杏屬植物的生長發(fā)育與DNA分子標(biāo)記的研究進(jìn)展

鄒盼紅，邵征績，向成麗，葉媛麗，劉 航，龍治堅(jiān)

（1 成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學(xué)院園林園藝分院，四川成都 611130；2 西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院）

杏屬（Armeniaca Scop.）植物隸屬于薔薇科李亞科，原產(chǎn)于我國[1]。該植物廣泛分布于我國北方地區(qū)，是該地區(qū)集觀賞、食用于一體的主要樹種之一[2]。目前，我國對杏屬植物生長發(fā)育和遺傳背景的研究取得階段性的進(jìn)展，因此，對這方面的工作做粗淺的綜述，以期為后續(xù)的研究提供相關(guān)支撐。

1 杏屬植物的生長發(fā)育

不同品種的生長發(fā)育存在一定的差異，尤其是果實(shí)的發(fā)育及其成熟的過程。滕玉風(fēng)等[3]分析不同品種杏的果實(shí)和新梢生長發(fā)育規(guī)律發(fā)現(xiàn)，“凱特”“金太陽”“杏王”“金杏梅”等鮮食杏的果實(shí)生長發(fā)育呈“慢-快-慢-快-慢”的雙S 型曲線；“珍珠油”“小樹上干”等仁用鮮食兩用的品種，其果實(shí)生長變化呈“快-慢-快”非典型的雙S 型。而所有的供試材料，其果實(shí)的可溶性固形物含量均呈“快-慢-快”雙S 曲線。同時，新梢在1年中有3 個生長高峰期。魏樹偉等[4]分析不同杏新品種果肉的糖酸和揮發(fā)性香氣成分，結(jié)果發(fā)現(xiàn)‘魯杏4 號’的總糖含量顯著高于‘金太陽’（對照），‘魯杏3 號’果實(shí)的則低于對照；2 個品種的總酸含量均顯著低于對照。盡管2 個新品種的果實(shí)香氣物質(zhì)種類與對照相同，但含量的高低存在較大的差異。綜合分析發(fā)現(xiàn)，‘魯杏4 號’的各種指標(biāo)均優(yōu)于對照‘金太陽’，是值得推廣和應(yīng)用的主要品種之一。尹健[5]研究西伯利亞杏供試材料的鮮果重、核重、仁厚均與出核率呈顯著正相關(guān)，但是果長和出核率呈顯著負(fù)相關(guān)；而鮮果重、果寬、果厚、仁重、仁厚與出仁率呈顯著正相關(guān)，但核長與出仁率呈極顯著負(fù)相關(guān)。

野生資源的馴化和引種，以及雜交后代突變體的選育可以豐富杏的種質(zhì)資源，研究其種質(zhì)的生長發(fā)育有重要的意義。張悅煬[6]綜合考察野杏在遼寧喀左地區(qū)的適應(yīng)能力，研究發(fā)現(xiàn)野杏適應(yīng)力極強(qiáng)，可以將西北地區(qū)野杏引種到喀左，溫度是引種的主要限制因素。在相同立地條件下，野杏的相對電導(dǎo)率與溫度呈負(fù)相關(guān)，CAT、POD、可溶性糖和丙二醛含量均表現(xiàn)出不同的趨勢。徐銘等[7]全面研究“金太陽”為親本的杏雜交F1 代，結(jié)果表明F1 代存在早熟的變異株，突變選擇性偏向于晚熟親本的正態(tài)或偏態(tài)分布；F1 代的個體中，果實(shí)變小、可溶性固形物大部分偏低，但遺傳力高，親本高糖性狀遺傳給后代的能力強(qiáng)，豐產(chǎn)性較好。這表明“金太陽”主要經(jīng)濟(jì)性狀遺傳力較強(qiáng)，可以作為新品種選育的優(yōu)良親本，具有廣泛的應(yīng)用前景。

2 DNA 標(biāo)記在杏屬植物中的應(yīng)用

2.1 隨機(jī)DNA 分子標(biāo)記的應(yīng)用

SSR、ISSR 標(biāo)記是隨機(jī)DNA 分子標(biāo)記類型的主要標(biāo)記，已經(jīng)在植物種質(zhì)資源遺傳多樣性、親緣關(guān)系、圖譜構(gòu)建、種質(zhì)鑒定等方面[8]，杏屬植物的遺傳研究取得階段性的進(jìn)展。董勝君等[9]采用正交試驗(yàn)設(shè)計優(yōu)化并建立了野杏的SSR-PCR 反應(yīng)體系，結(jié)果表明，影響反應(yīng)體系最大的因素是DNA 模板濃度，其后依次為引物＞dNTP＞Mg2+＞Taq 聚合酶；而最優(yōu)的反應(yīng)體系包含dNTPs 0.45mmol/L、Mg2+2mmol/L、Taq 酶1.125U、引物0.125μmol/L 和DNA 模板20ng，這為野杏的種質(zhì)資源遺傳多樣性分析和親緣關(guān)系鑒定提供了技術(shù)支持。斯欽畢力格等[10]利用近緣屬的SSR 引物分析杏種質(zhì)，結(jié)果表明，近緣屬的SSR 引物在杏中具有較好的通用性，27 對SSR 引物在83 份杏種質(zhì)中共擴(kuò)增出203 個等位基因，平均每個位點(diǎn)7.52 個，PIC 值為0.67～0.94，表明所選SSR 引物均為高度多態(tài)性引物。劉碩等[11]基于SSR 標(biāo)記，分析了我國東北和華北的51 份杏種質(zhì)資源，結(jié)果表明，東北和華北的杏種質(zhì)資源具有相似的遺傳基礎(chǔ)，但也有一定的差異。主坐標(biāo)分析發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)華北和東北種質(zhì)個體間遺傳差異較小，說明其遺傳背景相對單一，遺傳多樣性較低。王力[12]基于SSR 標(biāo)記，研究西伯利亞杏無性系群體的遺傳背景，結(jié)果表明，132 份西伯利亞杏無性系種質(zhì)資源可聚為3 大類9亞類。該聚類結(jié)果和種源的地理起源基本一致，同時也和種質(zhì)特征有一定的關(guān)聯(lián)。STRUCTURE 模型的亞群劃分結(jié)果與聚類基本吻合，表明分類結(jié)果的可信度較高。不同地理種源的遺傳多樣性有較大的差異，其中遼西種源D1 多樣性最高，東北東部種源D5 最低，但是各亞群體之間存在有基因流動的現(xiàn)象，其遺傳變異以群體內(nèi)部的變異為主，群體間的變異為輔。章秋平等[13]基于SSR 標(biāo)記分析140 份杏材料的遺傳背景，試驗(yàn)表明，55 對SSR 引物擴(kuò)增出877 個特異條帶，最小等位變異數(shù)目與樣本群體之間存在Y=149.5ln（X/12）+200.2 的曲線方程，該方程可估算分析杏遺傳群體時需要條帶數(shù)，并且認(rèn)為這條帶應(yīng)均勻分布在所有染色體上。崔華蕾等[14]采用SSR 標(biāo)記研究168 份杏的栽培品種，結(jié)果表明，杏群體的Nei’s 基因多樣度平均值為0.7158，Shannon 遺傳表型指數(shù)為1.4973，說明杏的總體遺傳變異偏高，品種多樣性豐富。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，早熟和中熟類群的遺傳距離較近，但晚熟與早熟類群的遺傳距離較遠(yuǎn)。孫莉莉等[15]采用SSR 標(biāo)記研究以27份李、杏種質(zhì)資源遺傳背景，結(jié)果表明，25 對SSR 引物共擴(kuò)增等位245 個條帶，多態(tài)性比率為97.96%。聚類發(fā)現(xiàn)在遺傳相似系數(shù)0.612 處，27 份試材可以分為李和杏2 大類群。金玲等[16]利用SSR 標(biāo)記研究山杏優(yōu)選無性系，結(jié)果表明，155 對SSR 引物在97 份材料中共擴(kuò)增出933 條條帶，平均為6.019 個；同時，利用L56、X47H、L79H、P40H 和X47 等5 對引物，構(gòu)建了供試材料的指紋圖譜，該圖譜可以將供試材料完全區(qū)分。這不僅為山杏種質(zhì)鑒別提供可能的理論支持，也為山杏的種質(zhì)創(chuàng)制和選育提供了借鑒。張樹林等[17]采用SSR 標(biāo)記分析河南洛陽仁用杏的遺傳多樣性及遺傳結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明，大部分洛陽仁用杏與河北逐鹿的仁用杏遺傳背景較近，只有2 個洛陽仁用杏與洛陽普通杏和西北利亞杏關(guān)系較近。包文泉等[18]利用SSR 標(biāo)記分析4 個新疆野杏群體遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，供試材料遺傳距離介于0.06～0.49，平均為0.24；遺傳相似度為0.61～0.94，平均為0.80；試驗(yàn)表明，新疆野杏資源具有豐富的遺傳多樣性，群體遺傳分化程度較低，群體間遺傳距離較小，這與新疆野杏群體的大小和悠久的演化歷史以及群體間頻繁的基因交流相關(guān)。進(jìn)而，該研究人員進(jìn)一步分析了內(nèi)蒙古地區(qū)13 個西伯利亞杏群體的遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明，27 對SSR 引物共獲得512 個等位基因。研究表明，內(nèi)蒙古西伯利亞杏資源具有豐富的遺傳多樣性，這一特性與其群體的大小、悠久的演化歷史以及自身生物學(xué)特性相關(guān)；內(nèi)蒙古西伯利亞杏群體間存在中等程度的遺傳分化，這可能源于自然地理隔離以及近期人類活動引起的生境片段化[19]。包文泉等[20]將SSR 標(biāo)記與熒光毛細(xì)管電泳相結(jié)合，分析了野生杏和栽培杏的遺傳，結(jié)果表明，我國杏資源遺傳多樣性豐富，遺傳結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜；西伯利亞杏與栽培杏親緣關(guān)系較遠(yuǎn)；野生普通杏與栽培杏具有類似的遺傳結(jié)構(gòu)，推測野生普通杏為栽培杏原始種；仁用杏遺傳多樣性較低，遺傳背景狹窄。本研究結(jié)果可為杏資源新品種選育及持續(xù)利用提供重要的理論依據(jù)。

ISSR 標(biāo)記在杏植物的研究中得到了應(yīng)用。白玉娥等[2]利用ISSR 研究67 份杏的早花和晚花種質(zhì)資源，結(jié)果發(fā)現(xiàn)6 條引物獲得94 個位點(diǎn)，多態(tài)性位點(diǎn)為92 個。早花群體的Na、Ne、H 和I 為1.8936、1.4579、0.2716 和0.4148。晚 花 群 體 則 為1.9681、1.4594、0.2795 和0.4306。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，西伯利亞杏晚花群體比早花群體具有更高的遺傳多樣性，早晚花群體間存在一定的遺傳分化。曹倩等[21]利用ISSR 標(biāo)記分析新疆野杏種質(zhì)資源的遺傳多樣性，結(jié)果表明，21 條引物獲得了437條條帶，多態(tài)性條帶比率為92.46%。PIC、Ne、H 和I 等遺傳參數(shù)值分別為0.91、1.5775、0.3341 和0.4990，說明野杏的遺傳多樣性較為豐富。劉娟等[22]用ISSR 標(biāo)記研究新疆主栽杏品種（系）的遺傳，并構(gòu)建DNA 指紋圖譜，結(jié)果表明，UBC809、UBC836、UBC844 和UBC850引物共獲得78 個位點(diǎn)，平均多態(tài)性位點(diǎn)率為93.13%；供試材料的觀測等位基因數(shù)為1.9313、有效等位基因數(shù)為1.4368、Nei’s 基因多樣性為0.2622 和Shannon 信息指數(shù)為0.4028。基于上述4 條引物構(gòu)建的指紋圖譜可以將48 個杏品種（系）完全區(qū)分，為新品種登記、注冊和品種知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)等提供科學(xué)依據(jù)[23]。

2.2 目的基因和功能性分子標(biāo)記的應(yīng)用

目的基因和功能性分子標(biāo)記可能是目的基因的一部分或與目的基因緊密連鎖而受到研究者的重視，在基因克隆、遺傳多樣性分析、基因表達(dá)等方面得到應(yīng)用。郭玲[24]利用SCoT 標(biāo)記研究新疆杏（亞）屬植物資源的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系和紫杏的起源，結(jié)果表明，24 條在78份供試材料中擴(kuò)增出228 條條帶，多態(tài)性為94.16%。聚類發(fā)現(xiàn)，在相似系數(shù)為0.62 時，‘紫杏’能與所有杏區(qū)分開，表明和其他杏的親緣關(guān)系遠(yuǎn)。分子系統(tǒng)發(fā)育學(xué)研究發(fā)現(xiàn)紫杏與櫻桃李存在相似的分子特征，‘紫杏’與櫻桃李的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系更近，說明紫杏母系雜交來源是櫻桃李。鑒于紫杏是一個種間雜交類型，其雜交母本來源是櫻桃李，‘紫杏’和‘阿里瓦拉’均為中間類型。因此，該研究人員認(rèn)為紫杏不具有種的分類學(xué)地位，建議將其作為雜交種單獨(dú)列出。王字遠(yuǎn)[25]基于SCoT 標(biāo)記研究內(nèi)蒙古西伯利亞杏10 個種源的種質(zhì)資源，結(jié)果表明，23 個引物共擴(kuò)增出292 個位點(diǎn)，10 個種源等位基因數(shù)、有效等位基因數(shù)、Nei's 遺傳多樣性指數(shù)和Shannon's 信息多樣性指數(shù)分別介于1.3934～1.6230、1.1956～1.3130、0.1181～0.1871 和0.1812～0.2859 之間，其中科右中旗種源的遺傳多樣性最高，其次是科左后旗；萬家溝種源的遺傳多樣性最低。聚類和主坐標(biāo)分析均表明，10 個種源可以劃分為2 組，其結(jié)果與地理來源大體一致。李明等[26]利用SRAP 標(biāo)記研究伊犁河谷14 個野生杏種群，結(jié)果表明，12 對SRAP 引物獲得143條條帶，多態(tài)性比率為85.31%；而伊犁河谷野生杏存在較高水平的種群內(nèi)遺傳變異和較低水平的種群間遺傳變異。聚類和遺傳結(jié)構(gòu)均顯示，伊犁河谷野生杏可按照種源地大體劃分為3 個類群，種群間遺傳距離和地理距離存在具有統(tǒng)計學(xué)意義的相關(guān)性。萬冬梅等[27]利用SRAP 標(biāo)記分析山杏無性系的遺傳多樣性，結(jié)果表明，22 對引物擴(kuò)增出564 條帶，多態(tài)性達(dá)78.5%。種質(zhì)資源的DICE 介于0.227～0.956，而DICE=0.625 時，可以將供試材料分成8 個類群，從而明確了各種質(zhì)間的親緣關(guān)系。陳婉婷等[28]基于ITS 序列的克隆和測序，探討栽培和野生杏種質(zhì)資源的親緣關(guān)系和分類地位，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，供試材料的遺傳多樣性豐富，而基于ITS 序列可較好地將杏組植物劃分為梅、政和杏、西伯利亞杏、普通杏和杏李5 組，仁用杏與西伯利亞杏的親緣關(guān)系更為相近。相比于普通杏，政和杏與梅的親緣關(guān)系更為相近，應(yīng)當(dāng)為梅的一個變種。王曉燚等[29]采用SRAP 和SSR 標(biāo)記，對98 個F1 代群體進(jìn)行連鎖圖譜的構(gòu)建，結(jié)果獲得了與父本遺傳圖譜8 個連鎖群，圖譜總長為694.8cm，標(biāo)記間平均圖距為11.21cm，平均每個連鎖群上有7.75 個標(biāo)記位點(diǎn)；母本遺傳圖譜涉及8 個連鎖群，圖譜總長為924.8 cm，標(biāo)記間平均圖距為10.63cm，平均每個連鎖群上有10.87 個標(biāo)記位點(diǎn)。

3 展望

杏屬植物在植株生長發(fā)育、種質(zhì)資源遺傳背景等方面的研究取得較大的進(jìn)展，但相對于其他園藝植物而言，其研究相對滯后，尤其是在種質(zhì)資源創(chuàng)制、分子遺傳連鎖圖譜構(gòu)建、基因表達(dá)調(diào)控等方面。因此，筆者認(rèn)為后續(xù)的研究可以建立突變體庫，加大種質(zhì)資源的創(chuàng)制力度；建立遺傳群體，進(jìn)行分子遺傳圖譜的構(gòu)建；加強(qiáng)突變體功能基因的研究和逆境脅迫下基因表達(dá)調(diào)控研究。