主要蔬菜作物基因定位与分子辅助选择育种

刘子记 牛玉 刘维侠 杨衍

摘要：随着分子生物学的快速发展，主要蔬菜作物的分子育种研究取得了快速进展。综述了主要蔬莱作物分子遗传图语构建、基因定位和分子辅助选择等方面取得的进展，分析了現阶段蔬莱作物分子辅助选择存在的问题，初步探讨了未来分子辅助育种的发展策略。

关键词：蔬菜;遗传图谱;农艺性状;基因定位;分子辅助选择

遗传连锁图谱的构建是基因定位和分子辅助育种于细胞核雄性不育、枯萎病抗性等性状的辅助选择。的前提。分子标记辅助育种实现了由表型选择到基因型选择的转变，在选择效率和精度上较传统育种具有很强的优势。截至目前，分子标记在十字花科（白菜和甘蓝）、葫芦科（黄瓜、南瓜、苦瓜）、茄科（番茄、辣椒、马铃薯、茄子）等主要蔬菜作物中开展了大量研究，构建了多幅高密度的分子标记连锁图谱，定位了一大批重要基因，为开展分子标记辅助育种奠定了重要基础。

1 十字花科主要蔬菜作物基因定位与分子辅助选择

1991年，Song等[1]主要基于RFLP标记构建了首幅白菜遗传图谱。截至目前，20余幅白菜遗传图谱相继被构建，自交不亲和性基因、抗根肿病基因、抗黑腐病基因、抗芜菁花叶病毒病基因、抽薹开花和春化基因、育性相关基因、种皮颜色基因、耐热性基因、开花相关基因、株行相关基因、产量相关基因、花色基因等被分子标记定位[2-6]，为进一步开展分子标记辅助育种奠定了基础。

截至目前，国内外研究者构建了10余幅甘蓝遗传连锁图谱，并对叶球重、叶球纵径、颜色、开展度、株高、抽薹开花性状、根肿病抗性、枯萎病抗性、雄性不育等重要农艺性状进行了基因定位[7-11]，分子标记被成功用

2 葫芦科主要蔬菜作物基因定位与分子辅助选择

1987年美国Simon博士构建了黄瓜首幅基于形态学标记的遗传连锁图谱。随后国内外构建了多幅黄瓜饱和遗传连锁图谱，霜霉病抗性、白粉病抗性、蔓枯病抗性、病毒病抗性、耐冷、开花期、性别分化、果实形状、果皮光泽、果肉颜色、侧枝数、单性结实能力、苦味等性状相继被分子标记定位[12-17]，成功利用分子标记对侧枝数、开花期等性状进行了辅助选择。

截至目前，国内外已发表8幅南瓜属作物遗传图谱，利用分子标记相继定位了杂色叶片、黄色果实外皮、矮生、裸仁、果实形状、叶脉凹陷深度、茎的颜色、叶腋颜色、卷须有无等性状[18-19]。截至目前，已构建了5幅苦瓜遗传连锁图谱，分子标记定位的性状主要包括果实性状、白粉病抗性、雌性等[20-21]。

3 茄科主要蔬菜作物基因定位与分子辅助选择

自1986年以来，国内外研究者相继构建了多幅番茄分子遗传连锁图谱，其中抗细菌性斑点病基因、抗青枯病基因、抗枯萎病基因、抗叶霉病基因、抗晚疫病基因、抗黄萎病基因、抗烟草花叶病毒基因、抗黄化曲叶病毒基因、抗斑萎病毒基因、抗根结线虫基因、晚熟基因、绿果肩基因以及自封顶基因等被成功用于分子辅助选择育种[22-27]。

1984年美国康乃尔大学首次构建了辣椒分子遗传连锁图谱[28]。之后30多年里，不断有辣椒分子遗传图谱和重要性状分子定位的报道，定位的基因主要包括烟草花叶病毒抗性基因、黄瓜花叶病毒抗性基因、马铃薯Y病毒抗性基因、疫病抗性基因、炭疽病抗性基因、根结线虫病抗性基因、果实大小基因、果色基因、辣味基因、胞质雄性不育基因、辣椒红素基因，成功对疫病抗性基因，马铃薯Y病毒抗性基因、根结线虫抗性基因、胞质雄性不育恢复基因、番茄斑点萎蔫病毒抗性基因进行分子辅助选择[29-31]。

1988年美国康奈尔大学首次利用RFLP标记构建了马铃薯的首张遗传连锁图谱[32]，多年来被标记定位的性状包括线虫抗性、晚疫病抗性、病毒病抗性、炸片颜色、块茎性状、出芽性状以及耐冷性等[33-34]。Nunome等构建了首幅茄子遗传图谱[35]，近年来10余幅茄子遗传图谱被相继构建，果色、果形、果重、果萼、果实结实率、黄萎病抗性等性状被分子标记定位[36-38]，为分子标记辅助育种奠定了基础。

4 分子辅助选择存在的问题与未来展望

蔬菜作物早期的分子标记研究多为显性标记，稳定性和重复性较差，鉴定得到的连锁标记数量有限且大多数遗传距离较远，绝大多数不能有效地用于分子辅助选择，另外，仅对主要蔬菜作物开展了一定的基因分子标记研究工作，更多的蔬菜作物分子标记研究处于空白状态，分子标记与常规育种结合不够紧密。随着基因组研究的快速发展，基于基因组测序的高通量分子标记近年来在玉米、水稻、小麦等农作物中得到了有效应用，将来要进一步加大蔬菜分子育种的研究投入，加强分子育种与常规育种的结合，充分发挥分子标记辅助育种的技术优势。（收稿：2019-07-17）

参考文献：

[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法定位不同群体的白菜抽薹相关性状QTL[D].沈阳：沈阳农业大学，2016.

[3]刘静.大白菜高密度Bin-marker图谱构建及开花时间的QTL定位[D].北京：中国农业科学院，2016.

[4]刘坤宇.不结球白菜遗传连锁图谱构建及其株型表型性状的鉴定[D].南京：南京农业大学，2017.

[5]王红霞.大白菜产量相关性状的QTL定位及叶片毛刺基因的精细定位与克隆[D].济南：山东大学，2018.

[6]杨晓刚.大白菜遗传图谱的构建及花色性状基因的遗传定位[D].曲阜：曲阜师范大学，2018.

[7]Slocum M，Figdore 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]陈书霞，王晓武，方智远，等.RAPD标记构建芥蓝×甘蓝分子标记连锁图[J].园艺学报，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]張长远.苦瓜分子遗传图谱构建及QTL的定位[D].广州：华南农业大学，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]张宝玺，王立浩，黄三文，等.辣椒分子遗传图谱的构建和胞质雄性不育恢复性的QTL定位[J].中国农业科学，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]乔军.茄子果实性状遗传研究及果形QTL定位[D].北京：中国农业科学院，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，Frary 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.

基金項目：海南省科技项目（No.ZDYF2018035）;“一带一路”项目（No.ZYLH2018010104）。

作者简介：刘子记（1982-），男，博士，副研究员，研究方向：蔬菜遗传育种。

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