桃分子遺傳圖譜構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，富含酚類物質和花色苷，抗氧化能力強，營養與保健價值高，成為目前研究熱點之一。利用先進的分子標記技術輔助育種是加快紅肉桃育種進程的重要手段，而構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。對近年來國內外桃分子遺傳圖譜構建及紅肉性狀基因定位的研究進展進行了綜述， 并對今后的研究方向提出了建議，旨在為紅肉桃品質改良和分子育種提供參考依據。

關鍵詞：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 文獻標識碼：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）、基因組小（約227 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建及重要農藝性狀定位的理想模式植物。

果肉顏色是果實品質構成的重要性狀之一，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，風味濃甜，質地脆爽，離核，硬溶質，食用方便，且富含酚類和花青苷，抗氧化能力與藍莓具有可比性，具有較高的營養保健價值，越來越受到市場的歡迎，發展前景廣闊，因此紅肉性狀是目前桃研究熱點之一。

隨著分子標記技術的發展，桃分子遺傳圖譜的構建及重要性狀基因的定位取得了較大的進展，也為優良農藝性狀的定向培育提供了有效的指導工具。對國內外桃遺傳連鎖圖譜的構建和紅肉性狀基因定位的研究進展進行了評述，旨在為中國紅肉桃種質資源挖掘和利用提供參考。

1 基于第一、二代分子標記的桃遺傳圖譜

桃遺傳連鎖圖譜的構建研究開始于20世紀90年代初，應用RFLP構建了第一張桃遺傳連鎖圖，并指出桃DNA具有足夠的多態性，適宜構建分子遺傳圖譜[2]。隨著“雙假測交”理論的提出，國內外研究者以種內或種間雜交后代為分離群體建立了多個桃遺傳圖譜。歐洲核果聯盟、美國等學者利用桃×扁桃[3，4]、桃×新疆桃[5]、桃×山桃[6，7]等群體構建了包含SSR、AFLP、RFLP等標記的數十個遺傳連鎖圖譜，并對抗白粉病、抗根結線蟲、品質性狀等QTL進行了初步的定位[8-10]。中國開始桃遺傳圖譜構建研究較晚，但隨著分子育種研究在中國的展開，桃遺傳圖譜構建研究取得了較大的進展。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標記構建了桃遺傳連鎖圖譜。該圖譜含206個標記位點，分布在11個連鎖群，覆蓋基因組1 193.2 cM，并篩選到了與農藝性狀和經濟性狀連鎖的分子標記。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標記與BSA法相結合，得到一個與果肉顏色相連鎖的分子標記S21-400，遺傳距離為14 cM。山東農業大學園藝學院利用桃品種“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記OPP20-2200，遺傳距離為5.0 cM，和與白肉/黃肉性狀相連鎖的標記OPU03-850，遺傳距離為9.6 cM[13，14]；吳俊等[15]對桃果實酸/非酸性狀進行了分析，得到3個AFLP標記與酸性狀連鎖，遺傳距離分別為16.2、1.47和2.99 cM，并對此3個標記進行了克隆測序，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控作用相關的因子；楊英軍等[16]利用RAPD技術得到一個與桃果實離核性狀相連鎖的分子標記OPI07-1000，遺傳距離為2.5 cM，并對該標記進行了測序、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 基于第三代分子標記的桃遺傳圖譜

單核苷酸多態性（SNP）是在基因組水平上由單個堿基的變異而引起DNA序列的多態性。SNP標記由美國E. Lander提出，相對于第二代分子標記，其被稱為第三代分子標記。SNP標記具有遺傳穩定性高、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模掃描。在二代測序技術（NGS）出現之前，有許多方法被用來進行 SNP 開發，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芯片構建了桃高密度遺傳圖譜，共含有 588個SNP標記分布于8 條連鎖群，覆蓋基因組總長為 454 cM，相鄰標記間的平均距離為 0.81 cM。該圖譜密度比前人構建的圖譜密度大，但由于雜交群體較小（69株），覆蓋基因組長度沒有較大變化，后續的研究中仍需增加作圖群體，加長覆蓋長度，優化圖譜質量。目前采用二代高通量測序技術開發SNP標記構建桃超高密度遺傳圖譜的報道極少。

3 紅肉性狀相關基因定位

桃紅肉性狀的遺傳機理較為復雜。Blake等[18]從“Chinese Blood”דJ.H. Hale”和“Japan Dwarf Blood”דJ.H. Hale”的F1群體中發現紅肉性狀呈顯性遺傳，且與成熟期相關。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群體進行了紅肉性狀的遺傳規律分析，認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計及分析，發現紅肉對白肉、紅肉對黃肉均為顯性性狀，調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果[24，25]。以上研究表明，紅肉桃的紅肉性狀為質量性狀，根據來源不同受到bf或者DBF位點的控制。同時有研究者認為，紅肉性狀并不是簡單基因控制的質量性狀，可能受到QTL位點的調控。“曙光”ד天津水蜜”和“大久保”ד天津水蜜”兩個組合55個單株均表現為紅肉，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的QTL，位于第1連鎖群，屬于減效性效應[26]。此外，Quilot等利用山桃（Prunus davidiana）和桃栽培品種（Summergrand）發現了2個控制紅肉性狀的QTLs位點。研究發現來源于“野雞紅”、“大紅袍”、“小紅袍”等種質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性。隨著更多種質資源的發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雜遺傳關系。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紅肉性狀相關的區域內，發現了一個具有調控花青苷合成的NAC結構域轉錄因子BLOOD （BL），該基因在果實發育后期與bHLH和NAC1等轉錄因子互作解除SPL1對MYB10.1的抑制作用，激活PpMYB10.1的表達來調控紅肉桃紅肉性狀，但PpMYB10.1與紅肉性狀并不存在共分離的關系。在已定位的紅肉性狀相關的位點中并沒有發現調控花青苷合成的MYB、bHLH和WD等關鍵轉錄因子，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建以及在圖譜基礎上進行紅肉性狀定位研究已經取得了較大進展， 為紅肉桃紅肉性狀遺傳機理研究和分子標記輔助選擇奠定了堅實的基礎。但以下問題仍有待于進一步深入研究：①目前桃遺傳圖譜的構建主要使用的第一、二代分子標記，如RFLP、AFLP、CAPS、RAPD和SSR等，這類分子標記具有操作簡單、成本低和多態性較高等特點，但由于通量較低，難以構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，且定位的精度需進一步提高。可結合二代高通量測序技術開發豐富的SNP標記，構建超高密度的遺傳圖譜。②不同類型或來源的紅肉桃種質資源，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控，紅肉性狀遺傳分子機理并不十分明確。可利用破譯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基因進行精細的定位及分析，篩選控制紅肉性狀的關鍵基因，同時篩選通用性高的分子標記，為紅肉桃育種提供理論基礎。③目前調控紅肉性狀的分子機理并不十分明了，在相關的紅肉性狀定位區域發現的調控轉錄因子較少，如調控花青苷合成的MYB、bHLH和WD等關鍵轉錄因子并沒有在相關區域中發現。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的方法解析紅肉性狀的遺傳及分子機理，挖掘中國紅肉桃桃種質資源的優良基因，為培育紅肉桃優良品種奠定基礎。

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收稿日期：2015-12-01