番茄分子连锁图谱的发展和分子标记辅助育种_刘仲齐

番茄是世界各国广泛种植的大宗蔬菜作物之一， 其独特的风味、 丰富的营养、 鲜艳的色彩和特殊 的医用价值吸引着越来越多的消费者。 番茄的重要经济价值和相对简单的遗传基础， 使其成为许多生 物技术的实验材料， 并率先取得了成功。如 !""# 年美国 $%&’()( 公司开发的延熟番茄 *&%+,-.%/,01 被 批准进行商业化生产， 这是全球首次批准进行商业化生产的转基因植物。 华中农业大学育成的转基因 耐贮藏番茄和北京大学育成的转基因抗黄瓜花叶病毒番茄“ 也是我国首次批准进行商业化生 22345” 产的转基因植物之一。 最近， 我国又育成了能完全代替乙肝疫苗注射和治疗高血压、 血友病、 骨质疏松 症等疾病的药物番茄6!7。这些成就说明， 利用生物技术进行番茄新品种改良的时代已经来临。 在番茄的生物技术研究领域中 8分子标记技术一直是研究的热点。 $9195:;<6=7 以形态学的突变 性状和同工酶标记为基础建立了比较完整的番茄连锁图谱 8 该图的 != 条染色体上包括了 =#= 个确 定的基因座位和标有相对距离的 >=2 个基因， 图谱中还包括 >3 多个蛋白质水平的分子标记。随着 各种 ?@A 水平上的标记急剧增加， 使番茄分子标记图谱的完善程度 ?@A 多态性检测技术的发展， 6>7 远远超过其它经济作物。植物中的第一张 5*BC 标记图谱 、 第一张含有 ! 333 多个分子标记的高 6#7 647 密度图谱都是在番茄上首先完成的 。最近， *D&EF) 等 又开始构建番茄的保守原始区段标记（ $F)G 。 这一分子标记体系将有助于番茄与拟南芥 ?@A 的共线性比较。 随着番 H(,+(I F,EJF&F’ H(E K%,<(,H） 茄染色体上分子标记数量的增加， 分子标记辅助育种体系日益完善， 展现出巨大的应用潜力。
第"期
刘仲齐等： 番茄分子连锁图谱的发展和分子标记辅助育种
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分子标记辅助育种能否在番茄育种中取得成效， 主要取决于 ! 个因素： （ 分子标记应与目标 "） 性状同步分离或紧密连锁（ 遗传距离小于 " #$ ） 。 就目前番茄分子标记的密度而言， 大约只有 %& 个 分子标记位点间的距离小于 "’( #$ ， 多数标记位点间的距离在 !)( #$ 之间。所以， 有必要进一步 增加分子标记的密度； （ &）分子标记的测定方法应简单高效，具有对大群体进行鉴别和选择的能 力。分子标记方法有很多种， 选择哪种标记方法作为辅助育种的工具， 一方面取决于研究目的，另 一方面取决于该标记的多态性程度和将来的应用潜力。 *+,-.. 等 /"(0 对 123*， 14*5， 423* 和 661 在大豆育种中的应用潜力进行了比较。他们认为， 尽管 661 和 423* 的成本较高， 但由于其稳定性 好、 测定效率高， 将来仍会得到广泛的应用。14*5 技术稳定性较差， 测定效率不高， 但它的测定方 法简单、 成本较低， 所以在小实验室中会得到广泛应用。但是， 成本和效率并不是一成不变的， 例 如， 但它的多态性非常丰富， 容易区分出不同的基因型， 找到与目标基 661 技术的实验室成本较高， 因紧密连锁的标记的几率较大， 丰富的多态性缩短了研究时间、 提高了工作效 661 高度的专化性、 率， 因此它的研究成本并不高。番茄上的研究结果表明， 就多态性而言， 14*5 和 423* 比较接近， 且明显高于 123*， 但 123* 标记在染色体上分布比较均匀， 而 14*5 和 423* 标记总是成簇出现， 多数聚集在着丝粒附近/"70； （ 分子标记应具有通用性， 且经济有效、 对环境良好。在将分子标记应 !） 用于育种工作之前， 必须研究标记的有效性和通用性。有效性主要是指分子标记与目标基因的连 锁关系不会因遗传背景的改变而改变。在改变亲本来源的前提下， 无论在哪一个回交世代或杂交 世代， 以分子标记与目标基因之间的交换值都不应有大的改变， 这样才能保证分子标记辅助育种 的可靠性。 番茄的分子标记首先在抗病育种中得到了重视， 以分子标记为依据可以提高抗病基因的筛选 效率。 抗烟草花叶病毒基因 89:& 是番茄抗病育种中广泛利用的一个主效基因， 但该基因控制的抗 发 病性往往和一些不良的农艺性状连锁在一起。用 123* 标记对不同来源的 89:& 品系进行分析， 现含有 89:& 的外源染色体片断的长度在不同品系间有很大差异， 有的易位片断长达 (" #$ ， 而有 的易位片断只有 % #$/";0。以分子标记 8<! 和 =5!&4 为依据， 可以有效地鉴别 89:& 基因， 排除含 有非目标基因的染色体片断， 达到抗病性和农艺性状同步改良的目的。分子标记在区分不同抗病 基因和发现新的抗病基因方面有其独特的作用。根据 123* 标记 8<(>" ， 新的抗晚疫病基因 *?:! 被定位在第 > 染色体上， 与原来的抗病基因 *? （ 定位于第 ; 染色体） 和 *?:& （ 定位于第 "@ 染色体） 没有等位关系/"A0。分子标记与抗病基因连锁关系的确立为累加多个抗病基因、 提高番茄抗病性、 延 长抗病时间提供了理论依据和技术保障。 高密度分布的分子标记对于研究番茄品质特性非常有利。6B.CDB:=+.+9DBEC 等 /""F"&0的研究结果 表明， 决定番茄果型、 果重、 口感、 风味、 营养等 &7 个性状的 G83 主要分布在第 & ， !， %， A， >， ""， "& 染色体的一些区域中， 其中第 & 染色体上的 G83 同时决定着果重（ 、 果实弹性、 含糖量、 胡萝 H,&’&） 卜素含量等 "& 个性状。 果重基因两侧的分子标记 8<%>& 和 8<"7; 相距 ( #$ ， 在 8BEIJ.-K 等/%0的试 验中， 两组试验的结果基本一致。在后来的研究中， 8<%>& 和 8<"7; 相距 7’> #$， 8<%>& 和 8<"7; 之间又插入了一个分子标记 8<>" ， H,&’& 两侧的分子标记 8<>" 和 8<"7; 仅相距 "’> #$ 左右。那 么， 根据这两个分子标记就能在任一发育阶段对番茄的果重进行选择。 以分子标记 LMCN>:&:( 为依 实际上， 在整个番茄育种体系中， 品质性状的测试最 据， 在苗期就可以对番茄的含糖量进行选择/">0。 为繁琐， 品质的测试必须要等到番茄正常成熟后才能进行， 目前仍以感官评价为主， 受主观因素的 影响较大， 工作效率极低。通过研究品质特性的遗传多样性， 分析感官性状和各生化成分间的相关 关系， 筛选与主要品质特性密切相关的分子标记， 便能摆脱番茄成熟期、 保鲜条件、 人为因素等对 番茄品质评价的影响， 在实验室淘汰大量的不含优质基因的个体， 达到提高品质特性选择效率和
! !"#$%&’()*+,饱和连锁图是进行基因克隆、 数量性状定位、 分子标记辅助选择等遗传研究的重要工具。因
./012=33>-!3-=L345012=33#-3=-3" 3>>23>M!! ） 6789: 天津市应用基础重点项目（
， 男， 甘肃人， 研究员， 主要从事番茄分子育种研究 9 !"M# —） ;<=>: 刘仲齐（
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95 (% 5% %BA 9B, 9AB5 95AB.
5 !"#$%&’()*+,基因定位和分子标记是利用遗传工程技术进行品种改良的基础。受技术水平和物质条件的限 制， 目前的基因工程技术只是一种辅助性育种手段。它的研究重点主要放在受少数基因控制的抗 病性、 抗虫性、 品质和固氮等方面。科学家利用交叉保护原理， 把控制花叶病毒蛋白质外壳的基因 转移到马铃薯、 番茄、 南瓜、 烟草等多种作物中+ 有效地控制了花叶病的流行 M 利用反义基因育成了 在自然条件下贮存两周而能保持其原有风味的番茄品种’9*+9,)。 这些成就的取得及其它领域的研究进 展， 使人们对基因工程技术潜在的应用价值深信不疑。 对于多基因控制的产量性状， 转基因技术难以在分子水平上直接进行操作。目前主要采用数 量性状位点0N3#: 定位与数理统计相结合的方法 + 利用分子标记辅助筛选技术来提高有利基因的频 率和进行杂种优势预测。借助于已知染色体座位的分子标记， 追踪每一染色体片断的传递规律， 不 仅可以对 N3# 所在的基因组进行一段一段的分析， 而且可以直接测量过去所不能鉴别的各染色体 片段的效应， 从而确定其在染色体上的位置、 单个效应及互作效应。特定 N3# 的鉴别将为上位性、 多效性及杂种优势基础的研究提供更有力的工具。已经定位的分子标记的应用将大大加快作物数 量性状选择的效率和遗传改良进度。
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把 9 A*A 个分子标记定位在番茄的 95 条染色体上， 每条染色体上至少有 %A 个分子标记， 标记间
的平均距离大约为 9B5 CD0约 /AA <E: 。由于染色体的大小有明显差异 + 所以各条染色体上的分子标 记数目也表现出明显的差异， 这种差异与染色体的长度呈高度线性相关。在同一条染色体上， 分子 标记的分布也不均匀，着丝粒和端粒区域通常是分子标记的集中分布区。后来， F?G;6CCHI 和
・ ・ *.
天津农业科学
第 9A 卷
此， 不少科学家致力于分子连锁图的构建工作。在连锁图的构建过程中， 亲本类型、 分离群体的分 类和分子标记的多态性等起着至关重要的作用。亲本间的多态性越丰富， 分子标记的饱和程度就 越高。 在番茄最初的研究中， 发现 !"#$ 在现代栽培番茄品种间的多态性不到 %&’()。 有鉴于此， 后来 的研究者在构建番茄分子图谱时， 都用种间杂交的分离群体或后代选系为材料 ’*+,+-+.+/)。但种间杂交 后代经常会遇到雄性不育、 分离异常、 优良和不良性状间的紧密连锁等问题， 使这类杂交后代难以 直接为新品种选育服务。 以普通番茄和潘那里番茄的种间杂交0 1"*(23456 7 #8-9(: 的 (- 个 "5 单株为材料， 36;<=>?@ 等
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天津农业科学
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! 生物技术
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刘仲齐， 薛 俊， 张要武
（ 天津市农业生物技术研究中心， 天津 >33!"= ）
就番茄分子连锁图谱的 I J:鉴于植物中第一张 5*BC 标记图谱和高密度分子标记图谱都是在番茄上首先完成的， 发展过程和取得的最新进展以及分子标记辅助育种的前景进行了综述和讨论。 分子标记； 连锁图谱； 辅助育种 KLM:番茄；
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染色体 分子标记数目 标记位点数目 位点间的平均距离 7 CD 位点间最小距离 7 CD 位点间最大距离 7 CD 分子标记覆盖范围 7 CD
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36;<=>?@’9A)分别又以普通番茄与多毛番茄 0385A/ 7 #89---: 的回交后代和来自普通番茄与醋栗番茄 0385A/ 7 #89%./: 的回交自交系 0J;EG?K E6C<CGL== >I;?=: 为材料 + 对番茄 95 条染色体上的分子标记进 行了补充。 5AA5 年公布的资料表明 + 每一条染色体上都有 %, 个以上的分子标记， 这些标记在染色 体上的位点数目从 55 到 ,, 不等， 位点间的平均最小距离为 *B5 CD （ 表 9） 。 实际上， 在第 * ， (， -， /， ’99+95) 已经分别找到了距离为 AB( CD 的分子标记。 如果把法国农业研究所的研究结果 汇 9A 染色体上， 编进来， 番茄 95 条染色体上的分子标记数目估计在 9 %AA 个左右。