；在育種新技術(shù)研究方面，各研究單位對(duì)蘿卜重要性狀開(kāi)展了基因定位、克隆和育種技術(shù)研究，并開(kāi)發(fā)了可用于輔助選擇的分子標(biāo)記，顯著提升了我國(guó)蘿卜遺傳育種水平。

1 種質(zhì)資源鑒定及創(chuàng)新

1.1 種質(zhì)資源的鑒定與篩選

“十三五”期間，通過(guò)國(guó)內(nèi)收集與國(guó)外引進(jìn)，國(guó)家種質(zhì)資源庫(kù)蘿卜種質(zhì)資源達(dá)到3 000 余份，種質(zhì)資源精準(zhǔn)鑒定與深度發(fā)掘是各單位重點(diǎn)開(kāi)展的工作，主要集中在篩選抗病和耐抽薹材料。

抗病材料篩選主要集中在抗三大病害：病毒病、根腫病和黑腐病。在病毒病中，蕪菁花葉病毒（TuMV）為主要病原，其抗源材料也比較豐富。邱孝軍等（2020）使用小RNA 深度測(cè)序技術(shù)首次在蘿卜中檢測(cè)到RNA virus 1（BnRV1），60 份種質(zhì)TuMV 檢出率100%，2 種以上病原復(fù)合侵染率為83.33%；甘彩霞等（2020）從264 份蘿卜核心種質(zhì)資源及育種品系中篩選到抗病毒病材料103 份，其中高抗材料64 份，免疫材料25 份；楊好慧等（2017）從150 份蘿卜種質(zhì)資源中篩選出23 份抗病毒病材料，其中1 份免疫。在抗根腫病材料篩選方面，甘彩霞等（2017）從100 份蘿卜種質(zhì)資源篩選出抗病種質(zhì)13 份；楊好慧等（2019）在404 份種質(zhì)中獲得免疫材料17 份，高抗材料5 份。有關(guān)蘿卜黑腐病的研究較少，僅劉釗（2018）從30 份蘿卜種質(zhì)中篩選出高抗黑腐病材料2 份，抗病材料11 份。

我國(guó)蘿卜種質(zhì)資源中耐抽薹資源缺乏，尤其是綠蘿卜和心里美蘿卜。徐文玲等（2020）對(duì)105 份蘿卜種質(zhì)進(jìn)行抽薹鑒定篩選，得到22 份耐抽薹種質(zhì)，除了4 份為紅皮白肉蘿卜外，其余皆為白皮白肉蘿卜，且大部分耐抽薹資源來(lái)源于日本和韓國(guó)；姚南（2019）從73 份蘿卜材料中篩選出最耐抽薹材料是韓國(guó)大根。

此外，張麗等（2020a）研究了Ogura CMS 細(xì)胞核育性恢復(fù)基因（）在129 個(gè)蘿卜品種中的分布，發(fā)現(xiàn)其在東亞大長(zhǎng)蘿卜中分布最多（89.16%）。

1.2 優(yōu)異種質(zhì)創(chuàng)新

多倍體誘導(dǎo)創(chuàng)制的種質(zhì)資源多表現(xiàn)出葉、花、果的巨大性，以及對(duì)病原的抗性和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性提高。因此，多倍體誘導(dǎo)是植物重要的育種途徑之一?！笆濉逼陂g，蘿卜化學(xué)誘變育種以秋水仙素及EMS 誘導(dǎo)變異為主。黃俊豪（2016）、呂煒等（2016）、茆吉?。?016）和Pei 等（2019）分別利用秋水仙素成功誘導(dǎo)創(chuàng)制出了四倍體蘿卜，與二倍體蘿卜相比，四倍體蘿卜肉質(zhì)根長(zhǎng)和肉質(zhì)根質(zhì)量增幅可達(dá)20%以上，差異明顯。李世升等（2019）以黃州蘿卜為試材，通過(guò)EMS 誘變，得到100%不育的雄性不育突變體。

種間遠(yuǎn)緣雜交可以拓寬遺傳基礎(chǔ)，為育種創(chuàng)造新的種質(zhì)資源。Jin 等（2020）分別將蘿卜和蕪菁、蘿卜和芥藍(lán)雜交獲得異源四倍體。Lou 等（2017）通過(guò)利用8 份蘿卜和12 份蕪菁進(jìn)行遠(yuǎn)緣雜交，共獲得24 份屬間雜種，所有的雜交種均花粉不育，花瓣呈白色，與親本相比，大多數(shù)形態(tài)特征都處于中間狀態(tài)。Zhan 等（2017）通過(guò)遠(yuǎn)緣雜交已經(jīng)成功地將蘿卜-芥藍(lán)異源四倍體（RRCC）中的根腫病抗性轉(zhuǎn)育到油菜中，但通過(guò)遠(yuǎn)源雜交技術(shù)將其他物種優(yōu)良性狀轉(zhuǎn)育到蘿卜中的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

2 品種創(chuàng)新與選育

2.1 新品種選育

根據(jù)文獻(xiàn)資料統(tǒng)計(jì)，“十三五”期間，國(guó)內(nèi)育種單位新選育的主要蘿卜品種共32 個(gè)（表1），總體上表現(xiàn)出以下特點(diǎn)：一是生態(tài)類(lèi)型豐富，可分為6 個(gè)類(lèi)型，白蘿卜數(shù)目最多，有14 個(gè)，占比最大；其次為綠蘿卜，共有10 個(gè)；其他類(lèi)型蘿卜還包括葉用蘿卜、紅蘿卜、紅皮蘿卜和櫻桃蘿卜。二是新選育品種以雜交種為主，常規(guī)種較少，利用雄性不育系雜交選育的新品種較多（15 個(gè)）。三是部分選育的白蘿卜耐抽薹性強(qiáng)，達(dá)到進(jìn)口品種水平，如國(guó)家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系蘿卜品種改良崗位團(tuán)隊(duì)選育的耐抽薹、抗病優(yōu)質(zhì)的一代雜種浙蘿6 號(hào)，在浙江地區(qū)3 月中旬露地直播一般不產(chǎn)生先期抽薹。

表1 “十三五”期間國(guó)內(nèi)選育的蘿卜新品種

2.2 地方品種改良

我國(guó)蘿卜地方品種豐富，但由于多為常規(guī)種，且長(zhǎng)期以來(lái)一直是農(nóng)民自己留種，品種純度難以保持，蘿卜外形大小不一，品質(zhì)參差不齊，商品性差，品種退化現(xiàn)象嚴(yán)重?！笆濉逼陂g，育種單位在收集鑒定地方品種資源的基礎(chǔ)上，對(duì)其加以改良選育，培育出更符合市場(chǎng)的品種，如七星蘿卜、紫青1 號(hào)、天驛青翠等。近年來(lái)，各地政府對(duì)地方品種保護(hù)也逐步重視，“十三五”期間通過(guò)國(guó)家地理標(biāo)志保護(hù)登記蘿卜品種10 個(gè)（表2），有力地推動(dòng)了蘿卜產(chǎn)業(yè)品牌化、特色化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。

表2 “十三五”期間通過(guò)國(guó)家地理標(biāo)志保護(hù)登記蘿卜品種

3 前沿育種科技創(chuàng)新

3.1 構(gòu)建多份遺傳圖譜，定位一批控制重要性狀的QTL 或基因

遺傳圖譜是以基因或者遺傳標(biāo)記之間的連鎖和重組交換值構(gòu)建的圖譜，是QTL 定位的基礎(chǔ)。蘿卜遺傳圖譜構(gòu)建在“十三五”期間快速發(fā)展，基于二代測(cè)序技術(shù)的高密度遺傳圖譜相繼發(fā)表，為蘿卜重要性狀基因挖掘奠定了基礎(chǔ)。Wang 等（2018）及曲麗君等（2020）分別基于Indel 和SSR 標(biāo)記構(gòu)建了蘿卜遺傳圖譜，覆蓋長(zhǎng)度分別為934.5 cM 和894.9 cM。Gan 等（2019）、Luo 等（2020）和Wu等（2020）分別利用高通量測(cè)序技術(shù)構(gòu)建了3 張?zhí)}卜超高密度遺傳圖譜。

花青素不僅賦予蘿卜鮮艷的外觀品質(zhì)，而且具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，我國(guó)地方蘿卜含有豐富的紅皮或紅肉蘿卜資源，皮色或肉色是蘿卜品質(zhì)育種的重要性狀之一。Liu 等（2019a）、Luo 等（2020）及Fan 等（2020）分別將控制蘿卜紅皮的基因定位在2 號(hào)和7 號(hào)染色體，并發(fā)掘了控制蘿卜皮色的3 個(gè)不同基因：、和。此外，Wang 等（2020）將控制蘿卜肉色的基因定位在7號(hào)染色體，并確定調(diào)控紅肉蘿卜花青素積累的候選基因?yàn)椤?/p>

抗病是蘿卜品種選育的主要目標(biāo)性狀之一?！笆濉逼陂g，國(guó)內(nèi)學(xué)者主要在根腫病和黑腐病抗性基因定位與分子標(biāo)記開(kāi)發(fā)方面取得了進(jìn)展。Gan 等人（2019）利用高密度遺傳圖譜對(duì)抗根腫病QTL 定位，最終獲得5 個(gè)QTL 位點(diǎn)，分別位于8 號(hào)和9 號(hào)染色體，最大貢獻(xiàn)率為31.38%。池鵬（2020）等利用BSA-seq 方法將抗根腫病基因定位在5 號(hào)染色體，表現(xiàn)為顯性單基因遺傳，并結(jié)合轉(zhuǎn)錄組分析，預(yù)測(cè)和為候選基因。Wu 等人（2020）利用高密度遺傳圖譜定位到了兩個(gè)與黑腐病抗性相關(guān)的QTL，即位于2 號(hào)染色體的和7 號(hào)染色體的，兩個(gè)位點(diǎn)分別解釋26.97%和27.06%的表型變異。雖然“十三五”期間國(guó)內(nèi)學(xué)者相繼定位了蘿卜根腫病和黑腐病抗病位點(diǎn)，為抗病分子輔助育種提供了可用的標(biāo)記，但相關(guān)基因仍未克隆。

蘿卜抽薹時(shí)間為主基因和多基因控制的數(shù)量性狀，易受環(huán)境條件影響，且早抽薹對(duì)晚抽薹為不完全顯性，給耐抽薹品種選育及種質(zhì)資源創(chuàng)制帶來(lái)較大困難。Wang 等（2018）將控制抽薹時(shí)間性狀的QTL 定位在2 號(hào)染色體，并認(rèn)為是主效基因；甘彩霞等（2019）和曲麗君等（2020）則分別檢測(cè)到2 個(gè)和4 個(gè)QTL 位點(diǎn)與蘿卜抽薹和開(kāi)花性狀相關(guān)。目前對(duì)蘿卜抽薹分子標(biāo)記的研究還存在遺傳距離較大，微效位點(diǎn)挖掘不充分，尚不能較好地用于分子標(biāo)記輔助育種的問(wèn)題。

3.2 基于多組學(xué)技術(shù)解析重要性狀調(diào)控機(jī)制

心里美和胭脂紅蘿卜是我國(guó)特有的地方品種，肉質(zhì)根內(nèi)均為紅色，富含花青素。Sun 等（2018）、Liu 等（2019b）及Gao 等（2019，2020）分別利用轉(zhuǎn)錄組技術(shù)分析蘿卜花青素合成相關(guān)候選基因，結(jié)果表明：、、、、-、、等基因以及MYB 轉(zhuǎn)錄因子在蘿卜花青素生物合成及調(diào)控機(jī)制中發(fā)揮了重要作用。

熱脅迫和鹽脅迫嚴(yán)重影響蘿卜生長(zhǎng)發(fā)育。Sun等（2016）分析了200 mmol·LNaCl 處理48 h 蘿卜根系與正常條件下根系轉(zhuǎn)錄組的變化，共鑒定出8 709 個(gè)差異表達(dá)基因，還初步提出了差異表達(dá)基因和miRNA 介導(dǎo)的蘿卜對(duì)鹽脅迫的感知和響應(yīng)基因的調(diào)控模型；Yang 等（2019）基于轉(zhuǎn)錄組和小RNA 測(cè)序聯(lián)合鑒定了熱脅迫下蘿卜幼苗葉片1 802個(gè)差異表達(dá)的mRNA、169 個(gè)差異表達(dá)的lncRNA和3 個(gè)差異表達(dá)的circRNA。

耐抽薹是蘿卜品種選育的重要目標(biāo)性狀，Nie等（2016）及Liu 等（2017）在蘿卜春化階段開(kāi)展轉(zhuǎn)錄組分析，篩選了一系列春化相關(guān)基因，包括2個(gè)基因，并提出了蘿卜抽薹開(kāi)花調(diào)控的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控模型。

此外，細(xì)胞質(zhì)雄性不育（CMS）已廣泛應(yīng)用于蘿卜及其他十字花科蔬菜的育種。Mei 等（2016）和Xie 等（2016）對(duì)蘿卜細(xì)胞質(zhì)雄性不育與可育花蕾的轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行比較分析，分別鑒定差異表達(dá)基因539 個(gè)和3 504 個(gè)，包括雄性不育基因、ATP 合酶基因、生長(zhǎng)素反應(yīng)因子（ARF）基因、查爾酮合酶（CHS）基因和MYB 等轉(zhuǎn)錄因子基因。

3.3 建立或優(yōu)化重要育種技術(shù)

在遺傳轉(zhuǎn)化方面，喻曉敏等（2016）采用浸花法，使用含有綠色熒光蛋白（GFP）報(bào)告基因的根癌農(nóng)桿菌浸泡生長(zhǎng)狀態(tài)良好的蘿卜花序，結(jié)果表明GFP 能夠在蘿卜幼根中成功表達(dá)。張曉雪等（2018）構(gòu)建了3 個(gè)蘿卜特異性CRISPR/Cas9 高效表達(dá)載體系統(tǒng)，并成功在蘿卜細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)基因編輯。由于蘿卜再生困難，遺傳轉(zhuǎn)化研究進(jìn)展緩慢，蘿卜遺傳體系的初步建立，一方面為解析蘿卜基因功能提供方便，另一方面可極大提高蘿卜種質(zhì)改良及育種水平。

在單倍體育種研究方面，蘿卜小孢子誘導(dǎo)成胚后胚狀體的再生及成苗技術(shù)研究取得重要進(jìn)展，張麗等（2016）以銀玉白蘿卜小孢子胚狀體為試材，研究了激素對(duì)胚狀體再生的影響；之后以北京心里美和山東心里美為供體材料進(jìn)行離體小孢子培養(yǎng)，獲得了肉色整齊一致的心里美蘿卜新品系，有效解決了常規(guī)自交易出現(xiàn)淺綠肉變異株的問(wèn)題（張麗等，2020b），為小孢子培養(yǎng)技術(shù)在蘿卜育種上的應(yīng)用提供了參考。

4 “十四五”育種研究展望與建議

“十三五”期間，國(guó)內(nèi)的蘿卜基礎(chǔ)研究取得了長(zhǎng)足發(fā)展，特別是在重要性狀基因挖掘方面。然而研究深度不夠，創(chuàng)新性不足，在重要育種技術(shù)體系方面進(jìn)展緩慢，與其他十字花科蔬菜研發(fā)水平相比，差距明顯。在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)，傳統(tǒng)雜交育種技術(shù)仍會(huì)是蘿卜品種選育的主要手段，但是現(xiàn)代生物技術(shù)也必然會(huì)在蘿卜育種中得到實(shí)際應(yīng)用并逐步占據(jù)主導(dǎo)地位。因此，加強(qiáng)蘿卜育種基礎(chǔ)研究是“十四五”期間的當(dāng)務(wù)之急。

4.1 加強(qiáng)蘿卜種質(zhì)資源保護(hù)與利用

以國(guó)外種質(zhì)、近緣種、野生資源及我國(guó)特異資源為重點(diǎn)對(duì)象，進(jìn)行收集、評(píng)價(jià)和保存。針對(duì)生產(chǎn)中對(duì)品質(zhì)、產(chǎn)量、重大病蟲(chóng)害和逆境抗性等的需求，集成和研制蘿卜重要性狀標(biāo)準(zhǔn)化和精準(zhǔn)化表型鑒定評(píng)價(jià)技術(shù)；利用單項(xiàng)性狀鑒定或多年多點(diǎn)綜合評(píng)價(jià)等方法，分步完成蘿卜種質(zhì)資源核心樣本的表型精準(zhǔn)鑒定。建立蘿卜突變?nèi)后w，豐富蘿卜育種資源。以白菜、甘藍(lán)等近緣種為供體，開(kāi)展遠(yuǎn)緣雜交研究，篩選獲得具有豐富遺傳多樣性的新種質(zhì)。

4.2 開(kāi)展重要性狀基因挖掘與應(yīng)用

在種質(zhì)資源核心樣本的表型精準(zhǔn)鑒定基礎(chǔ)上，開(kāi)展基因型精準(zhǔn)鑒定，通過(guò)關(guān)聯(lián)分析挖掘優(yōu)異基因，深入開(kāi)展蘿卜重要性狀的功能基因組、表觀基因組、代謝組與蛋白組學(xué)研究，構(gòu)建多組學(xué)生物信息大數(shù)據(jù)庫(kù)，鑒定克隆調(diào)控蘿卜肉質(zhì)根膨大、花青素及硫甙含量、黑腐病及根腫病抗性等重要性狀的基因，解析分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

4.3 開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)

研究小孢子培養(yǎng)等單倍體育種技術(shù)，建立大規(guī)模、高效單倍體育種技術(shù)體系；通過(guò)原生質(zhì)體培養(yǎng)、體細(xì)胞融合和細(xì)胞雜交等其他細(xì)胞工程育種技術(shù)與分子標(biāo)記選擇相結(jié)合，加速遠(yuǎn)緣物種優(yōu)異目標(biāo)性狀的導(dǎo)入及純合進(jìn)度；開(kāi)展蘿卜基因工程研究，重視轉(zhuǎn)基因安全；探索建立高效的蘿卜遺傳轉(zhuǎn)化體系、基因編輯技術(shù)。

4.4 加快選育優(yōu)異品種

“十四五”期間蘿卜品種選育主要包括以下4 個(gè)方向：一是選育不同加工類(lèi)型的蘿卜品種。如適宜腌漬的品種、適宜制作蘿卜干的品種、適宜鮮食的品種等。二是改良地方品種。我國(guó)蘿卜地方品種豐富，區(qū)域市場(chǎng)較大。如北京心里美蘿卜、天津沙窩蘿卜、浙江蘭溪小蘿卜、山東濰縣蘿卜、湖北黃陂脈地灣蘿卜、湖南龍山蘿卜等栽培歷史悠久。在收集鑒定地方品種資源的基礎(chǔ)上，應(yīng)對(duì)其加以改良，培育出更符合市場(chǎng)需求的蘿卜品種。三是選育具有特定抗性的品種。針對(duì)云南、湖北、河南、遼寧等地區(qū)選育抗根腫病品種，針對(duì)華北地區(qū)選育抗病毒病品種，并加強(qiáng)對(duì)抗黑腐病品種的選育。四是選育其他用途的蘿卜品種。如油用品種、葉用品種、芽苗菜用品種、提取次生代謝產(chǎn)物的品種、具有觀賞價(jià)值的盆栽品種等。