【速看!“十三五”我国茄子遗传育种“成绩单”如何?】茄子是一种重要的蔬菜作物,在我国各地均有种植,2019年栽培面积为1174.5万亩,占世界总栽培面积的42.37% 。近年来,茄子已成为我国北方设施栽培的主要蔬菜种类之一。“十三五”期间,我国茄子遗传育种研究取得了重要进展,选育和创制出一批优异的新种质和育种材料,培育出一批适应市场消费需求和不同生态类型的茄子新品种,茄子全基因组测序研究处于国际先进水平。
今天为大家介绍“十三五”期间我国茄子遗传育种研究进展,并探讨当前存在的主要问题及未来的发展方向。
茄子基因组学研究取得重要进展
“十三五”期间,我国茄子全基因组测序研究处于国际先进水平。茄子全基因组序列图谱进一步完善,为解析重要性状的驯化选择和调控的分子机制研究奠定了良好基础。
科学家发现茄子和辣椒基因组中存在细菌性斑点病抗性扩展基因家族,而番茄和马铃薯基因组中没有;茄子、 番茄和马铃薯基因组中存在高度相似的多酚氧化酶基因的染色体分布模式,等等。
克隆和定位了一批控制茄子重要性状相关的基因 /QTL
1 品质性状
花色苷:果皮颜色和果萼颜色是茄子品质育种的重要目标性状。果皮颜色是由多基因控制的数量性状。2对上位性效应基因(D和 P基因)控制白皮果色的遗传。果皮颜色同时受光照、温度等环境条件的影响,定位控制茄子果皮颜色的基因,获得与茄子果皮颜色连锁的标记,解析茄子果皮的着色机理一直是茄子分子育种研究的重点和难点。
花青苷在茄子果皮和果萼颜色形成过程中起主要作用,而且具有很高的营养保健价值。研究者基于转录组测序分析和同源克隆鉴定出多个与花青苷合成相关的基因,并对其调控网络的分子机理进行了初步研究。
VP和抗坏血酸:茄子是一种富含VP的蔬菜,具有较好的保健医疗功效。茄子中VP含量为数量性状,高VP含量受具有加性效应的1个或2个显性主基因调控,但主基因遗传力较低,而控制低VP含量的主基因遗传力较高。抗坏血酸(AsA)是高效抗氧化剂,有益于人体健康,研究表明光照能促进茄子果皮中 AsA积累。
2 果实性状
果实是茄子的产品器官,果实形状、大小、果皮颜色、单性结实及果实发育等是茄子遗传育种研究的重点。选育低温下单性结实的无籽茄子品种是茄子耐低温和品质育种的重要目标性状。单性结实种质资源评价、基因挖掘克隆和形成分子机理研究一直是茄子育种研究的热点。
试验证明 SmARF8 基因表达的沉默可以产生单性结实,SmARF7 和 SmIAA9 基因在茄子单性结实和非单性结实品系中的表达存在差异;利用 VIGS 技术证明 SmAGPP 基因正调控茄子坐果和果实发育,其蛋白定位在细胞质中。
3 抗病虫性
青枯病是我国南方地区茄子生产的主要病害。通过转录组测序获得了不同青枯病抗、感材料接种病原菌前后的差异表达基因,并明确了其表达特征和参与的代谢途径;在野生近缘种 托鲁巴姆中克隆了参与黄萎病抗性反应的 StWRKY1基因和抗根结线虫 Mi 基因。
4 抗非生物胁迫
科学家从茄子栽培种及野生种 S. richardii 中分别鉴定出参与干旱和热胁迫反应的亚精胺羟肉桂酸转移酶基因 SmSHT 和 SrSHT;基于转录组测序分析了低温诱导下茄子差异表达基因,其主要存在于生物调节过程、细胞过程、代谢过程和单有机体过程中,上调差异表达基因主要富集在细胞过程、环境信息处理、遗传信息处理和新陈代谢中。
5 雄性不育
随着制种成本的增加,雄性不育突变体将在茄子一代杂种生产中发挥重要作用。研究者们先后同源克隆了茄子核不育基因 SmLOX、SmDAD1、SmCOI1、SmJAZ1、MYC2 和 SmOPR3,分析表明其参与调控茄子花药开裂过程。
6 种间杂交
从分子水平研究种间杂种对于挖掘和转育野生近缘种中的抗病抗逆基因具有意义。研究结果初步解析了茄子种间杂交的基因调控网络,有助于了解茄子栽培种和野生种种间杂交生殖障碍机理,为克服种间杂种后代不育提供技术支撑。
重要育种技术体系进一步优化和建立
细胞工程育种技术:茄子花药培养技术、小孢子培养技术和体细胞融合技术进一步优化和完善。
茄子离体快繁再生技术:茄子未成熟种子成苗技术、枝条扦插和微快繁技术的建立,为解决该问题提供了技术支撑,可用于茄子种质资源的保存和快繁。
重要性状分子标记的开发:开发了基于茄子基因组重测序的 SNP、InDel 标记,基于转录组测序的 SSR 标记,并已应用于茄子指纹图谱构建、遗传多样性分析和茄子品种纯度鉴定中。中国农业科学院蔬菜花卉研究所、上海市农业科学院、武汉市农业科学院、重庆市农业科学院和华南农业大学等单位分别开发了抗青枯病、抗枯萎病、耐热、果皮颜色、果萼颜色 InDel 标记和 CAPS 标记。
转基因技术:茄子遗传转化体系进一步优化和建立。对茄子 VIGS 技术体系中的温度、接种苗龄和目的基因片段长度等因子进行了进一步优化,建立了茄子VIGS 技术体系。
种质资源评价与创制
“十三五”期间,我国主要科研单位在茄子种质资源评价与创制方面重点开展了茄子种质资源遗传多样性分析、地方品种鉴定、高营养品质和优异株型种质挖掘、抗病抗非生物胁迫(低温、高温等)资源的鉴定评价,筛选和培育了一批优异的茄子种质资源和育种材料,为我国茄子优良新品种的培育奠定了坚实基础。
据不完全统计,新鉴定评价了国内外性状优良的茄子种质资源720份,筛选、创制出目标性状突出且综合性状较好的优异种质46份。其中,耐热性强的材料、耐低温材料、雄性不育兼单性结实材料等可用于抗逆(耐低温、高温)、抗枯萎病和青枯病、雄性不育和单性结实及短节间育种材料的创制和新组合的配制。
开展了茄子种质资源抗病(褐纹病、黄萎病、绵疫病)、抗虫(烟粉虱、二斑叶螨)、耐盐、耐旱、耐涝等抗非生物胁迫资源的评价鉴定,筛选获得抗褐纹病材料 4份、抗黄萎病材料9份、中抗绵疫病材料2份、抗烟粉虱材料1份、抗二斑叶螨材料1份,抗虫材料均为野生种,分别为托鲁巴姆和蒜芥茄。
对茄子野生种和栽培种抗病砧木种质进行了评价。使用赤茄作为砧木嫁接可有效降低设施栽培中黄萎病的发生;云南野生茄富硒能力强,可作为富硒茄子生产的砧木。
育成和推广一批满足生产和市场需求的新品种
“十三五”期间,针对我国茄子生产方式变化趋势和不同的生态类型及市场消费需求,科学家培育出一批满足茄子生产和多样化消费需求的优良茄子新品种。
主要包括❶ 适宜华北和西北地区栽培的园杂460 、园丰7号、长杂 216、京茄110、京茄338、海丰长茄5号等;❷ 适宜西南地区长季节栽培的嫁接品种渝茄5号、渝茄7号等;❸ 适宜华南地区栽培的农夫2号、农夫3号、闽茄6号和赣茄2号等;❹ 适宜华东地区栽培的浙茄10号、沪黑6号、沪茄5号等;❺ 适宜长江中下游地区栽培的迎春4号、紫龙9号、苏茄6号、皖茄15、皖茄050等;❻ 适宜东北地区栽培的龙杂茄9号、哈茄V8、辽茄13号、16Q06、16Q09等。
一些有特色、口感好的新品种受到市场青睐。如绿茄品种绿玉 1号、驻茄15号、绿天使、绿秀丽、翡翠绿等;白茄品种象牙白茄2号、真糯烧烤茄等。
这些品种的推广基本满足了我国茄子周年栽培、周年供应和产品类型多样化的需求。目前国内育成的茄子品种在生产中占主导地位,占市场份额的90%以上。但在北方保护地茄子生产中,国外品种占主导地位,种植面积较大的进口品种有布利塔、765、长戈1号、大龙、紫丽人等。
问题与展望
加强种质资源搜集、保存、鉴定和创制
拓展育种新技术、提高育种效率
加强抗病育种研究
加强抗病育种研究
注:文章摘自《中国蔬菜》文章“‘十三五’我国茄子遗传育种研究进展”。作者:刘富中 舒金帅 张映 陈钰辉 连勇 田时炳。单位:中国农业科学院蔬菜花卉研究所,重庆市农业科学院蔬菜花卉研究所。
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