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，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。馬德偉對甜瓜過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8個甜瓜品種的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有嚴(yán)格的界限,是由同一祖先發(fā)展而來的。而馬德偉對甜瓜8個變種的48個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,國內(nèi)外采用分子標(biāo)記對甜瓜種質(zhì)遺傳多樣性方面的研究相繼報道,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種的親緣關(guān)系;國內(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變種的結(jié)論;劉萬勃應(yīng)用21個RAPD引物和10個ISSR引物對來自日本(9份)、美國(8份)、臺灣(9份)、法國(3份)、中國新疆(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,RFLP應(yīng)用于遺傳作圖已有20年的歷史,隨后國內(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個形態(tài)學(xué)標(biāo)記構(gòu)建了甜瓜的遺傳圖譜,其中23個標(biāo)記組成了8個連鎖群。Baudracco等在218株F2代群體上用34個RFLP標(biāo)記、64個RAPD標(biāo)記、1個同功酶標(biāo)記、4個抗病基因位點(diǎn)標(biāo)記和1個形態(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個連鎖群,共1390cm的基因長度,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AFLP標(biāo)記、6個RAPD標(biāo)記和1個微衛(wèi)星標(biāo)記構(gòu)建了14個大連鎖群和6個小連鎖群的另一張?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,在國內(nèi)至今沒有甜瓜分子圖譜方面的報道。今后還需開展甜瓜永久飽和遺傳圖譜的構(gòu)建,這是開展基因進(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,分別估計各個位點(diǎn)的表型效應(yīng),進(jìn)而對其定位。湖南雜交水稻研究中心與美國康奈爾大學(xué)開展合作,1995年在馬來西亞野生稻中發(fā)現(xiàn)2個QTL位點(diǎn),每個位點(diǎn)具有比現(xiàn)有雜交稻增產(chǎn)18%的效應(yīng),近年來雙方繼續(xù)合作研究,通過分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)找到其近等基因系目前已育出一個攜帶這個位點(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,我國蓬勃發(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育種家們共同奮斗的目標(biāo)。目前已把玉米的對生性狀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RAPD標(biāo)記尋找到與抗枯萎病的顯性基因Fom2連鎖的長度為1.6Kb分子標(biāo)記,這是在甜瓜上報道的第一個抗病分子標(biāo)記。3年之后,PatrickWether等人將這個1.6Kb的DNA片斷進(jìn)行測序(測序的實(shí)際長度為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)勢預(yù)測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)勢預(yù)測。甜瓜上,姚國新認(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較大的差異,以及厚皮甜瓜間也可能存在相對較大的遺傳差異,配組預(yù)期可能產(chǎn)生較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢。在我國,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展起來的。由于RAPD技術(shù)具有簡單、方便、成本低等優(yōu)點(diǎn),目前是在RAPD技術(shù)的基礎(chǔ)上,通過與國外交流,獲得了其他一些標(biāo)記的引物序列,逐步開展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