優質桔紅心大白菜種質創新與新品種選育

張一卉 李化銀+王鳳德 李景娟 丁謙 劉立鋒+孫令強 徐少君+孔濤+王翠花 何啟偉 高建偉 ??

摘要：本試驗利用分子育種手段開展了優質桔紅心大白菜（Brassica rapa L. ssp. pekinensis）種質創新與新品種選育研究。我們克隆了控制大白菜桔紅心的關鍵基因BrCRTISO，分析了桔紅心、白心大白菜之間BrCRTISO基因的結構差異。根據啟動子和編碼區序列的差異，篩選出了與桔紅心緊密連鎖的SNP和InDel分子標記。在傳統有性雜交的基礎上，利用上述SNP和InDel標記對后代分離群體進行輔助選擇，篩選出了早熟、優質、抗病的桔紅心優異純系種質08428、08460、08468、08469自交不親和系。利用上述4個純系配置組合，選育出了早熟優質抗病的特色大白菜新品種“天正桔紅65”、“天正桔紅62”。連續多年（2010—2016）種植試驗及抗病性鑒定的結果表明：這兩個新品種抗病性強，適宜春秋種植，早熟（55～60天）；葉球中小型，桔紅色。其中“天正桔紅65”β-胡蘿卜素含量高達26.163 mg/gDW，是普通大白菜的11.15倍；可溶性固形物含量高，口感品質極佳。2014年，“天正桔紅62”成為泰安市岱岳區地理標志性產品（商標注冊號：13066669）。2015—2016年，兩個品種通過了國家、省（市）農作物品種審定委員會的審定（鑒定）。本研究是利用分子育種手段快速培育優良大白菜新品種的成功范例，可為其它生物分子育種工作提供參考。

關鍵詞：大白菜；桔紅心；分子標記；種質創新；新品種選育

中圖分類號：S634.103.2文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2017）05-0014-10

Germplasm Innovation and New Variety Breeding in Orange

Leafy Head Chinese Cabbage （Brassica rapa L. ssp. pekinensis）

Zhang Yihui1， Li Huayin1*， Wang Fengde1， Li Jingjuan1， Ding Qian1， Liu Lifeng1，

Sun Lingqiang2， Xu Shaojun3， Kong Tao4， Wang Cuihua1， He Qiwei1， Gao Jianwei1

（1. Institute of Vegetables and Flowers， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China；

2.Qingdao Seed Management Station， Qingdao 266071， China； 3. Qingdao Hefeng Seeds Co.， Ltd.，

Jiaozhou 266300， China；4. Daiyue District Agricultural Bureau， Taian 271021， China）

AbstractIn this research， the molecular breeding was used to innovate germplasm and select new varieties in orange leafy head Chinese cabbage （Brassica rapa L. ssp. pekinensis）. We cloned the candidate key gene BrCRTISO， which coded carotenoid isomerase controlling synthesis of orange pigments in leafy head. Differences in structure of BrCRTISO gene between orange and white leafy head Chinese cabbage were also analyzed， in which， one SNP（C952-T952）marker and one InDel marker Bror-intron1 closely linked with orange leafy head were developed. New good pure self-incompatible lines of orange leafy head germplasm had been innovated by molecular marker assisted selection， of which， 08428， 08460， 08468 and 08469 were better than others. These four lines were applied to make cross combinations， from which， new orange leafy head varieties Tianzhengjuhong 65 and Tianzhengjuhong 62 were obtained. Planting and disease resistance tests for several years （2010-2016） showed that these two new varieties had strong disease resistance， and their growth periods were short （55～60 days）， which were suitable for being cultivated in spring or autumn. The β-carotene content of Tianzhengjuhong 65 reached 26.163 mg/gDW， 11.15 times of common Chinese cabbage. In addition， the content of soluble solids was also higher than other Chinese cabbage varieties， which owned good taste. In 2014， Tianzhengjuhong 62 was approved to be Chinese National Protected Geographic Indication Product （No. 13066669 ） in Taian， China. In 2015， Tianzhengjuhong 65 was approved by both National and Beijing Crop Variety Approval Committee. Meanwhile， Tianzhengjuhong 62 was approved by Beijing Crop Variety Approval Committee. In 2016， Tianzhengjuhong 65 was approved by Shandong Crop Variety Approval Committee. This paper would be useful to other plant molecular breeding because of our successful breeding work.

KeywordsChinese cabbage； Orange leafy head； Molecular markers； Germplasm innovation； New variety breeding

大白菜（Brassica rapa L. ssp. pekinensis）起源于中國，是我國的特產蔬菜。韓國、日本等東亞國家種植的大白菜最早由我國傳入。長期以來，大白菜一直是我國和東亞國家的骨干蔬菜，其重要地位和生產面積是其它蔬菜難以相比的。在我國北方，大白菜是秋季栽培和冬春供應的主要蔬菜，種植面積大、范圍廣[1]。山東省作為大白菜的主要起源地之一，栽培歷史悠久，種質資源極為豐富，其中有譽滿海內外的膠東大白菜，有特點鮮明的德州香把子，有深受濟南本地人喜愛的唐王大白菜等[2]。隨著我國農業產業結構的調整和保護地栽培蔬菜的發展，大白菜一季生產半年供應的格局已發生了顯著變化。隨著人們生活水平的不斷提高，人們將更多地關注大白菜的質量，即形狀、大小、色澤、營養、風味口感及無公害等指標。

桔紅心大白菜因其色澤艷麗、富含胡蘿卜素等多種維生素、營養價值高、口感好而倍受消費者青睞。日本桔紅心大白菜育種起步較早，培育了許多優良品種。但是在我國，日本的桔紅心大白菜品種種子昂貴，不抗病毒病，病重地區和年份常常絕產，難以獲得豐產和穩產。因此，培育適宜山東等地種植的高抗病毒病、霜霉病、軟腐病的桔紅心大白菜新品種，實現其種子國產化顯得尤為重要[3]。

針對上述問題，本課題組自2002年起開始收集、鑒定桔紅心大白菜資源材料，研究桔紅心性狀遺傳特性。2007—2010年間，我們通過拓寬育種資源，利用雜交組合選配測配，結合分子標記輔助選擇技術，選育出適合春秋兩季種植的桔紅心大白菜新品種“天正桔紅65”、“天正桔紅62”。2014年，“天正桔紅62”成為泰安市岱岳區地理標志性產品（商標注冊號：13066669）。2015年，兩品種通過了國家、北京市農作物品種審定委員會的審定（鑒定）；2016年，“天正桔紅65”又通過了山東省農作物品種審定委員會的審定。

1材料與方法

1.1試驗材料

桔紅心大白菜一代雜交種：北京桔紅心、紅抗1號、長研橘寶、申萌桔紅心、神獅桔紅心。桔紅心大白菜純系：桔08410、14-490、1480、14-102、14-245、14-253、14-257、14-277、14-426、14-662、14-669。白心（或者黃心）大白菜一代雜交種：寒秀、金典春王、凱春、日本夏陽。白心（或者黃心）大白菜純系：新福08410、14-401、663、1466、1469、1505、1510、1720、疊錐抗2。雜交組合（14-401×14-490）及其F2代分離群體。

1.2基因克隆及生物信息學分析

1.2.1基因組DNA提取取大白菜葉片，液氮冷凍后快速研磨，采用快捷型植物基因組DNA提取系統（天根生化科技有限公司）提取基因組DNA，利用1%瓊脂糖凝膠電泳進行DNA檢測。

1.2.2總RNA提取和反轉錄取結球后期的球葉提取總RNA。采用TRNzol-A+試劑盒（天根生化科技有限公司）進行RNA提取，方法參考說明書。反轉錄按照TaKaRa PrimeScript RT reagent Kit with gDNA Eraser （大連寶生物）產品說明書操作。

1.2.3PCR擴增PCR反應體系（20 μL）為：2×高保真PCR Mix 10 μL，上游引物（10 mmol/L）0.5 μL，下游引物（10 mmol/L）0.5 μL，模板cDNA 1 μL，ddH2O 8 μL。PCR反應程序為：94℃ 3 min；94℃ 30 s，58℃ 30 s，72℃ 1 min，36個循環；72℃ 10 min。

1.2.4SDS-PAGE電泳檢測將PCR產物與上樣緩沖液混勻，然后將混合物95℃預變性10 min。取4 μL點樣，利用8%變性聚丙烯酰氨凝膠進行電泳檢測，在Sequi-Gen GT核酸電泳系統（Bio-Rad，USA）中進行電泳分離，電極緩沖液為1×TBE，在25℃、55 W恒功率下電泳1 h，通過銀染法顯影、拍照并記錄結果。

1.2.5生物信息學分析將克隆的基因序列在GenBank中進行BLAST檢索，查找大白菜目標基因在其它物種中的同源序列。利用DNAMAN 6.0軟件對來自不同物種的基因編碼的氨基酸序列進行比對并構建系統進化樹。

1.3β-胡蘿卜素等營養成分的測定

利用高效液相色譜法測定大白菜β-胡蘿卜素含量[5-7]。稱取5.0 g左右干凈的成熟期大白菜內葉，剪碎，置于三角瓶中，用石油醚∶丙酮（體積比為80∶20）混合液振搖提取，移出上清液，重復提取直至提取液無色，合并提取液，轉入圓底燒瓶中，于旋轉蒸發儀上蒸發至干，用二氯甲烷溶液提取殘渣，過濾后用凝膠色譜儀凈化。凈化后的溶液用于HPLC分析。使用吉爾森高效液相色譜儀，色柱：C18柱，250 mm×4.6 mm，5 μm，流動相為甲醇∶乙腈（體積比為90∶10），流速為1.0 mL/min；檢測波長為450 μm，進樣量20 μL。利用PAD在波長200～800 nm范圍內掃描，分析物質的特征吸收峰。

可溶性固形物含量的測定參照標準《NY/T 2637—2014 水果和蔬菜可溶性固形物含量的測定 折射儀法（2015-1-1實施）》。

1.4分子標記輔助選擇及常規雜交育種

分子標記輔助選擇育種及常規雜交育種參照錢前等（2012）[4]和柯桂蘭（2010）[1]。

2結果與分析

2.1控制大白菜桔紅心形成的關鍵候選基因的選擇策略

與普通大白菜相比，桔紅心大白菜的葉球內葉呈現桔紅色。切開后剖面經陽光照射，球葉的桔紅色快速增強。以往研究表明，桔紅心大白菜內葉含有類似番茄紅素的復合物等多種類胡蘿卜素[5-7]。類胡蘿卜素在植物體內通過類異戊二烯途徑合成，呈現黃色、橙紅色和紅色。在擬南芥[6]、番茄[7]等模式植物中，人們對類胡蘿卜素生物合成途徑及其相關酶（或基因）的功能研究得很清楚[6-8]。植物中，許多桔紅色性狀的出現都與類胡蘿卜素異構酶有關。類胡蘿卜素異構酶CRTISO 能催化前番茄紅素形成全反式番茄紅素[9，10]。Park 等（2002）[6]在擬南芥中分離了CRTISO基因，通過分析其功能，發現類胡蘿卜素異構酶缺失突變體主要積累前番茄紅素和前鏈孢紅素（7， 9， 9′–三順式–鏈孢紅素）。Isaacson 等（2002）[7]利用圖位克隆技術獲得了番茄桔紅色基因tangerine，該基因編碼一個類胡蘿卜素異構酶CRTISO，tangerine突變體缺失CRTISO 導致番茄積累前番茄紅素和β-胡蘿卜素，果實呈現桔紅色。因此，在篩選控制大白菜桔紅心形成的關鍵候選基因時，我們首先選擇了編碼類胡蘿卜素異構酶的基因BrCRTISO作為候選基因。