分子標(biāo)記在甜瓜育種中的應(yīng)用

分子標(biāo)記在甜瓜育種中的應(yīng)用

近年來(lái)，酶的高度發(fā)展異常迅速，其中與作物遺傳育種密切相關(guān)的分子標(biāo)記最為顯著。分子標(biāo)記技術(shù)的出現(xiàn),使植物育種的“間接選擇”成為可能,大大提高了遺傳分析的準(zhǔn)確性和選育品種的有效性,因而在遺傳育種領(lǐng)域愈來(lái)愈受到重視。分子標(biāo)記是指以生物大分子的多態(tài)性為基礎(chǔ)的遺傳標(biāo)記。廣義的分子標(biāo)記包括兩類,即:同工酶標(biāo)記和DNA標(biāo)記,狹義的分子標(biāo)記僅指DNA標(biāo)記。目前,DNA標(biāo)記已廣泛地應(yīng)用于種質(zhì)資源研究、遺傳圖譜構(gòu)建、目的基因定位和分子標(biāo)記輔助選擇等各方面。本文從以下幾個(gè)方面論述了分子標(biāo)記在甜瓜育種中的應(yīng)用情況,旨在為甜瓜種質(zhì)資源的收集、保存、研究利用及科學(xué)創(chuàng)新提供科學(xué)依據(jù),進(jìn)一步指導(dǎo)甜瓜分子育種工作。1厚皮甜瓜和薄皮甜瓜同源性甜瓜屬于葫蘆科(Cucurbitaceae)黃瓜屬(CucumisL.)的一個(gè)亞屬(甜瓜亞屬subgen.Melo)。甜瓜在同工酶上的差異和形態(tài)上的差異分類有很大的區(qū)別。馬德偉對(duì)甜瓜過(guò)氧化物酶同工酶的研究提出厚皮甜瓜和薄皮甜瓜起源的一源論。張興平對(duì)44份甜瓜的POD同工酶等4種酶進(jìn)行研究表明:具有明顯生態(tài)差異的的薄皮甜瓜和厚皮甜瓜在同工酶上相似,親緣關(guān)系很近。郭素枝采用PAGE電泳酶紫外線掃描和模糊聚類分析對(duì)8個(gè)甜瓜品種的POD同工酶進(jìn)行了分析,認(rèn)為厚皮甜瓜和薄皮甜瓜在同工酶水平上沒(méi)有嚴(yán)格的界限,是由同一祖先發(fā)展而來(lái)的。而馬德偉對(duì)甜瓜8個(gè)變種的48個(gè)不同類型的花粉研究分析表明:“各變種甜瓜花粉的質(zhì)量性狀相同,形態(tài)一致,各變種花粉數(shù)量性狀間無(wú)顯著差異。厚皮與薄皮兩類甜瓜同源性極強(qiáng),起源相同,其差異為不同生態(tài)型變種間的差異,分為兩個(gè)亞種是不合理的。蛇形甜瓜為兩類甜瓜的中間型,山東野生甜瓜是我國(guó)薄皮甜瓜的原始類型”。2分子標(biāo)記聚類分析分子標(biāo)記應(yīng)用于確定親本間的遺傳差異和親緣關(guān)系,可劃分雜種優(yōu)勢(shì)群,提高雜交優(yōu)良潛力。目前,利用RAPD、SSR、ISSR、AFLP等分子標(biāo)記技術(shù)已對(duì)多種蔬菜作物的種質(zhì)資源親緣關(guān)系進(jìn)行了研究,如:芥菜、番茄、蔥屬、黃瓜、甘蔗、魚腥草等,從分子水平對(duì)其遺傳進(jìn)化關(guān)系進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果和形態(tài)分類比較一致,分子標(biāo)記適合大多數(shù)園藝作物遺傳多樣性分析。近幾年,國(guó)內(nèi)外采用分子標(biāo)記對(duì)甜瓜種質(zhì)遺傳多樣性方面的研究相繼報(bào)道,Neuhausen利用RFLP技術(shù)進(jìn)行了甜瓜種子(Cucumismelon)的遺傳多樣性研究,在分子水平上對(duì)44份材料進(jìn)行分類,但在muskmelo與honeydew兩類的多態(tài)性分子標(biāo)記較少;Katzir等利用SSR標(biāo)記研究了葫蘆科幾個(gè)種的親緣關(guān)系;國(guó)內(nèi)許亮利用RAPD技術(shù)進(jìn)行了甜瓜的起源和分類研究,結(jié)果認(rèn)為:厚皮甜瓜和薄皮甜瓜在DNA水平上存在較大差異,從DNA水平上支持“多源論”,同時(shí)分子標(biāo)記的聚類結(jié)果也支持了網(wǎng)紋甜瓜可單獨(dú)劃分為厚皮甜瓜的一個(gè)變種的結(jié)論;劉萬(wàn)勃應(yīng)用21個(gè)RAPD引物和10個(gè)ISSR引物對(duì)來(lái)自日本(9份)、美國(guó)(8份)、臺(tái)灣(9份)、法國(guó)(3份)、中國(guó)新疆(2份)等地的37份甜瓜種質(zhì)資源進(jìn)行了遺傳多樣性分析,得到薄皮甜瓜和厚皮甜瓜遺傳相似系數(shù)很高,被劃為一類的結(jié)論,與同工酶對(duì)甜瓜種質(zhì)分類的結(jié)果相似。3甜瓜分子圖譜自Botstein等提出用RFLP構(gòu)建人的遺傳圖譜以來(lái),RFLP應(yīng)用于遺傳作圖已有20年的歷史,隨后國(guó)內(nèi)外利用RFLP、RAPD、SSR、ISSR、AFLP、SRAP等標(biāo)記構(gòu)建了許多作物的分子遺傳圖譜,其中以水稻、番茄、玉米、小麥、大麥等分子圖譜最為精細(xì)。Lee指出高密度的分子標(biāo)記遺傳圖譜有非常重要的用途,這些標(biāo)記可以作為位點(diǎn)、標(biāo)簽甚至基因,使圖位克隆、分子輔助育種系統(tǒng)(MAS)的完成和建立更加容易、方便,而且它們還提供了非常有用的了解生物復(fù)雜性狀和現(xiàn)象的生物學(xué)基礎(chǔ)的線索。而甜瓜分子遺傳圖譜構(gòu)建相對(duì)較晚,標(biāo)記空隙也較大。PitratM.提出甜瓜上已經(jīng)被確認(rèn)的基因已經(jīng)超過(guò)90%,在分子標(biāo)記出現(xiàn)以前,連鎖圖譜僅限于已知的基因和形態(tài)學(xué)標(biāo)記。Pitrat在F2代群體中,應(yīng)用28個(gè)形態(tài)學(xué)標(biāo)記構(gòu)建了甜瓜的遺傳圖譜,其中23個(gè)標(biāo)記組成了8個(gè)連鎖群。Baudracco等在218株F2代群體上用34個(gè)RFLP標(biāo)記、64個(gè)RAPD標(biāo)記、1個(gè)同功酶標(biāo)記、4個(gè)抗病基因位點(diǎn)標(biāo)記和1個(gè)形態(tài)學(xué)標(biāo)記構(gòu)建了甜瓜的第一張分子遺傳圖譜,包含了14個(gè)連鎖群,共1390cm的基因長(zhǎng)度,標(biāo)記間的平均距離為12.6cm,WangYH等在66株回交群體上用197個(gè)AFLP標(biāo)記、6個(gè)RAPD標(biāo)記和1個(gè)微衛(wèi)星標(biāo)記構(gòu)建了14個(gè)大連鎖群和6個(gè)小連鎖群的另一張?zhí)鸸戏肿舆z傳圖譜,標(biāo)記間的平均距離為10cm,含蓋了甜瓜基因1942cm的遺傳距離。然而,在國(guó)內(nèi)至今沒(méi)有甜瓜分子圖譜方面的報(bào)道。今后還需開(kāi)展甜瓜永久飽和遺傳圖譜的構(gòu)建,這是開(kāi)展基因進(jìn)位與克隆的基礎(chǔ)。4ssr擴(kuò)增分子標(biāo)記的應(yīng)用分子圖譜的建立一方面有助于追蹤目標(biāo)基因;另一方面對(duì)數(shù)量性狀基因定位(QTL)研究也有很大影響,它可將數(shù)量性狀拆分,分別估計(jì)各個(gè)位點(diǎn)的表型效應(yīng),進(jìn)而對(duì)其定位。湖南雜交水稻研究中心與美國(guó)康奈爾大學(xué)開(kāi)展合作,1995年在馬來(lái)西亞野生稻中發(fā)現(xiàn)2個(gè)QTL位點(diǎn),每個(gè)位點(diǎn)具有比現(xiàn)有雜交稻增產(chǎn)18%的效應(yīng),近年來(lái)雙方繼續(xù)合作研究,通過(guò)分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)找到其近等基因系目前已育出一個(gè)攜帶這個(gè)位點(diǎn)的苗頭組合.在試驗(yàn)中產(chǎn)量比高產(chǎn)雜交組合提高35%。近20年來(lái),我國(guó)蓬勃發(fā)展起厚皮甜瓜東移的工作,其種植面積逐年擴(kuò)大。白粉病、蔓枯病、霜霉病和蚜蟲等是危害甜瓜的重要病蟲害,隨著遺傳資源的廣泛交換,快速、充分、準(zhǔn)確利用遺傳資源,培育優(yōu)質(zhì)抗病蟲新品種是各國(guó)育種家們共同奮斗的目標(biāo)。目前已把玉米的對(duì)生性狀RAPD標(biāo)記、西瓜抗枯萎病基因、小麥抗赤霉病基因等的分子標(biāo)記轉(zhuǎn)化為SCAR標(biāo)記。但甜瓜上建立了分子輔助育種系統(tǒng)的報(bào)道目前僅限于抗枯萎病系統(tǒng)。1995年,PatrickWechter等在甜瓜MR-1品種中通過(guò)RAPD標(biāo)記尋找到與抗枯萎病的顯性基因Fom2連鎖的長(zhǎng)度為1.6Kb分子標(biāo)記,這是在甜瓜上報(bào)道的第一個(gè)抗病分子標(biāo)記。3年之后,PatrickWether等人將這個(gè)1.6Kb的DNA片斷進(jìn)行測(cè)序(測(cè)序的實(shí)際長(zhǎng)度為1.5Kb),將其轉(zhuǎn)化為特異性擴(kuò)增的SCAR標(biāo)記,建立了甜瓜抗枯萎病分子輔助育種系統(tǒng)。另外,2002年,DaryonoandNatsuaki報(bào)道了在甜瓜上與抗黃瓜花葉病毒病(CMV)基因連鎖的RAPD標(biāo)記。然而直到今天,甜瓜上抗其它病蟲害的分子輔助育種系統(tǒng)很少報(bào)道。5分子標(biāo)記的應(yīng)用親本之間的遺傳差異是雜交育種中利用雜種優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)。根據(jù)各品種指紋圖譜的差異程度可判斷品種間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近,測(cè)量品種間遺傳距離,進(jìn)行系譜分析,并在指導(dǎo)雜交組合配制、雜種優(yōu)勢(shì)預(yù)測(cè)等方面具有重要作用。袁力行等用RFLP、SSR、AFLP、RAPD分別標(biāo)記了玉米雜種優(yōu)勢(shì)預(yù)測(cè)。甜瓜上,姚國(guó)新認(rèn)為,在薄皮甜瓜中香瓜種質(zhì)和菜瓜種質(zhì)間的遺傳差異很小;而薄皮甜瓜和厚皮甜瓜之間存在相對(duì)較大的差異,以及厚皮甜瓜間也可能存在相對(duì)較大的遺傳差異,配組預(yù)期可能產(chǎn)生較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)。在我國(guó),甜瓜的分子標(biāo)記研究起步較晚,而且在一些儀器設(shè)備條件較好的單位率先開(kāi)展起來(lái)的。由于RAPD技術(shù)具有簡(jiǎn)單、方便、成本低等優(yōu)點(diǎn),目前是在RAPD技術(shù)的基礎(chǔ)上,通過(guò)與國(guó)外交流,獲得了其他一些標(biāo)記的引物序列,逐步開(kāi)展SSR、AFLP與RFLP技術(shù)的應(yīng)用研究。在研究方向上,一直選擇在生產(chǎn)上急需解決的