柿的遗传多样性及育种研究进展

罗正荣，张青林，徐莉清，郭大勇

(园艺植物生物学教育部重点实验室/华中农业大学园艺林学学院，湖北武汉 430070)

中国是柿(DiospyroskakiThunb.)的原产地，也是世界范围内柿树栽培历史最悠久、面积最大和年产量最高的国家[1]。中国大陆、日本、韩国和巴西是柿的传统产区。近年来，西班牙的柿生产规模增长较快，年产量已跃居世界第2位。其他有商品生产的国家还有阿塞拜疆、乌兹别克斯坦、意大利、以色列、新西兰、澳大利亚、智利及美国等。在部分国外尤其是日本学者的文献中，柿被认为是东亚原产[2]，其英文名称常被写成“Japanese persimmon”[3]，柿的原产地还存在着一些争议。柿的园艺学分类始于19世纪末，日本学者藤井将其归于仁果类[4]，后来菊池将其另立为假仁果类[5]。中国曾将其与枣单列为柿枣类[4]。此外，俞德浚根据果实结构和利用特点将其归为浆果类[5]。但欧美早期的园艺学分类体系，通常未包含柿、枣、杨梅等东亚果树。柿的园艺学分类尚未取得完全一致意见。有关柿属植物遗传多样性及其利用研究进展，罗正荣等早期曾有论及[6]。笔者重点对柿的遗传多样性及育种研究中的若干问题进行探讨，以期引起相关专家或同行关注。

1 柿属植物及其利用途径的多样性

柿属植物数量较多，但不同时期和不同作者的报道很不一致。俞德浚认为近200种，中国原产15种[5]；李树纲则认为共约500种，中国原产57种、6变种和1变型[7]。

柿属植物用途广泛、尤其适合加工。罗正荣等曾总结其作为木材(乌木和阴沉木)、果实(鲜食和加工)、药用、观赏以及茶饮等方面的应用途径[6]。王勇等总结柿单宁结合金属和蛋白质，抗氧化、抗菌，作为皮革鞣制剂，可用作生物降解材料的辅剂，以及改性聚丙烯酸系高分子吸水树脂制备等新的应用领域[8]。最近，以柿单宁为主要原料的除异味剂、护肤品和洗浴用品，如抗菌牙膏、美容香皂、保湿的洗发水和沐浴露等已经上市[9]。此外，柿单宁在吸附和回收重金属离子方面的效应也引起广泛关注[10]。

尤其值得注意的是，在中国长期存在争议的柿“醉酒”(drunken sickness)或“醒酒”(dispel the effects of alcohol)问题最近有了新的进展。日本岛根大学Itamura教授团队证明，在饮酒前30 min食用脱涩后的西条果实(主产于日本岛根县一带的完全涩柿地方品种，单果重约150～200 g)1个或柿饼(含水量32%)2个，可有效抑制饮用日本清酒后血液中酒精浓度的上升，具有防止醉酒或减轻“隔日醉”(宿醉)的作用[11]；基于该功能开发出的“晚夕饮力”(banyu-inryoku)清凉饮料产品(50 mL/瓶)已经上市[9]。此外，华中农业大学李春美教授团队通过离体人工胃液模拟、活体动物试验、志愿者试食及产区调查等系列研究发现，健康成人每日食用2个恭城水柿(鲜重约400～500 g)不会导致“结石”(gastric phytobezoar，又称“胃柿石”)[12]。因此，食用脱涩后的涩柿及可自然脱涩的甜柿，对胃部无基础性疾病的消费者而言发生“胃柿石”风险极低。

新型冠状病毒肺炎发生后，抗病毒药物筛选在世界范围内取得一定成效。据2020年9月15日《ANN》电视台报道，日本奈良县立医科大学的研究者发现柿单宁具有使新冠肺炎病毒无害化的功能，在人类唾液和新冠病毒的混合液中加入高浓度柿单宁后，成功抑制了病毒活性(图1)，可望开发出相关产品并用于新冠肺炎预防。推测其作用机制可能是柿单宁被吸附在新冠肺炎病毒表面蛋白质上，从而使其丧失感染能力，但具体作用机制目前尚不完全明晰。

图1 2020年9月15日ANN电视新闻画面(截屏)

2 柿属植物染色体倍性多样性

柿属植物主要分布在热带或亚热带。温带分布的除柿外，还有美洲柿(DiospyrosvirginaniaL.)、君迁子(DiospyroslotusL.)、油柿(DiospyrosoleiferaCheng)和老鸦柿(DiospyrosrhombifoliaHemsl.)等少数种类。柿属植物染色体倍性已经明确的约占10%，其中在热带或亚热带分布的多为二倍体(2n = 2X=30)；但其向北亚热带和温带的迁移过程中，染色体加倍后形成栽培柿(2n=6X=90，2n=9X=135)。尽管其细节尚不完全清楚，但其演化过程大概率地涉及2n配子参与。

通过2n花粉途径形成合子胚后，由于胚乳平衡数不正常，必须幼胚抢救培养才能获得杂交后代；而2n卵细胞与正常花粉受精后可产生种子而无需幼胚培养。因此，柿属植物从2倍体向6倍体或9倍体的演化过程可能与2n卵细胞的参与有更加密切的关系。Zhuang等发现平核无和宫崎无核等品种为天然9倍体(2n=9X=135)，表现为3倍体的染色体行为和伪单性结实特性，且生长发育正常[13]。京都大学学者发现不完全甜柿品种禅寺丸含有2n花粉，采用细胞筛过滤出2n花粉并授粉次郎，采用幼胚抢救培养可获得9倍体[14]；通过该途径，日本福冈县的科技人员成功获得世界首例无核和大果的9倍体完全甜柿[15]。京都大学Tao教授团队证明日本原产完全甜柿品种藤原御所能产生未减数胚囊[16](图2)。因此，以藤原御所为母本，以正常减数分裂的花粉供体为父本，可望在不需要幼胚抢救培养的前提下获得9倍体无核甜柿新种质。上述成果不仅为栽培柿起源和演化研究提供了新的科学依据，也为柿的遗传改良奠定技术基础。

图2 日本甜柿品种藤原御所具有未减数胚囊的形成能力[16]

中国中部大别山区原产的中国罗田甜柿鲜食口感佳，但其果小、籽多的缺陷限制其直接作为果实商品的应用价值。利用2n配子的倍性操作途径可望实现其定向遗传改良，最终培育出具自主知识产权的大果、无核中国甜柿新品种。

3 柿品种脱涩类型多样性与甜柿起源

柿在植物分类学上属单一种，但其种下变异极为丰富[6]。首先，柿有完全甜柿(pollination constant & non-astringent persimmon，PCNA，简称甜柿)和非完全甜柿(non-PCNA，简称涩柿)之分，甜柿自然脱涩的程度，涩柿自然或人工脱涩的难易均有差异；其次，柿的果实形状、大小、肉质、果皮底色和面色、果肉褐斑有无和程度、种子有无与数量、单宁细胞大小与密度、果实成熟期，以及采后果实的加工适应性等也呈现出明显的差异；而且，柿既有只着生雌花或雄花的完全雌株或完全雄株，也有雌雄同株异花的杂性株，以及雌雄同花的完全花株。此外，柿与君迁子的嫁接亲和性也存在从形态学到生理学的广泛差异。

完全甜柿被认为由完全涩柿(pollination constant & astringent persimmon，PCA)直接突变而成，且中国甜柿和日本甜柿为独立起源。日本甜柿(JPCNA)和中国甜柿(CPCNA)自然脱涩受不同基因位点控制，前者为促进单宁生物合成的A基因发生隐性突变而致，后者则与抑制单宁生物合成的B基因有关；非完全甜柿的果实脱涩与控制挥发性产物释放的C基因相关[17]。

日本甜柿起源地狭窄，其遗传一致度较高，长期的杂交育种已经在单果重、产量和树势等方面表现明显的近交退化现象[17]。而且日本甜柿自然脱涩性状受隐性基因控制，其与非完全甜柿杂交F1单株均为非完全甜柿，即使与日本原产完全甜柿回交，其BC1代中仅出现15%完全甜柿(六倍体遗传特点)。因此，相对独立起源且自然脱涩性状受显性单基因控制的中国甜柿在完全甜柿遗传改良中具有重大的利用价值。

中国甜柿自然脱涩关键基因尚不完全清楚，华中农业大学柿团队最近鉴定到一个R2R3-MYB转录因子DkMYB14，其既可作为转录抑制因子抑制单宁(原花青素)的生物合成，又可作为转录激活因子促进乙醛的生物合成，从而促进可溶性单宁向不溶性单宁的转变。因此，DkMYB14具有转录激活和转录抑制的双重功能[18]。

4 柿的花性多样性及性别决定机制与单性结实品种培育

柿的花性非常复杂。从单花水平看，有雄花、雌花和完全花等3种类型。从个体水平看，可分为完全雄株(仅着生雄花)、完全雌株(仅着生雌花)、雌雄同株异花(雌花和雄花共存)、雌全同株(雌花和完全花共存)、雄全同株(雄花和完全花共存)、三全同株(雄花、雌花和完全花共存)和完全花株(仅着生完全花)等7种类型。最近，柿属植物性别决定机理的研究取得突破性进展[19]。二倍体的君迁子(2n=2x=30)Y染色体上包含有雄性性别决定区域，其中的1个性别决定基因OGI(Oppressor of MeGI)编码小RNA并特异剪切MeGI(Male Growth Inhibitor)使植株表现雄性；在6倍体的栽培柿(2n=6x=90)中，OGI启动子区域的268 bp Kali片段插入可导致OGI沉默，并使MeGI启动子发生甲基化而促进smMeGI产生，从而使MeGI表达受到抑制，最终表现为雄花发育。因此，雌雄同株异花栽培柿的性别表现在不同年份和单株间不太稳定(图3)。

Akagi利用君迁子F1代雄性/雌性性状分离群体，通过集团分离分析法-扩增片段长度多态性(BSA-AFLP)技术筛选到一个与雄性性状紧密连锁的分子标记DlSx-AF4S[20]。张平贤等发现该标记对已知性别试材的鉴别率达96.6%；在已知花性的F1代个体中的鉴别率可达90.2%[21]。Zhang利用君迁子的OGI 标记，发现其在50份已知性别基因型中的鉴别率为100%；在F1代单株中的鉴别率89.5%。说明DlSx-AF4S和OGI标记在柿属植物性别鉴定中具有较高的通用性[22]。利用上述两个标记，可望在早期筛选仅开雌花的F1单株，从而在选育单性结实的完全甜柿新种质中应用。

图3 柿属植物性别进化模型图[20]

5 小结

完全甜柿是世界范围内产业发展和品种选育的重点目标，但其主栽品种均源自日本，与中国作为原产国和产业大国的地位不符。且日本甜柿的土壤适应性较差，尤其是优质品种与中国传统产区普遍采用的砧木君迁子嫁接亲和性较差。而且，日本甜柿核心亲本的遗传一致度较高，长期的杂交育种已经面临近交退化的困境。此外，日本甜柿自然脱涩性状受隐性基因控制，只有日本甜柿间相互杂交才能获得完全甜柿后代。

中国甜柿包括罗田甜柿、鄂柿1号、小果甜柿、宝盖甜柿和四方甜柿等多种类型，集中分布在中国中部的湖北、河南、安徽等三省交界的大别山区。中国甜柿与日本甜柿在果实发育的早期单宁细胞较小且果实成熟期均可在树上自然脱涩的特点类似，但中国甜柿自然脱涩在果实成熟前才能完成。与日本甜柿仅靠“稀释效应”完成自然脱涩过程明显有别，中国甜柿的自然脱涩过程可能与果实成熟前由乙醛介导的可溶性单宁的不溶化过程(简称“凝固效应”)具有更直接的关系。因此，以优质日本甜柿或主栽非完全甜柿为母本，以中国甜柿为父本，通过常规杂交和分子标记早期选择可望快速获得兼具两者优良性状的甜柿新种质。此外，选育与君迁子嫁接亲和的优质甜柿品种,也是中国柿产业可持续发展亟待解决的关键问题。