20個番茄商業品種群體的多樣性分析

摘要：【目的】研究20份番茄商業種進行遺傳多樣性，篩選具有特異性抗病性狀的番茄商業種，為農戶進行品種選購提供指導性意見。【方法】本研究以20個番茄商業種為試驗材料借助單核苷酸多態性（SNPs），進行遺傳關系聚類、遺傳組成成分分析、抗病基因分析及抗病漸滲片段分析。【結果】20個番茄商業種被分為2個類群，源于同一公司的番茄商業種更有可能被分于同一群體，其中中蔬種業科技（北京）有限公司的中蔬4號、中蔬6號和中雜9號在遺傳關系聚類和遺傳組成成分分析時均被歸于同一類型，此外，20個番茄商業種在Mi-1.2、Ty-1/3、Ve三個抗病基因存在基因型差異，通過比較其與漸滲供體材料的基因組相似性，研究發現大部分材料含有Mi、Ty-1、Tm-2和Sw-5的漸滲片段。【結論】20個番茄商業種被分為2個類群，源于同一公司的番茄商業種更有可能被分于同一群體，這些材料特定的抗病基因及抗病基因漸滲片段，將對深入了解品種種質特性，促進農業的發展，增加農民的收入，提高農業生產的效率具有重要的意義。

關鍵詞：番茄；商業品種；遺傳多樣性；抗病基因

Population diversity analysis of 20 commercial tomato species

Xu Maomao¹"，Gao Jie^1*

（"College of Horticulture， Xinjiang Agricultural University， Wulumuqi， 830052）

Abstract： 【Purpose】This study aimed to investigate the genetic diversity of 20 commercial tomato varieties， screen for tomato varieties with specific disease resistance traits， and provide guidance for farmers in variety selection.【Methods】SNP markers were used to analyze the genetic relationship clustering， genetic composition， disease resistance gene analysis， and disease resistance infiltration fragment analysis of 20 commercial tomato varieties.【Results】The 20 commercial tomato varieties were divided into two groups， and tomato varieties from the same company were more likely to be grouped together. Among them， Zhongshu 4， Zhongshu 6， and Zhongza 9 from Zhongshu Seed Industry Technology （Beijing） Co.， Ltd. were classified into the same type in genetic relationship clustering and genetic composition analysis. In addition， there were genotype differences in the Mi-1.2， Ty-1/3， and Ve"disease resistance genes among the 20 commercial tomato varieties. By comparing their genome similarity with the infiltrating donor materials， it was found that most materials contained infiltrating fragments of Mi， Ty-1， Tm-2， and Sw-5.【Conclusion】The 20 commercial tomato varieties were divided into two groups， and tomato varieties from the same company were more likely to be grouped together. The specific disease resistance genes and disease resistance infiltration fragments of these materials are of great significance for in-depth understanding of variety germplasm characteristics， promoting agricultural development， increasing farmers' income， and improving agricultural production efficiency.

Key Words： Tomatoes; Commercial varieties; Genetic diversity;Anti-disease gene

0"引言

【研究意義】番茄（Solanum lycopersicum L.）是世界上種植面積最大、消費最廣泛的蔬菜水果作物之一^[1]。它不僅是人類飲食中番茄紅素和其他抗氧化劑的主要來源，還被廣泛認為是“保護性食品”，能夠降低癌癥發病率^[2]。深入了解品種種質特性，對促進農業的發展，增加農民的收入，提高農業生產的效率具有重要的意義。【前人研究進展】在十三五期間，我國選育的番茄新品種在數量、復合抗病性和品質方面都得到了顯著提升。據統計，2020年我國登記的番茄品種數為763個，比2019年增加了66.23%^[3]。其中，上海菲圖種業有限公司選育的瑞星5號、西安市蔬菜所選育的毛粉802、廣州市農業科學研究所選育的益豐、廣東省農科院蔬菜所選育的新星101等番茄系列新品種，在抗病性、廣適性、商品性和高產性等方面均表現出色^[4]。單核苷酸多態性（SNP）是第二類遺傳標記，它通過對基因序列進行挖掘，成為對等位基因變異、全基因組定位和標記輔助選擇的重要工具。在許多作物中，SNP的高頻率存在為遺傳定位和標記輔助選擇提供了另一種選擇^[5]。對22種不同基因型的大豆序列多樣性研究發現，編碼區每kb有1.64個SNP，非編碼區每kb有4.85個SNP^[6]。Kanazin等人在2002年對大麥的SNP突變率進行了報道，表明該物種中每189個堿基有可能會有1個產生突變^[7]。此外，在水稻、大豆和洋蔥中也發現了與性狀相關的SNP^[8]。雖然栽培種番茄由于缺乏遺傳變異導致遺傳學家主要在野生種的遠緣雜交中研究性狀變異，但隨著番茄基因組序列和大量SNP標記的可用性被證實^[9]，通過分子生物技術重新檢查農藝性狀和果實性狀的變異和遺傳成為可能^[10]。此外，隨著測序成本的降低，具有準確、快速的基因分型技術使得單核苷酸多態性成為植物高通量分析中最常用的DNA標記，促進了種質資源序列變異的分析及品種識別^[11-12]。【本研究切入點】我國不僅是世界番茄最大的生產國家還擁有超過 15 億元的番茄種子市場^[13]，然而隨著番茄品種數量的增加以及種子市場規模的不斷擴增，一些公司為了快速的獲取利益，導致拷貝種子、假冒種子以及類型較為相似的商業番茄品種的亂像不可避免的出現了^[14-16]。因此，對不同商業番茄品種進行科學分析，為農戶進行品種選購提供指導性意見變得尤為必要。【擬解決的關鍵問題】前人進行番茄育種時，主要基于種植者和消費者需求，對番茄果實質量特征、產量及抗病性進行培育。然而，由于栽培種番茄遺傳背景狹窄^[17-18]，不同品種的商業番茄可能具有類似的表型特征及相近的親緣關系。因此，本研究利用SNP遺傳標記對不同商業番茄品種的遺傳關系、遺傳物質、抗病基因及抗病漸滲片段進行分析，旨在分子層面上研究這些品種的親緣關系和遺傳多樣性，為更好地利用番茄資源做出貢獻。

1 材料與方法

1.1試驗材料

本試驗中所需的20個商業番茄品種見表1，由課題組于市場購買，并于2021年12月播種于順義試驗站育苗溫室，待幼苗的第三片真葉長出時進行取樣，采用CTAB法進行DNA提取。

1.2 實驗方法

本試驗以20份番茄商業種為材料，首先，通過對其全基因組變異信息分析并利用 MEGA-X 軟件的 Neighbor-joining 方法，進行 5000次 Bootstrap 構建系統發生樹對20份番茄商業種進行遺傳關系聚類；其次，通過 ADMIXTURE 軟件對20份番茄商業種進行群體結構分析，并基于CV error的最低值對其進行群體遺傳組成的分析；隨后，通過分析主要抗病基因Ty1，Ty2，Ve，I-2，Sm，Pto，Sw-5，Tm-2平均物理距離5MB，次等位基因頻率gt;0.1的169個SNP，根據抗病基因等位基因信息對20份番茄商業種進行抗病基因聚類；最后，根據已報道的抗病基因的漸滲片段來源信息^[19]，比較20份番茄商業種與漸滲供體的基因組相似性。

2. 結果與分析

2.1"遺傳關系聚類分析

根據全基因組變異信息，通過使用MEGA-X軟件，將20個商業番茄品種主要分為兩個類群（圖1）。第一類包括12個材料，分別是齊達利、喜來德1號、早粉2號、百利、豐收128、歐盾、SV4224、SV7845TH、倍盈、金鵬1號、思貝德和羅拉，以齊達利為代表。第二類包括8個材料，分別是中蔬4號、天賜575、天賜595、天妃9號、中蔬6號、中雜9號、普羅旺斯和凱德1832，以中蔬6號為代表。

總體而言，大部分源于同一公司的不同品種具有較近的親緣關系，如先正達種苗（北京）有限公司的齊達利、倍盈、思貝德均位于第1類群；沈陽谷雨種業有限公司的天賜575、天賜595、香妃9號均位于第2類群；中蔬種業科技（北京）有限公司的中蔬4號、中蔬6號和中雜9號也均位于第2類群。然而仍然有一部分番茄品種盡管源于同一公司但親緣關系較遠，如圣尼斯種子（北京）有限公司的歐盾、SV4224和SV7845TH位于第1類群，而普羅旺斯卻位于第2類群。

2.2 遺傳組成分析

根據基因型變異信息，本研究利用ADMIXTRUE軟件對實驗材料進行了群體結構遺傳分析。計算結果表明，當K為2時，CV_error值最小，表明20份番茄商業種最有可能被分為2個亞群。隨后，本研究對所有材料進行了結構分析，發現20份番茄商業種的遺傳組成主要有兩種類型（A和B）。其中，豐收128、歐盾、金鵬1號、思貝德、喜來德1號、SV4224和SV7845TH的遺傳組成主要為A類型，而中蔬4號、中蔬6號和中雜9號的遺傳組成主要為B類型。其余商業種則為混合類型。

2.3 抗病基因分析

由于番茄易受200多種害蟲和病原體的影響^[20]，因此本研究根據抗病基因Cf-9、Pto、Cf-2.2、Mi-1.2、Ty-1/3、Ve、Tm-2、Sw-5、Sm、Ty-2、I-2上下游5000bp內的SNP變異，開發了11個分子標記，根據抗病基因等位基因信息將20份番茄商業種進行抗病基因的聚類分析。研究結果表明，20份商業種的抗病基因差異主要體現在Mi-1.2、Ty-1/3、Ve三個抗病基因中，其余抗病基因并不存在基因型差異。

根據抗病基因等位信息，將20份番茄商業品種分成了兩類。第一類以天賜595為代表，其余材料包括天賜595、普羅旺斯、天妃9號、中雜9號、凱德1832、天賜575、倍盈、豐收128、歐盾、思貝德、SV7845TH和羅拉。其中，天賜595和天妃9號在Mi-1.2、Ty-1/3、Ve三個抗病基因中的基因型完全一致。普羅旺斯與天賜595和天妃9號相比，Ty-1/3抗病基因的基因型由Y變為T。中雜9號與天賜595和天妃9號相比，Ve抗病基因的基因型由C變為M。天賜575和凱德1832在Mi-1.2、Ty-1/3、Ve三個抗病基因的基因型也完全一致，然而與天賜595和天妃9號相比，Mi-1.2抗病基因的基因型由G變為R。此外，思貝德、SV7845TH和羅拉在Mi-1.2、Ty-1/3、Ve三個抗病基因中的基因型完全一致，然而與天賜595和天妃9號相比，Mi-1.2抗病基因的基因型由G變為A。倍盈、豐收128、歐盾在Mi-1.2、Ty-1/3、Ve三個抗病基因中的基因型完全一致，然而與思貝德、SV7845TH和羅拉相比，Ty-1/3抗病基因的基因型由Y變為T。

第二類以金鵬1號為代表，其余為中蔬4號、中蔬6號、齊達利、喜來德1號、百利、SV4224和早粉2號。其中，中蔬4號和中蔬6號在Mi-1.2、Ty-1/3、Ve三個抗病基因中的基因型完全一致。早粉2號與中蔬4號、中蔬6號相比，Mi-1.2抗病基因的基因型由G變為A。齊達利和喜來得1號在Mi-1.2、Ty-1/3、Ve三個抗病基因中的基因型完全一致，然而與早粉2號相比，Ve抗病基因的基因型由A變為C。百利、SV4224、金鵬1號在Mi-1.2、Ty-1/3、Ve三個抗病基因中的基因型完全一致，然而與齊達利和喜來得1號相比，Ty-1/3抗病基因的基因型由C變為Y，Ve抗病基因的基因型由C變為M。

2.4 漸滲片段分析

根據已報道的抗病基因的漸滲片段，本研究比較了20個商業番茄品種與漸滲供體材料的基因組相似性。結果顯示，在與Mi-1供體秘魯番茄PI 128657的基因組相似性比較中，15個商業番茄品種含有其漸滲片段，分別為天妃9號、天賜575、天賜595、普羅旺斯、倍盈、豐收128、歐盾、凱德1832、中雜9號、金鵬1號、百利、SV4224、SV7845TH、思貝德和羅拉，漸滲長度為32.12Mb-35.16Mb。在與Ty-1供體智利番茄LA1969的基因組相似性比較中，17個商業番茄品種含有LA1969的Ty-1基因部分外源片段，分別為齊達利、喜來德1號、百利、豐收128、歐盾、SV4224、SV7845TH、倍盈、金鵬1號、思貝德、羅拉、天賜575、天賜595、天妃9號、中雜9號、普羅旺斯和凱德1832，漸滲片段的長度為5.01-32.12 Mb。在與Tm-2供體秘魯番茄PI 128650的基因組相比較中，共發現17個商業番茄品種攜帶PI 128650 9號染色體的部分外源片段，分別為齊達利、喜來德1號、百利、豐收128、歐盾、SV4224、SV7845TH、倍盈、金鵬1號、思貝德、羅拉、天賜575、天賜595、天妃9號、中雜9號、普羅旺斯和凱德1832，此片段的長度是15.03-40.71Mb。在與Sw-5供體秘魯番茄PI 126935的基因組相比較中，共發現17個商業番茄品種含有抗Sw-5基因的部分外源片段，分別為齊達利、喜來德1號、百利、豐收128、歐盾、SV4224、SV7845TH、倍盈、金鵬1號、思貝德、羅拉、天賜575、天賜595、天妃9號、中雜9號、普羅旺斯和凱德1832，此片段的長度是5.00-55.74Mb。

3. 討論

通過這些研究結果，我們可以清晰地了解不同商業番茄品種之間的遺傳關系和遺傳特征，進而更好地研究番茄的抗病性能。這對于提高番茄產量和品質，保障農民的收益和消費者的健康，都具有非常重要的意義。然而，本研究仍存在局限性。該研究僅涉及20個商業番茄品種，而實際生產和種植中，番茄品種和數量非常豐富。因此，我們需要更深入地探究和研究番茄的遺傳特征和抗病性能，以為番茄種植的發展提供更好的支持和指導。

綜上所述，通過對20個商業番茄品種進行遺傳關系聚類、遺傳組成分析、抗病基因分析以及抗病漸滲片段分析，本研究結果具有重要的意義和價值。這項研究不僅為番茄的種植和生產提供有力的支持和指導，同時也為其他作物的種植和研究提供了借鑒和參考。我們需要更深入地探究和研究番茄的遺傳特征和抗病性能，以為保障糧食安全和農民的收益做出更大的貢獻。

4 結論

本研究以20個番茄商業種為實驗材料借助單核苷酸多態性（SNPs），首先，通過對這20個番茄商業種的遺傳信息進行比對和分析，將其分為以齊達利為代表和以中蔬6號為代表的兩類，并且研究發現，盡管源于同一公司的番茄商業種更容易被分為同一類群，但這并不絕對，同一公司的不同品種的親緣關系可能會存在差異^[14]；其次，通過對這20個番茄商業種的遺傳組成分析，研究發現K為2時，CV_error的值最小，在該條件下這20個番茄商業種被分為2個亞群，其中B類型的為源于中蔬種業科技（北京）有限公司的中蔬4號、中蔬6號和中雜9號，而它們在遺傳關系聚類中均屬于第2類，這表明中蔬4號、中蔬6號和中雜9號可能具有較近的親緣關系；隨后，通過對這20個番茄商業種的抗病基因進行分析，研究發現20份商業種的抗病基因差異主要體現在Mi-1.2"、Ty-1/3"、Ve三個抗病基因中，其余抗病基因的基因型無差異；最后，通過比較比較20個番茄商業種與漸滲供體材料的基因組相似性，其含有發現Mi、Ty-1、Tm-2和Sw-5的漸滲片段。

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Population diversity analysis of 20 commercial tomato cultivars

XU Maomao， GAO Jie^*，LI Mingjun^*，LI Xin，LIU Lei，PAN Feng

（""College of Horticulture， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052， China; 2. Research Institute of Vegetables and Flowers， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100081， China）

Abstract： 【Objective】This study aims to investigate the genetic diversity of 20 commercial tomato cultivars， screen out tomato varieties with specific disease resistance traits and provide guidance for farmers in variety selection.【Methods】SNP markers were used to analyze the genetic relationship clustering， genetic composition， disease resistance genes， and also conduct disease resistance infiltration fragment analysis of 20 commercial tomato varieties.【Results】The 20 commercial tomato varieties were divided into two groups， and tomato varieties from the same company were more likely to be grouped together. Among them， Zhongshu 4， Zhongshu 6， and Zhongza 9 from Zhongshu Seed Industry Technology （Beijing） Co.， Ltd. were classified into the same type in genetic relationship clustering and genetic composition analysis. In addition， there were genotype differences in the Mi-1.2， Ty-1/3， and Ve"disease resistance genes among the 20 commercial tomato varieties. By comparing their genome similarity with the infiltrating donor materials， it was found that most materials contained infiltrating fragments of Mi， Ty-1， Tm-2， and Sw-5.【Conclusion】The 20 commercial tomato varieties are divided into two groups， and tomato varieties from the same company are more likely to be grouped together. The specific disease resistance genes and disease resistance infiltration fragments of these materials are of great significance for in-depth understanding of variety germplasm characteristics， promoting agricultural development， increasing farmers' income， and improving agricultural production efficiency.

Key words："tomatoes; commercial cultivars; genetic diversity; anti-disease gene

Fund Project： The Science and Technology Innovation Project of the Chinese Academy of Agricultural Sciences（CAAS-ASTIPIVFCAAS）

?基因項目：中國農業科學院科技創新工程項目（CAAS-ASTIPIVFCAAS）

作者簡介：徐毛毛（1998-），女，陜西人，碩士研究生，研究方向為蔬菜學，（E-mail）2656180571@qq.com

通訊作者：高杰（1963-），男，天津人，教授，碩士，博士導師，研究方向為蔬菜栽培與生理，（E-mail）ofc111@163.com

Corresponding author： Gao Jie"（1963-）， male， Tianjin， Professor， Ph.D.， instructor， vegetable cultivation and physiology， （E-mail）"ofc111@163.com

通訊作者：李君明（1969-），男，內蒙古人，研究員，碩士，博士導師，研究方向為番茄加工與遺傳育種，（E-mail）lijunming@caas.cn

Corresponding author： Li Junming （1969-）， male， Inner Mongolia， Professor， Ph.D.， instructor， tomato processing and genetic breeding."（E-mail） lijunming@caas.cn