美國農業部黃瓜分子育種研究簡介

摘 ? ?要：美國農業部黃瓜研究實驗室隸屬于美國農業部農業研究署（USDA-ARS）蔬菜作物研究室（VCRU），掛靠于威斯康星大學園藝系。該實驗室黃瓜育種項目始于1968年。過去50年中，該實驗室在黃瓜遺傳育種方面取得了豐碩的成果，并對美國及世界黃瓜育種起到了重要的推動作用。本文簡要介紹了實驗室的歷史及研究成果，著重概括了2008—2018年本實驗室在以下方面所做的研究及取得的成績：（1）黃瓜應用基因組學工具的開發;（2）黃瓜重要經濟性狀分子標記的開發，基因及主效QTL的克隆與功能研究;（3）黃瓜染色體的起源與進化分析，以及栽培黃瓜的馴化與種質資源的遺傳多樣性研究。同時，對所取得的各項成果在黃瓜育種中的潛力進行了評價。最后對今后實驗室的工作進行了展望。

關鍵詞：黃瓜;分子育種;QTL;基因克隆;染色體進化;馴化

中圖分類號：S642.2; S32 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.06.002

Abstract： The cucumber improvement program of the USDA-ARS Vegetable Crops Research Unit （VCRU） dedicates to cucumber germplasm enhancement research. This program was established in 1968. In the last 50 years， accomplishments made in this lab contributed significantly to US cucumber productions with also impacts to cucumber breeding around the world. This review gave a brief introduction of the history of this lab， and major achievements in cucumber genetics and breeding research with focus on work in 2008—2018 in the following four areas. （1） Development of applied genomics resources for cucumber molecular breeding. （2） Molecular mapping and cloning of economically important genes and QTL in cucumber.（3） Origin and evolution of cucumber chromosomes， and domestication and genetic diversity in USDA cucumber collection. This paper also discussed the impacts on cucumber breeding and future directions of our work.

Key words： cucumber; molecular breeding; QTL; gene cloning; chromosome evolution; domestication

美國農業部黃瓜研究實驗室隸屬于美國農業部農業研究署（USDA-ARS）蔬菜作物研究室（VCRU），掛靠于威斯康星大學園藝系。該實驗室黃瓜育種項目始于1968年，至今已有逾50年的歷史。在過去50年中，該項目經歷了3個負責人：C E Peterson博士（1968—1987年）、J E Staub博士（1988—2007年）以及翁益群博士（2008迄今）。該項目自成立以來，在黃瓜遺傳育種方面取得了豐碩的成果，并對美國及世界黃瓜生產起到了巨大的推動作用。

本文先對其研究歷史和主要成就（2008年以前）進行簡要概述，然后著重對2008—2018年的科研工作進行了詳細介紹，最后根據目前黃瓜育種的發展過程中存在的問題對實驗室未來將開展的研究進行了展望。

1 美國農業部黃瓜遺傳育種研究的歷史及主要成就 1.1 1968—1987年

1968年，Peterson博士從密執安州立大學（MSU）轉到位于威斯康辛麥迪遜的美國農部蔬菜作物研究室（VCRU）開始蔬菜作物育種工作。在其后20年中，他在黃瓜育種及種質資源改良方面開展了大量卓有成效的工作，其貢獻主要體現在以下幾個方面。

1.1.1 黃瓜雌性系的發現及其在黃瓜F1雜交制種中的廣泛應用 ? ?美國黃瓜雜種F1應用始于1945年，F1制種來源于兩個同株異花（Monoecious=M）親本間的雜交，因而制種成本太高，經濟效益差。20世紀50年代后期在來自韓國的一份材料（PI 220860）中發現了全雌株，Peterson博士由此在1962年培育出了黃瓜的第一個雌性系（MSU713-5），及由此衍生的第一個黃瓜全雌F1雜交種'Spartan Dawn'。同時，Peterson博士也研究了雌性系的遺傳與生理基礎，并發明了用激素進行雌性系誘雄的方法[1-2]。這一套體系大幅度降低了雜交種制種成本，使雜交種大規模商業化生產成為可能，特別是在露地栽培情況下使用雌性系F1雜種，其優勢不在于多次收獲的高產而在于其早期產量比傳統的用M×M的F1要高很多（由于結實較集中）。這對北美露地栽培一次性機械收獲的生產體系有重大影響，現在幾乎所有一次性機械收獲的品種均為雌性系F1[3]。