桃分子遺傳圖譜構(gòu)建及紅肉性狀基因定位概述

艾小艷 何華平 龔林忠 等

摘要：紅肉桃果肉顏色鮮艷，富含酚類物質(zhì)和花色苷，抗氧化能力強(qiáng)，營養(yǎng)與保健價值高，成為目前研究熱點之一。利用先進(jìn)的分子標(biāo)記技術(shù)輔助育種是加快紅肉桃育種進(jìn)程的重要手段，而構(gòu)建高密度的遺傳連鎖圖譜是紅肉桃性狀快速、定向改良的前提。對近年來國內(nèi)外桃分子遺傳圖譜構(gòu)建及紅肉性狀基因定位的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述， 并對今后的研究方向提出了建議，旨在為紅肉桃品質(zhì)改良和分子育種提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：桃；遺傳圖譜；紅肉性狀；基因定位

中圖分類號：S662.1；Q943.2；Q343.1+7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）04-0817-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.04.001

Construction of Molecular Genetic Map and Gene Mapping of Blood-fresh

Traits in Peach （Prunus persica （L.） Batsch）

AI Xiao-yan，HE Hua-ping，GONG Lin-zhong，WANG Fu-rong，WANG Hui-liang，LIU Yong

（Institute of Pomology and Tea， Hubei Academy of Agricultural Sciences/Fruit and Tea Subcenter of Hubei Innovation Center of Agricultural Science and Technology，Wuhan 430064，China）

Abstract： Phenolic compound and anthocyanin-enriched blood-flesh peach was proved to have high antioxidant capacity which can satisfy the nutrition and health benefits needs from consumers. At present， the main peach cultivations are landraces. So it become to an important topic that breeding more high-quality， variety structure， varieties update rate of peach varieties. The main trend in peach breeding is marker-assisted breeding， now. Construction of high-density genetic linkage map could provide technical information for improving the important agronomic traits in peach. Advances in the construction of molecular genet ic map and mapping of blood-fresh trait in peach in recent years were reviewed. Suggestions on the coming studies were also given， the authors aiming to providing references for the identification of germplasm resources and the breeding of fine new cultivars.

Key words：peach； genetic linkage map； blood-fresh trait； gene mapping

桃是薔薇科李屬中重要的果樹樹種之一，與其他果樹相比，具有染色體少（2n=2x=16）、基因組?。s227 M）、童期較短（2～3年），使其成為薔薇科果樹基因組研究和遺傳圖譜構(gòu)建及重要農(nóng)藝性狀定位的理想模式植物。

果肉顏色是果實品質(zhì)構(gòu)成的重要性狀之一，桃果肉顏色分為白肉、紅肉、綠肉和黃肉4種顏色[1]。紅肉桃果實成熟時果肉呈紫紅色或鮮紅色，風(fēng)味濃甜，質(zhì)地脆爽，離核，硬溶質(zhì)，食用方便，且富含酚類和花青苷，抗氧化能力與藍(lán)莓具有可比性，具有較高的營養(yǎng)保健價值，越來越受到市場的歡迎，發(fā)展前景廣闊，因此紅肉性狀是目前桃研究熱點之一。

隨著分子標(biāo)記技術(shù)的發(fā)展，桃分子遺傳圖譜的構(gòu)建及重要性狀基因的定位取得了較大的進(jìn)展，也為優(yōu)良農(nóng)藝性狀的定向培育提供了有效的指導(dǎo)工具。對國內(nèi)外桃遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建和紅肉性狀基因定位的研究進(jìn)展進(jìn)行了評述，旨在為中國紅肉桃種質(zhì)資源挖掘和利用提供參考。

1 基于第一、二代分子標(biāo)記的桃遺傳圖譜

桃遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建研究開始于20世紀(jì)90年代初，應(yīng)用RFLP構(gòu)建了第一張?zhí)疫z傳連鎖圖，并指出桃DNA具有足夠的多態(tài)性，適宜構(gòu)建分子遺傳圖譜[2]。隨著“雙假測交”理論的提出，國內(nèi)外研究者以種內(nèi)或種間雜交后代為分離群體建立了多個桃遺傳圖譜。歐洲核果聯(lián)盟、美國等學(xué)者利用桃×扁桃[3，4]、桃×新疆桃[5]、桃×山桃[6，7]等群體構(gòu)建了包含SSR、AFLP、RFLP等標(biāo)記的數(shù)十個遺傳連鎖圖譜，并對抗白粉病、抗根結(jié)線蟲、品質(zhì)性狀等QTL進(jìn)行了初步的定位[8-10]。中國開始桃遺傳圖譜構(gòu)建研究較晚，但隨著分子育種研究在中國的展開，桃遺傳圖譜構(gòu)建研究取得了較大的進(jìn)展。曹珂等[11]以桃“紅垂枝”與其近緣種山桃“白花山碧桃”雜交的52株F1群體為試材，利用AFLP、SRAP、SSR標(biāo)記構(gòu)建了桃遺傳連鎖圖譜。該圖譜含206個標(biāo)記位點，分布在11個連鎖群，覆蓋基因組1 193.2 cM，并篩選到了與農(nóng)藝性狀和經(jīng)濟(jì)性狀連鎖的分子標(biāo)記。王志剛等[12]以油桃品種“秦光”（白肉）和“曙光”（黃肉）的89株正交F1代為試材，利用RAPD標(biāo)記與BSA法相結(jié)合，得到一個與果肉顏色相連鎖的分子標(biāo)記S21-400，遺傳距離為14 cM。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院利用桃品種“京玉”和“美味”的正反交得到了69株F1代群體，利用該群體獲得了大量的科研成果。利用該群體，得到了與果實有毛/無毛性狀相連鎖的標(biāo)記OPP20-2200，遺傳距離為5.0 cM，和與白肉/黃肉性狀相連鎖的標(biāo)記OPU03-850，遺傳距離為9.6 cM[13，14]；吳俊等[15]對桃果實酸/非酸性狀進(jìn)行了分析，得到3個AFLP標(biāo)記與酸性狀連鎖，遺傳距離分別為16.2、1.47和2.99 cM，并對此3個標(biāo)記進(jìn)行了克隆測序，片段分別為140、199和408 bp；并推測其中兩個片段可能含有與糖水平調(diào)控作用相關(guān)的因子；楊英軍等[16]利用RAPD技術(shù)得到一個與桃果實離核性狀相連鎖的分子標(biāo)記OPI07-1000，遺傳距離為2.5 cM，并對該標(biāo)記進(jìn)行了測序、克隆，得到全長為1 054 bp。張桂粉等[17]以油桃品種“秦光2號”和“曙光”為親本，找到1對與其熟性性狀相連鎖SSR引物P21。

2 基于第三代分子標(biāo)記的桃遺傳圖譜

單核苷酸多態(tài)性（SNP）是在基因組水平上由單個堿基的變異而引起DNA序列的多態(tài)性。SNP標(biāo)記由美國E. Lander提出，相對于第二代分子標(biāo)記，其被稱為第三代分子標(biāo)記。SNP標(biāo)記具有遺傳穩(wěn)定性高、雙等位性、位點豐富且分布廣泛以及非常適合用于自動化大規(guī)模掃描。在二代測序技術(shù)（NGS）出現(xiàn)之前，有許多方法被用來進(jìn)行 SNP 開發(fā)，例如 SNP 基因芯片和高分辨率溶解曲線（HRM）分析等。在桃中，Martínez-García等利用SNP芯片構(gòu)建了桃高密度遺傳圖譜，共含有 588個SNP標(biāo)記分布于8 條連鎖群，覆蓋基因組總長為 454 cM，相鄰標(biāo)記間的平均距離為 0.81 cM。該圖譜密度比前人構(gòu)建的圖譜密度大，但由于雜交群體較?。?9株），覆蓋基因組長度沒有較大變化，后續(xù)的研究中仍需增加作圖群體，加長覆蓋長度，優(yōu)化圖譜質(zhì)量。目前采用二代高通量測序技術(shù)開發(fā)SNP標(biāo)記構(gòu)建桃超高密度遺傳圖譜的報道極少。

3 紅肉性狀相關(guān)基因定位

桃紅肉性狀的遺傳機(jī)理較為復(fù)雜。Blake等[18]從“Chinese Blood”דJ.H. Hale”和“Japan Dwarf Blood”דJ.H. Hale”的F1群體中發(fā)現(xiàn)紅肉性狀呈顯性遺傳，且與成熟期相關(guān)。日本栽培品種“Juseito”紅肉性狀呈顯性遺傳，由單基因Cs控制，定位于第3連鎖群[19，20]。Werner等[21]利用“Harrow Blood”的S1、S2、F1、F2、F3、BC1p1和BC1p2群體進(jìn)行了紅肉性狀的遺傳規(guī)律分析，認(rèn)為桃紅肉性狀受隱性單基因bf（blood-flesh）控制。Gillen等[22]利用“Harrow Blood”דOkinawa”的F2群體，將來源于法國的紅肉桃“Harrow Blood”的bf 位點定位于第4連鎖群上端（標(biāo)記C41H上10.3 cM處）。沈志軍等[23]利用“Sanguine Chanas”דO'Henry”的F2群體，將bf基因定位于第4連鎖群的SNP_IGA_386619和SNP_IGA_387198 之間，匹配桃基因組Scaffold_4 （4212145-4523432）；同時對來源于中國的紅肉桃“五月鮮”的紅肉性狀進(jìn)行了遺傳分析，表明紅肉性狀符合單基因控制的顯性遺傳模式，受單基因DBF（Dominant blood-flesh）控制，并將紅肉顯性基因DBF定位于第5連鎖群頂端，位于SSR標(biāo)記AMPPG157和AMPPG178之間，匹配桃基因組scaffold_5 （442159-947234）。利用湖北地方資源紅肉桃與白肉桃、黃肉桃配置了多組雜交組合，通過對雜交后代表型的統(tǒng)計及分析，發(fā)現(xiàn)紅肉對白肉、紅肉對黃肉均為顯性性狀，調(diào)控果肉顏色的基因可能由多對基因或者多個修飾基因共同作用的結(jié)果[24，25]。以上研究表明，紅肉桃的紅肉性狀為質(zhì)量性狀，根據(jù)來源不同受到bf或者DBF位點的控制。同時有研究者認(rèn)為，紅肉性狀并不是簡單基因控制的質(zhì)量性狀，可能受到QTL位點的調(diào)控。“曙光”ד天津水蜜”和“大久?！薄痢疤旖蛩邸眱蓚€組合55個單株均表現(xiàn)為紅肉，但紅色深淺不同，并在“大久保”ד天津水蜜”遺傳連鎖圖譜上定位了一個花色苷含量相關(guān)的QTL，位于第1連鎖群，屬于減效性效應(yīng)[26]。此外，Quilot等利用山桃（Prunus davidiana）和桃栽培品種（Summergrand）發(fā)現(xiàn)了2個控制紅肉性狀的QTLs位點。研究發(fā)現(xiàn)來源于“野雞紅”、“大紅袍”、“小紅袍”等種質(zhì)的紅肉性狀雖然呈顯性遺傳，但與果實成熟度有一定的相關(guān)性。隨著更多種質(zhì)資源的發(fā)掘利用和研究的深入，可能還會揭示紅肉性狀與其他性狀之間的復(fù)雜遺傳關(guān)系。韓月澎等[27]以“大紅袍”ד曙光”雜交組合，在桃連鎖遺傳圖譜的LG5上200-kb紅肉性狀相關(guān)的區(qū)域內(nèi)，發(fā)現(xiàn)了一個具有調(diào)控花青苷合成的NAC結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄因子BLOOD （BL），該基因在果實發(fā)育后期與bHLH和NAC1等轉(zhuǎn)錄因子互作解除SPL1對MYB10.1的抑制作用，激活PpMYB10.1的表達(dá)來調(diào)控紅肉桃紅肉性狀，但PpMYB10.1與紅肉性狀并不存在共分離的關(guān)系。在已定位的紅肉性狀相關(guān)的位點中并沒有發(fā)現(xiàn)調(diào)控花青苷合成的MYB、bHLH和WD等關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，僅用PprMYB10序列掃描桃全基因組后，定位在Cs位點上[23]。

4 問題與展望

綜上所述， 桃分子遺傳圖譜的構(gòu)建以及在圖譜基礎(chǔ)上進(jìn)行紅肉性狀定位研究已經(jīng)取得了較大進(jìn)展， 為紅肉桃紅肉性狀遺傳機(jī)理研究和分子標(biāo)記輔助選擇奠定了堅實的基礎(chǔ)。但以下問題仍有待于進(jìn)一步深入研究：①目前桃遺傳圖譜的構(gòu)建主要使用的第一、二代分子標(biāo)記，如RFLP、AFLP、CAPS、RAPD和SSR等，這類分子標(biāo)記具有操作簡單、成本低和多態(tài)性較高等特點，但由于通量較低，難以構(gòu)建全基因組高密度遺傳連鎖圖譜，因此定位到圖譜上的重要性狀及基因十分有限，且定位的精度需進(jìn)一步提高?？山Y(jié)合二代高通量測序技術(shù)開發(fā)豐富的SNP標(biāo)記，構(gòu)建超高密度的遺傳圖譜。②不同類型或來源的紅肉桃種質(zhì)資源，在果肉顏色、花色苷組分和花色苷積累等生理水平上存在一定差異，在遺傳特性和控制位點等分子水平上也存在較大的差異，且紅肉性狀可能受到多個控制位點的調(diào)控，紅肉性狀遺傳分子機(jī)理并不十分明確?？衫闷谱g的桃基因組和高密度的遺傳圖譜，利用合適的雜交群體，對控制紅肉性狀的相關(guān)基因進(jìn)行精細(xì)的定位及分析，篩選控制紅肉性狀的關(guān)鍵基因，同時篩選通用性高的分子標(biāo)記，為紅肉桃育種提供理論基礎(chǔ)。③目前調(diào)控紅肉性狀的分子機(jī)理并不十分明了，在相關(guān)的紅肉性狀定位區(qū)域發(fā)現(xiàn)的調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子較少，如調(diào)控花青苷合成的MYB、bHLH和WD等關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子并沒有在相關(guān)區(qū)域中發(fā)現(xiàn)。因此，在以后的研究中，可以利用已破譯的桃參考基因組，以及超高密度的遺傳圖譜，利用正向和反向遺傳學(xué)的方法解析紅肉性狀的遺傳及分子機(jī)理，挖掘中國紅肉桃桃種質(zhì)資源的優(yōu)良基因，為培育紅肉桃優(yōu)良品種奠定基礎(chǔ)。

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收稿日期：2015-12-01