觀賞桃分子育種研究進展與展望

張文斗王燕徐曼顧振華步洪鳳萬宏偉

(1.常德職業技術學院，湖南 常德 415000；2.常德市農業農村局，湖南 常德 415000)

桃花(Prunus persica)是薔薇科李屬的植物，是觀花為主要目的桃及近緣種(山桃、甘肅桃、新疆桃、光核桃)的統稱，我國分布廣泛、適應性強的一種春季觀花樹種。伴隨著人們生活水平的提高和對美好生活的追求，觀賞桃作為園藝觀賞植物的代表之一，憑借其美麗的花色，成為了廣大園藝愛好者們熱衷的方向之一。

近年來，植物分子育種技術在植物新品種研究得到了廣泛應用，已成為研究熱點，因此本文將對觀賞桃分子育種研究進展進行綜述，從觀賞桃分子育種遺傳學基礎、分子標記技術、遺傳轉化體系、性狀生物育種應用、高通量測序技術、基因編輯技術等方面的發展趨勢進行展望，以期為觀賞桃的分子育種提供參考意見。

1 觀賞桃的新品種選育

觀賞桃作為一種重要的園藝觀賞植物，具有豐富的形態特征與遺傳多樣性。在遺傳學基礎方面，觀賞桃的染色體數目為2n=16，遺傳方式為有性遺傳，遺傳變異主要表現為單基因控制的簡單遺傳性狀和多基因控制的復雜遺傳性狀，如花色、花型、花期等。

我國于20世紀50年代開始進行觀賞桃的選育工作，采用的主要是傳統的育種方式，包括人工雜交、選擇育種等方法。經過長期的研究和努力，成功地選育出了一系列優良的觀賞桃新品種[1]。北京市農林科學院利用“壽星桃”“白鳳”和“早紅2號”油桃為原始親本，經過多代育種，篩選出了一批花朵和果實性狀較理想的優系。中國農業科學院鄭州果樹研究所利用“白鳳”與“紅壽星”的雜交后代2-7自交，育成新品種“滿天紅”[2]；利用“迎春”為母本、“白花山碧桃”為父本進行人工雜交，育成新品種“探春”[3]，隨后又培育出“迎春”[4]“元春”[5]，以及“紅色菊花桃”；利用“紅垂枝”和“菊花桃’為親本的雜交實生子相繼培育出“粉垂菊”[6]“紅線菊”[7]“粉線菊”[8]和“萬重粉”[9]等品種。山東農業大學選育出葉紫葉、花期早、果可食的觀賞桃花新品種“紫奇”[10]。北京植物園利用早花有香味的“白花山碧桃”為父本，分別以“合歡二色”“絳桃”為母本，培育出2個早花品種[11]。江蘇省農業科學研究院園藝研究所以“Rutgers Red leaf”“白壽”等為親本材料，選育出紅葉、粉花、重瓣的觀賞桃“紅粉佳人”[12]。常德職業技術學院從“照手姬”實生后代群體中選育出“粉玲瓏”[13]，從“合歡二色”實生后代群體中選育出“朝霞”，從紫葉桃實生后代群體中選育出“煙云”，從桃花種質資源圃自由授粉的種子后代群體中選育出“晨霧”等一系列優良品種。

傳統育種方式的確存在時間長、投入大等缺點，而基于分子標記技術的育種則能夠顯著提高育種效率和精度。通過分析物種基因組序列，尋找與特定性狀相關的標記，鑒定具有優良基因型的植株或雜交組合，進而進行二次雜交和篩選，可以快速篩選出有潛在的優異后代。此外，基于高通量測序技術，可以對大量胚胎和幼苗進行遺傳鑒定，從而加速育種進程?；谶@種方法可以更加精準地挑選出理想的品種，加快品種推廣進程，大大縮短培育周期。因此，基于分子標記技術的育種具有效率高、周期短、精準度高等優點。

2 觀賞桃分子標記技術的應用

分子標記技術是現代遺傳學中的一種重要工具，在植物生物育種中得到了廣泛的應用，其主要應用包括遺傳多樣性的分析、品種鑒定和物種識別、遺傳圖譜構建以及分子輔助育種等方面，其應用可以提高育種效率和精度，并探索目標性狀的分子基礎和分布規律，為實現育種的科學化和精準化提供強有力的技術支撐。

觀賞桃是一種非傳統林木樹種，其基因組的組成和結構目前并未得到完全解析，這限制了分子標記技術在觀賞桃的應用。因此，觀賞桃在分子標記和遺傳研究方面的研究成果相對較少。胡東燕博士率先采用AFLP和ISSR分子標記技術對51個觀賞桃品種進行了桃花品種系統分類研究，并成功建立了品種分類系統及DNA指紋圖譜庫，該研究證實了分子標記技術在鑒定和支持桃花品種的描述及登錄方面的應用價值，并揭示了桃花品種的育種起源，為今后新品種的保護、鑒定和登錄工作奠定了堅實的基礎[14]。徐勇通過EST搜索、RACE、同源克隆等方法成功克隆了8個MADS box基因，并在擬南芥中表達進行了表型鑒定，其還探討了利用基因內SSR標記和公共EST數據庫的途徑來挖掘控制重要農藝性狀候選基因的可能性，為觀賞桃的分子機制提供了一個新思路[15]。曹珂等使用SSR分子標記對桃樹的花藥顏色和花粉育性進行了研究，并尋找了相關的分子標記，證實了紅色和黃色花藥的花粉育性較強于白色和淺褐色花藥[16]。陳霽基于SSR標記技術，對國家果樹種質南京桃資源圃中收集保存的34份觀賞桃種質及7份桃的近緣種和毛桃，24份桃砧木種質分別進行了遺傳多樣性鑒定和親緣關系分析，為觀賞桃和桃砧木種質的利用和系統演化提供分子依據[17]。樊曉梅使用SSR標記技術對23個觀賞桃品種進行了親緣關系分析，研究結果支持了將枝型視為比花型更高級別的分類級別，同時還發現花型、花色和葉色等性狀之間存在交叉，其中交叉程度最輕的是花型[18]。吉爽秋等運用全基因組關聯分析、IGV可視化軟件以及競爭性等位基因特異性PCR技術，成功地定位了觀賞桃花的候選位點，并進一步完善了桃花型基因型分類[19]。通過分子標記技術，其開發了一組可靠的桃花型相關分子標記，為觀賞桃花的分子輔助育種提供了重要的理論支持。

3 觀賞桃遺傳轉化體系的建立

遺傳轉化技術是轉基因生物育種的關鍵。通過遺傳轉化技術，外源基因可以被精準地插入到目標物種的基因組中，從而實現目標基因的增加或改變，達到育種的目的。在現代農業生產中，遺傳轉化技術已經成為了重要的育種手段之一。借助這項技術，育種者可以迅速獲得具有特定基因的新品種，有利于觀賞園藝業的發展。因此，將遺傳轉化技術應用到觀賞桃生物育種中，是一項重要的研究方向。建立觀賞桃的遺傳轉化體系，可以為觀賞桃的育種提供更多的途徑和方法，有助于開發具有新品種特征的新品種，并推動觀賞園藝業的進一步發展。

在園林植物中，用于對其進行遺傳改造的研究也越來越多，常用的轉基因技術包括花粉管通道法，基因槍法，農桿菌介導法[20]。目前，以外源基因轉化為主的方法主要有外源基因轉化，該技術最大的優勢在于它可以在T-DNA上插入幾乎任意的基因[21，22]。雖然許多玫瑰果樹都已經成功地應用了農桿菌介導的轉基因技術，但是對于李屬的核果科水果來說，目前還沒有一套完整的轉基因體系，Petri等提出，目前制約李屬水果進行轉基因的主要原因有不定芽的產生困難，對抗菌藥物(尤其是卡那霉素)的選擇較為敏感[23]。

迄今，有關桃樹組織(幼胚、成熟子葉、幼子葉愈傷組織、葉片外植體)的研究已經有了一定的進展，然而，關于轉基因技術在桃樹中的應用卻鮮有報導，而已經被證實的桃樹外植體材料都是從果實中提取的?？上?，那些被報告過的成功例子，在其它實驗室里，卻無法復制[24]。Sabbadini等報告了2個由扁桃和Prunus amygdalus雜交種GF677的體細胞組織中獲得的轉基因植株[25]。最近，Xu等發表了一種發根農桿菌介導的桃下胚軸、葉片和芽體外植體轉化成轉基因毛狀根的方法，從而產生野生型芽和轉基因根的復合植株[26]。

通過桃的外植體，可以獲得較高的成活率，但是通過愈傷組織來獲得不定芽的方法還沒有文獻報導，雖然已經進行了很長的研究，但成功的例子還很少。為獲得一個有效的桃樹遺傳轉化系統，許多研究人員對此進行了探討。Smigicki等首先對桃樹進行了基因工程改造，并采用了一種新方法，即采用了一種新的方法來進行桃樹的基因工程改造[27]；R Scorza等通過pGA472及根癌農桿菌A281得到了將該基因導入到桃中的基因序列中，并將其導入到桃中[28]。但到目前為止，鮮有關于桃愈傷組織的轉化報道，說明桃的遺傳轉化體系還未進入生產應用階段。

4 觀賞桃高通量測序技術的應用

高通量測序技術是一種快速、準確、高通量的DNA測序技術，可以大量快速地獲得海量的遺傳信息。高通量測序技術在園藝植物中應用廣泛，可以用于基因組測序、基因型選擇、轉錄組分析、小RNA分析、DNA甲基化和染色質修飾分析等方面，并且需要進行生物信息學分析，為園藝植物研究和育種提供支持。

目前關于高通量測序技術在觀賞桃的應用主要集中在轉錄組、代謝組以及病原微生物群體方面的研究。周泳以同株間色碧桃“灑紅桃”為試驗材料，采用高通量測序技術，檢測了間色和紅花碧桃存在的差異表達基因，并對間色花和紅花差異蛋白表達進行了比較分析，同時采用全基因組甲基化測(WGBS)方法，從表觀遺傳學的角度分析基因甲基化在碧桃不同花色表現中的差異表達，研究結果闡明了相同基因型不同花色的表現機理[29]。馬秋月等利用454高通量測序技術，對其花瓣轉錄組序列進行SSR位點發掘，結果發現含SSR的序列4705條，共得到5668個SSR，平均每3.49kb出現1個SSR[30]。周暉等以紅葉品種“紅葉桃”為試材研究了葉片花青苷著色的分子機理，基因表達譜分析表明紅葉中花青苷代謝途徑所有結構基因的表達量都明顯高于綠葉，同時還通過紅、綠葉轉錄組比較分析，并結合前人桃紅葉性狀Gr基因定位結果，發掘了控制觀賞紅葉桃葉片花青苷著色的關鍵基因PpMYB10.4，該調節基因在綠色桃葉和煙草葉片中瞬時表達能夠促進花青苷積累[31]。徐曼等對流膠病感染部位的真菌多樣性和轉錄組分析，揭示了不同抗性的觀賞桃品種的真菌豐度具有差異性，這一差異也引起了宿主感染組織的轉錄組差異表達[32]。

目前，雖然高通量技術并未在在觀賞桃分子育種得到了廣泛的應用。但早在2013年科學家已經完成了桃樹(Prunus persica)高質量基因組測序，使得果桃的分子研究取得很多重大突破，高通量測序技術有望在觀賞桃遺傳變異分析、基因定位、抗逆性研究等方面得到廣泛的應用。

5 基因編輯技術在觀賞桃生物育種中的應用

基因編輯技術是一種新興的遺傳改良方法，可以幫助人們更好地改良和培育園藝植物，已經被廣泛應用于番茄、水稻、蘋果、草莓、花卉等園藝植物的育種研究中，并且取得了重要的研究進展。在番茄的育種研究中，運用基因編輯技術標記了水果顏色和形態相關的基因，使其變得更加美觀和營養豐富。在草莓的育種研究中，成功地實現了紅色草莓果實中多酚生物合成途徑的基因修飾，從而使其產生更高的抗氧化活性。

基因編輯技術是一種基于CRISPR/Cas系統的精準基因編輯技術，可以在基因水平上改變或完善品種性狀，為觀賞桃分子育種帶來了全新的契機?；蚓庉嫾夹g有望在用于觀賞桃的花色和花型等復雜遺傳性狀的改良，達到利用基因編輯技術改造觀賞桃具有開發新潛力和更高的觀賞價值，將極大地促進觀賞桃產業的發展，但也需要克服一定的技術和倫理挑戰，加強相關研究的規范和管理。

6 結論

本文總結了觀賞桃分子育種的研究進展和展望，并且就分子標記技術、遺傳轉化體系建立、性狀生物育種應用、高通量測序技術、基因編輯技術進行了闡述。觀賞桃的新品種選育是觀賞桃分子育種的重要方面之一，選育具有良好性狀的新品種，可以提高觀賞桃的經濟和生態效益。分子標記技術為觀賞桃分子育種提供了一種高效的方法，對于觀賞桃親本篩選及雜交后代的遺傳分析有著重要的作用。觀賞桃遺傳轉化體系的建立是將分子育種技術轉化為實際品種選育的關鍵，可以將各種重要基因導入目標品種。此外，高通量測序技術的廣泛應用正為觀賞桃生物育種提供了新的機遇。通過高通量測序技術，可以更加全面地了解觀賞桃品種中的基因組構成，同時也可以精確地檢測觀賞桃種群中不同基因型之間的遺傳差異，并拓展分子育種的研究層面?；蚓庉嫾夹g進一步推動了觀賞桃分子育種的應用前景?；蚓庉嫾夹g可以高度精準地編輯觀賞桃基因組中的目標序列，實現對性狀的優化和改良，為品種選育提供了新的途徑。觀賞桃分子育種技術的不斷發展以及多種技術的不斷創新，為觀賞桃的育種提供了廣泛的選擇和改良方法，為觀賞桃產業的發展作出了重要的貢獻。