西葫蘆果色基因研究進(jìn)展

1、    西葫蘆果色基因研究進(jìn)展    左鮮紅 張文婷 夏迎春 張洋 司龍亭 李文虎摘要 概述了西葫蘆果色基因的國內(nèi)外研究進(jìn)展，重點(diǎn)闡述了目前發(fā)現(xiàn)的14個(gè)西葫蘆果色基因功能及相互間作用，對(duì)西葫蘆果色育種親本的選擇具有一定的指導(dǎo)意義，為以后開展果色分子標(biāo)記輔助育種提供參考。關(guān)鍵詞 西葫蘆；果色基因；育種中圖分類號(hào) s642.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼a 文章編號(hào) 0517-6611（2018）14-0016-03research advances in fruit color genes of cucurbita pepozuo xianhong， zhang went

2、ing， xia yingchun et al （jiangsu greenport modern agricultural development company limited， suqian， jiangsu 223800）abstract this paper reviewed the research process both at home and abroad made in studying fruit color genes of cucurbita pepo， and laid emphasis on illustrating the function and intera

3、ction of 14 genes affecting fruit color， which would be valuable for selecting appropriate parents for fruit color breeding， and provided reference for molecular markerassisted fruit color breeding in the future.key words cucurbita pepo；fruit color genes；breeding西葫蘆（cucurbita pepo l.），又名美洲南瓜，為葫蘆科（cu

4、curbitaceae）南瓜屬1年生蔓性草本植物，染色體數(shù)為2n=2x=40。原產(chǎn)北美洲南部，19世紀(jì)中葉我國開始栽培，目前世界各地均有分布，其中歐洲、美洲最為普遍1。西葫蘆因其種植簡單、生長期短、較耐貯運(yùn)、產(chǎn)量高，尤其是越冬和早春栽培經(jīng)濟(jì)效益好，在我國種植面積越來越大，年增長率達(dá)3.18%2。但由于西葫蘆遺傳研究在我國起步晚，基礎(chǔ)弱，缺乏深入系統(tǒng)的研究，大部分遺傳理論均為國外學(xué)者提出。果實(shí)顏色作為西葫蘆外觀品質(zhì)評(píng)價(jià)的一個(gè)重要性狀，已成為西葫蘆新品種選育的首要因素。諸多學(xué)者圍繞西葫蘆果色進(jìn)行了大量研究，尤其是國外學(xué)者系統(tǒng)地研究了影響西葫蘆果色的基因，為西葫蘆果色的改良選育奠定了基礎(chǔ)。筆者綜述了

5、西葫蘆果色基因的國內(nèi)外研究進(jìn)展，旨在為今后開展果色分子標(biāo)記輔助育種提供參考。1 國外研究進(jìn)展早在1922年，國外學(xué)者發(fā)現(xiàn)西葫蘆淺色基因w和y3，隨后越來越多的學(xué)者開展了西葫蘆果色基因的研究，發(fā)現(xiàn)了許多基因影響西葫蘆的果色，且大部分西葫蘆果實(shí)的顏色并不是一成不變的，而是隨著發(fā)育天數(shù)的增加而發(fā)生變化，因此將西葫蘆果實(shí)的發(fā)育分為3個(gè)階段：嫩果期（花后25 d）、中熟期（花后1518 d）、老熟期（花后4044 d）4。截至目前，共發(fā)現(xiàn)西葫蘆果色基因14個(gè)5。截至2014年，共發(fā)現(xiàn)西葫蘆瓜色基因14個(gè)4。b（bicolor）：果實(shí)黃色色素提早形成。一個(gè)突變基因，從子房分化開始，子房即為黃色或有黃色斑塊

6、6-8。隨著果實(shí)坐住、發(fā)育和成熟，這些提早出現(xiàn)的黃色子房或斑塊部分仍為黃色或轉(zhuǎn)變成橙色。b不完全顯性于b（正常整個(gè)子房都為綠色）。當(dāng)子房完全為黃色時(shí)，鄰近的花梗、萼片和花冠可能也為黃色；黃色的程度取決于b基因是純合還是雜合，以及不完全顯性和加性修飾基因ep-1和ep-2的劑量，ep-1和ep-2（extender of pigmentation-1、2），擴(kuò)大黃色面積9。b/b加上01個(gè)顯性ep基因，果實(shí)為雙色，即綠色和黃色果；加24個(gè)顯性ep基因則擴(kuò)大黃色面積；b/b加上01個(gè)顯性ep基因，果實(shí)全部為黃色；加24個(gè)顯性ep基因則黃色面積擴(kuò)大至花梗和萼片；顯性基因b與l-2基因互作，表現(xiàn)為果肉

7、強(qiáng)橙色10。b基因也在葉片上表達(dá)，當(dāng)隱性基因ses-b （selective suppression of gene b，選擇性地抑制基因b）存在時(shí)，葉片上表現(xiàn)出許多深黃色圓形斑點(diǎn)11。ep-1、ep-2（extender of pigmentation-1、-2）：著色增強(qiáng)基因-1、-2，主要是修飾基因b，對(duì)ep-1、ep-2不完全顯性，ep-1與ep-2具有加性效應(yīng) 9。ses-b（selective suppression of gene b）：選擇性地抑制基因b，抑制由b基因引起的葉片提早變黃， 對(duì)ses-b不完全顯性11。d（dark stem）：深色莖，存在3個(gè)等位基因，即d莖為深

8、色，中期階段果實(shí)也為深色，ds莖為深色，但果實(shí)顏色不受影響，d莖為淺色，果實(shí)顏色不受影響，其顯性程度依次為d>ds>d12-13?；騞對(duì)嫩瓜無影響，僅在瓜末端沿著10條心皮維管束顏色加深4。d基因?qū)麑?shí)的影響在花后710 d很明顯，此時(shí)幾乎整個(gè)果實(shí)表面顏色均加深；花后14 d，果實(shí)變?yōu)樯罹G色；隨著果實(shí)的成熟，顏色逐漸變?yōu)槌壬?dāng)果實(shí)完全成熟時(shí)，即花后40 d左右，整個(gè)果實(shí)變?yōu)樯畛壬?。l-1、l-2（light fruit coloration-1、-2）：淺色果實(shí)基因-1、-2，2個(gè)互補(bǔ)基因。當(dāng)它們中任何1個(gè)或2個(gè)為隱性純合時(shí)，嫩瓜為淺色4。當(dāng)植株基因型為d/d l-1/l-1

9、l-2/l-2時(shí)，果實(shí)為純淺色14，即嫩瓜為淺綠色，中熟期變成白綠色，老熟期為淺黃色。當(dāng)植株基因型為d/d l-1/- l-2/l-2時(shí)，果實(shí)為純淺色，或通常在中熟期變?yōu)槊黠@的淺黃綠色，即“type1”模式瓜色，老熟期完全為黃色4，14。而d/d l-1/l-1 l-2/-植株嫩瓜為淺綠色，但不如d/d l-2/l-2瓜色淺，而與d/-植株瓜色相似，即在瓜末端顏色輕微加深，且主要在10條主心皮維管束上或鄰近處加深。到中熟期，果色通常為淺藍(lán)-灰-綠色，即“type2”模式瓜色，老熟時(shí)通常為黃橙色。當(dāng)l基因中任何1個(gè)或2個(gè)均隱性純合時(shí)，d基因起上位作用，即瓜全部為深色，掩蓋了淺色、type1和ty

10、pe2模式瓜色。l-1/- l-2/-植株果實(shí)整個(gè)發(fā)育期間均為深綠色 3，與單個(gè)或2個(gè)l基因隱性純合瓜色相比，l-1/- l-2/-果實(shí)直至老熟時(shí)仍保持黑綠色，而不會(huì)變成橙色或黃色。也存在許多偏離這3個(gè)基因和它們相互作用的模式3。這是因?yàn)榉蛛x位點(diǎn)基因14-17、d和l-1基因的多等位基因造成的13，18。l-1等位基因l-1bst，果實(shí)上有寬的連續(xù)縱向深色條帶19-20；l-1st表現(xiàn)為窄的、斷的深色條帶7，18，21-22；l-1ist則為不規(guī)則的深色條帶23。l-1等位基因顯性程度依次為l-1>（l-1bst>l-1st）l-1ist>l-1。通常，深色條帶位于10條心皮

11、維管束之間，維管束上和其鄰近處為更淺的背景顏色。但當(dāng)l-2r基因存在時(shí)，則出現(xiàn)相反情況，即l-1條帶等位基因表現(xiàn)為條帶色，比背景色淺，或l-1基因表現(xiàn)為瓜色為淺色24。l-2的另一個(gè)等位基因l-2w，當(dāng)l-2w/l-2w存在時(shí)，l-1顯性等位基因的作用被推遲和削弱25。l-2等位基因顯性程度依次為l-2>l-2w>l-2。l-2也與b基因互補(bǔ)，表現(xiàn)為果肉深橙色，而非淺黃色10。qi（quiescent intense）：靜態(tài)加深。對(duì)qi（不加深）為隱性，與l-2互補(bǔ)，加深嫩瓜的顏色，而對(duì)中熟期或老熟期果實(shí)顏色很少或幾乎無影響，即嫩瓜為深色，但老瓜為橙色而非黑綠色19，26。mo-1

12、、mo-2（mature orange-1、-2）：成熟橙色。隱性互補(bǔ)基因，使果實(shí)在老熟前綠色完全消失而成橙色。顯性基因mo-1、mo-2中的任一個(gè)單獨(dú)存在，都可使老熟瓜色一直保留其綠色而不變橙?；騞與mo-2連鎖16。w（weak fruit coloration）：果實(shí)弱著色，抑制外果皮綠色或橙色的積累而產(chǎn)生淺色。多等位基因，ws：果實(shí)和莖色都為淺色；w：老熟果實(shí)為深色；其顯性程度為ws>w>w，且ws上位于d基因27-29。與wf（white flesh）基因互補(bǔ)，導(dǎo)致果實(shí)老熟時(shí)外果皮為白色或淺橙色15。y（yellow fruit color）：黃色果實(shí)。對(duì)y（中熟期果實(shí)

13、為綠色）為不完全顯性。當(dāng)y基因純合時(shí)，嫩果的顏色即為黃色，當(dāng)果實(shí)老熟時(shí)仍為黃色或橙黃色；當(dāng)y雜合時(shí)，中熟期的果實(shí)變?yōu)槌赛S色7，22， 27，30。pl（plain light fruit color）：純淺色果實(shí)。果實(shí)在嫩果期為淺綠色，中熟期變?yōu)榘拙G色，老熟時(shí)為淺黃色，即整個(gè)發(fā)育階段都為淺色14。i-mc（inhibitor of mature fruit color）：抑制老熟期果色，包括條斑色，使老熟瓜色為白色，對(duì)i-mc為顯性31。影響果實(shí)黃色的基因有b、ep-1、ep-2、ses-b、 y，其中ep-1和ep-2主要起修飾b基因的作用，ses-b 基因抑制由b基因引起的葉片變黃，y使中

14、熟期的果色為黃色；w、i-mc、mo-1、mo-2影響成熟期的果色，即w使成熟期果實(shí)弱著色，即瓜色為白色或淺橙色，有2個(gè)等位基因ws和w， i-mc基因使成熟期果實(shí)綠色或條帶色消失而成白色，mo-1和mo-2同時(shí)存在時(shí)，成熟期果色為橙色；l-1、l-2、pl基因果實(shí)為淺色，影響果實(shí)整個(gè)發(fā)育階段的顏色，其中l(wèi)-1、l-2有多個(gè)等位基因，pl則使整個(gè)發(fā)育階段果色均淺；qi基因僅影響嫩瓜顏色，使其為深色，而對(duì)其余階段瓜色無影響；d基因影響中熟期果色，也影響莖的顏色，存在2個(gè)等位基因ds和d。這些基因彼此間相互作用，即b與l-2互補(bǔ)；ep-1、ep-2修飾基因b；當(dāng)l-1、l-2中任一個(gè)為隱性純合時(shí)，

15、d起上位作用；d與mo-2連鎖；d下位于ws；l-2與qi互補(bǔ)。綜上所述，西葫蘆果色除黃色外大體可分為2類：深色和淺色。當(dāng)嫩瓜為深色時(shí)，老瓜可能為橙色或一直保持深色；當(dāng)嫩瓜為淺色時(shí)，果實(shí)顏色變化較大，主要受l-1、l-2和d 3個(gè)基因的影響。然而，如何定義果實(shí)顏色的深淺，是利用這些基因遺傳理論的關(guān)鍵所在。因此，必須嚴(yán)格使用相同的比色卡進(jìn)行果色的定義，進(jìn)而依據(jù)該基因遺傳理論推測(cè)其果實(shí)所含基因。2 國內(nèi)研究進(jìn)展我國西葫蘆主要食用其嫩瓜，因此對(duì)西葫蘆瓜色的研究主要集中于嫩瓜瓜色方面， 且主要通過表型性狀進(jìn)行研究。隨著人們生活水平的提高，對(duì)西葫蘆果色的要求也逐漸發(fā)生變化，從早期的深綠色麻點(diǎn)品種“早青一

16、代”到淺綠色品種“冬玉”，再到目前翠綠色品種“京葫36”。雖然各地的消費(fèi)習(xí)慣不同，對(duì)西葫蘆瓜色的要求也不同，但目前主要以翠綠色品種為主導(dǎo)皮色。陳鳳真32和李建友33研究表明，西葫蘆果實(shí)顏色的遺傳屬于質(zhì)量性狀遺傳，綠色對(duì)白色為顯性；而globerson12研究表明，采用白色西葫蘆和綠色西葫蘆雜交時(shí)，分離后代的顏色除白色和綠色外，還有第3種顏色，認(rèn)為在西葫蘆皮色遺傳中存在顯性上位作用，因此出現(xiàn)第3種顏色12。金丹34對(duì)黃皮西葫蘆皮色遺傳規(guī)律的研究發(fā)現(xiàn)，黃皮對(duì)綠皮、淺綠皮、白皮的遺傳不是簡單的單基因遺傳，b基因控制的黃色還受其他色基因的影響。筆者研究發(fā)現(xiàn)，有些淺綠色或綠色材料對(duì)深色為顯性，而有些則相

17、反；黃色對(duì)淺色或綠色為不完全顯性，即瓜色為中間色；黃色對(duì)深色為顯性或共顯性（雙色）（資料未公開）。3 思考與展望西葫蘆果色不是簡單的單基因遺傳，而是由多個(gè)基因相互作用共同決定，且有些基因僅在果實(shí)的某個(gè)發(fā)育階段起作用。因此，盡管西葫蘆主要食用其嫩瓜，但對(duì)其瓜色的研究不應(yīng)僅集中在嫩瓜瓜色上，而要根據(jù)各個(gè)發(fā)育階段的果色變化綜合推斷其基因情況，進(jìn)而預(yù)測(cè)其后代嫩瓜顏色。此外，由于西葫蘆的果色是由其底色和瓜面斑紋色共同決定，色彩間的對(duì)比容易引起人的視覺誤差，且人與人之間對(duì)顏色深淺的定義存在一定差異，這些都易引起試驗(yàn)結(jié)果的不同。最關(guān)鍵的是，西葫蘆果色是不斷變化的，前后2 d的瓜色有可能存在明顯差異。因此在進(jìn)

18、行瓜色比較時(shí)，要盡可能地使其他條件相同，且采用統(tǒng)一的色彩評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。隨著現(xiàn)代細(xì)胞和分子育種技術(shù)的發(fā)展，生物技術(shù)手段育種已成為另一條重要的育種途徑，該項(xiàng)技術(shù)不僅能夠縮短育種過程中選擇及純化的時(shí)間，而且對(duì)遺傳育種具有重要的理論和實(shí)際意義。西葫蘆細(xì)胞工程輔助育種主要是單倍體培養(yǎng)，然而，西葫蘆快速誘導(dǎo)單倍體方面進(jìn)展緩慢，誘導(dǎo)率低，即使在成功誘導(dǎo)的基礎(chǔ)上也存在一些其他方面的問題，如如何將誘導(dǎo)率穩(wěn)定、再生植株倍性鑒定方法的選擇等，此項(xiàng)技術(shù)還有廣闊的研究空間35。分子輔助育種研究起步晚，且由于西葫蘆染色體數(shù)多（2n=2x=40），遺傳比較復(fù)雜，目前可利用的遺傳和基因組工具很有限。目前為止，西葫蘆發(fā)現(xiàn)并鑒定的基

19、因約70個(gè)，其中48個(gè)已明確其功能5；構(gòu)建3張遺傳圖譜，共包含178個(gè)ssrs標(biāo)記、244個(gè)aflps標(biāo)記、230個(gè)rapds標(biāo)記和3個(gè)形態(tài)學(xué)性狀標(biāo)記36-40；2017年，montero-pau等41運(yùn)用高通量測(cè)序的基因型分析法構(gòu)建了一個(gè)zucchini基于snp（共7 718個(gè)）的飽和遺傳圖譜，并進(jìn)行了瓜蔓、開花和果實(shí)相關(guān)性狀的qtl分析，獲得控制果皮顏色的4個(gè)主要qtl： ilrco_4、ibrco_4和mlrco_4、mbrco_4，但這些qtl的開發(fā)距離實(shí)際應(yīng)用還很遠(yuǎn)，只有進(jìn)一步縮小遺傳距離準(zhǔn)確定位到瓜色基因進(jìn)而利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)驗(yàn)證其功能或開發(fā)與瓜色基因緊密連鎖的分子標(biāo)記才能在實(shí)際育種

20、中利用。目前，西葫蘆果色育種仍采用常規(guī)的有性雜交育種方法，并輔以單倍體育種，而分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)則較落后，相關(guān)的標(biāo)記技術(shù)研究薄弱。因此，今后要加強(qiáng)西葫蘆分子標(biāo)記的開發(fā)，尤其是一些重要農(nóng)藝性狀基因分子標(biāo)記的開發(fā)，如品質(zhì)性狀（包括瓜色）基因和抗性基因的開發(fā)，對(duì)西葫蘆新品系的選育具有重大的指導(dǎo)意義。我國學(xué)者要放棄傳統(tǒng)對(duì)西葫蘆作物的忽視，加強(qiáng)西葫蘆的基礎(chǔ)研究和系統(tǒng)理論研究，爭取在分子標(biāo)記方面有所突破，真正實(shí)現(xiàn)西葫蘆果色育種分子標(biāo)記輔助選擇與常規(guī)育種有機(jī)結(jié)合。參考文獻(xiàn)1蔣先明.中國農(nóng)業(yè)百科全書：蔬菜 卷分冊(cè) 各種蔬菜m.北京：農(nóng)業(yè)出版社，1989：132.2 fao（2013）db/ol.2018-0

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