（蔬菜学专业论文）高产量番茄新种质的创制及其高产基因的研究.pdf

高产量番茄新种质的创制 及其高产基因的研究 蔬菜专业硕士研究生：李红 指导教师：宋明教授 杜永臣研究员 王孝宣博士 摘要 番茄( l y c o p e r s i c o ne s e u l e n t e m m i l l ) 是重要的蔬菜作物。产量育种是番茄育种的重要目标 之一。已有的研究表明，野生的番茄资源存在增加产量的高产基因，利用这些基因对于拓 宽番茄种质和番茄产量育种均有重要的意义。 为此国内外研究者从野生番茄中共鉴定了4 0 多个与番茄产量有关的q t l s 建立了高 产q t l 近等基因系( q t l - n 1 l s ) 。例如t a l 2 2 9 就是野生多毛番茄( l h i r s u t u m ) l a l 7 7 7 的1 个渐参系，它以普通番茄e 6 2 0 3 为遗传背景，含有来源于多毛番茄l a l 7 7 7 第一染色体 底端的长约2 4 e m 的d n a 片段。研究表明，此片段上含有增加番茄产量的q t l ( s ) 。 本研究在前人工作的基础上，以t a l 2 2 9 和9 7 0 6 为主要材料，建立了t a l 2 2 9 和9 7 0 6 的b c l 代群体，发展了该外源染色体片段上的c a p s 和a f l p 标记，并对增加产量的q t l 进行了分析。主要研究结果如下： ( 1 ) 将潘那利番茄图谱上的r f l p 标记转化为易于操作的p c r 标记，克服了r f l p 标 记的操作复杂、耗时长、需要放射性步骤和成本高的缺点。对8 个r f l p 标记进行了c a p s 转化分析，获得了5 个可用于多毛番茄的c a p s 标记。利用这5 个c a p s 标记( t g l 7 、t g 5 3 、 t g l 5 8 、t g 4 7 6 和t g 5 8 0 ) 对t a l 2 2 9 、9 7 0 6 以及b c i 代的1 6 0 个单株进行遗传分析。获得 了与预期结果一致的多态性。 ( 2 ) 利用1 0 0 个e e o r l m s e i 引物组合进行a f l p 分析，共发展了4 0 5 0 、3 7 6 0 、3 5 4 4 、 3 3 5 0 、4 2 4 4 、3 2 4 4 和3 5 5 1 这7 个a f l p 标记。 ( 3 ) 构建了番茄第一染色体底端1 8 3 c m 片段的分子遗传图谱。图谱由1 2 个标记组成， 其中包括新建立的5 个c a p s 标记和8 个a f l p 标记。标记间的平均距离为1 5 c m 。晟小距 离是0 2 4 e m 。 ( 4 ) 在b c l 代中，对影响番茄产量的各个分量进行田间调查。利用分子标记进行筛选， 结合软件m a p q t l 4 0 分析，在多毛番茄第1 染色体底端找到了一个控制番茄成熟果实平均 重的q t l 。研究得到了1 6 株以9 7 0 6 为遗传背景，且含有此q t l 的番茄材料；并将其定位 i 在t g 5 3 和t g l 5 8 之间。方差分析结果表明这1 6 份材料的成熟果实平均重极显著的高于对 照，初步断定这个q t l 对产量的作用为正效应。 关键词：番茄高产0 1 1 - i i 西南大学硕士学位论文 a b 甜r a c t t h e d e v e l o p m e n t o f h i g h y i e l dt o m a t o m a t e r i a l sa n dt h e s t u d yo f aq t l i n c r e a s i n g y i e l d c a n d i d a t e ：l ih o n g s u p e r v i s e r ：p r o f s o n gm i n g p r o f d uy o n g - t h e n d r w a n g x i a o x u a n a b s t r a c t t o m a t o ( l y c o p e r s i c o ne s c u l e n t u mm i l l ) i s a ni m p o r t a n tv e g e t a b l ep l a n t s h a v i n gh i g hy i e l d i so n eo ft h ei m p o r t a n tt a r g e t si nt o m m ob r e e d i n g t r a d i t i o n a lb r e e d i n gi sl i m i t e dt ov a r i a n t s c o n t a i n e di nt h eg e n ep o o l so ft h ep a r e n ts p e c i e s i ti ss i g i n i f i c a n tt oi m p r o v et h ey i e l do fc u l t i v a t e d t u m a t 。e sb yu t i l i z i n gh i 曲y i e l dg e n e s 缸 mw i l dg e r m p t a s m 。 u n t i ln o w4 0q t l sr e l a t e dt oy i e l dh a v eb e e nc h a r a c t e r i z e di nt h ew o r l d a n dq t l - n i l s ( n e a r l y i s o g e n i cl i n e s ) o f m a j o rq t l sc o n c e r n e dt oy i e l dh a v eb e e nd e v e l o p p e d t a l 2 2 9i sai n t r o g r e s s i o n l i n ec o n t a i n i n ga2 4 - e mf r a g m e n ta tt h eb o t t o mo f c h r o m o s o m e1o f l h i r s u t u ma c e l a l 7 7 7 i nt h e h a c k g r o u n do f 上e s c u l e n t u mc v e 6 2 0 3 a n dd e m o n s t r a t e dt h a ti tc o n t a i n sh i g hy i e l dq t l ( s ) w h i c h c a l ls i g n i f i c a n t l yi n c r e a s et h ey i e l d b a s e do nt h ep r e v i o u ss t u d y , t h et a l 2 2 9a n d9 7 0 6w e r ee m p l o y e da n dt h eb c lw h i c hh a v et h e h i g l ly i e l dt r a i td e r i v e df r o mt a l 2 2 9a n d9 7 0 6w a sd e v e l o p e d m e a n w h i l e ，c a p sa n da f l pm a r k e r s w e r eu s e di nt h i sc h r o m o s o m ei no r d e rt oa n a l y s i st h eh i g hy i e l dg e n e t h er e s u l t sa r e 船f o l l o w s ： 1 5c a p sm a r k e r sw e r ed e v e l o p e dt h r o u g hc o n v e r t i n g8r f l pm a r k e r sl o c a t e di na2 4 c m d n af r a g m e n tf r o mt h eb o t t o mo f c h r o m o s o m e1i nl p e n n e l l i i , o v e r c o m i n gt h es h o r t c o m i n g so f r f l pm a r k sw h i c hh a v ec o m p l e xm a n i p u l a t i n gs t e p ，t i m ea n dl a b o rc o n s u m i n g ，h i g hc o s ta n d r a d i a t i o nl a b e l i n g t h ep o l y m o r p h i s mo f t h e s e5c a p sm a r k e r sa r ec o n s i s t e n tw i t ht h em s i l l t s e x p e c t e d b y a n a l y s i n g o n t a l 2 2 9 、9 7 0 6 a n d b c i a n d t h e s e m a r k e r s a r e t g l 7 、t g 5 3 、t g l 5 8 、 t g 4 7 6a n dt g 5 8 0 2 t h r o u g ht h ea f l pa n a l y s i s ，s e v e n a f l pm a r k e r s 4 0 5 0 、3 7 1 6 0 、3 5 4 4 、3 3 5 0 、4 2 4 4 、3 2 4 4 a n d3 5 1 5 1w e r ed e v e l o p e db yu s i n g1 0 0a f l pp r i m e r s 3 t h em o l e c u l a rg e n e t i cm a po ft h e1 8 3 c mf r a g m e n tf r o mt h eb o s o mo fc h r o m o s o m e1w a s d e v e l o p p e d ，w h i c hc o n t a i n e df i v ec a p sm a r k sa n ds e n v e na f l pm a r k s t h ea v e r a g ed i s t a n c e 1 1 l 两南人学硕士学位论文 a b s t r a c t b e t w e e nt w om a r k si s1 5 c m ，t h en a l t o w e s td i s t a n c eb e t w e e nt w om a r k e r si s0 2 4c m 4 t h ev a r i o u sc h a r a c t e r i s t i c si n f l u e n c i n gy i e l dw e r ea n a l y z e di nt h eb c lo f t a l 2 2 9a n d9 7 0 6 b yu t i l i z i n gt h es o f t w a r eo ft h em a p q t l 4 0 t h eq t li n f l u e n c i n gt h ea v e r a g ew e i g h to fr i p e n s s f r u i tw a sd i s c o v e r e da n dl o e a t e db e t w e e nt g 5 3a n dt g15 8 s i x t e e nh i 曲y i e l dm a t e r i a l sw h i c h h a v i n gt h i sq t l w e r eo b t a i n e d k e yw o r d s = t o m a t oh i g h y i e i d o t l 独创性声明 y ，9 3 7 5 2 学位论文题目：直主量叠蕴堑盘廑的剑劐丞甚壶亡基因鲍盈究 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得西南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所傲的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者：杏红签字日期：) 缈多年痧月9 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究 生院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名： 签字日期：年月 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 黼，型年日 邮编： 第一章文献综述 番茄( l y c o p e r s i c o ne s c u l e n t u mm i l l ) 茄科，番茄属”1 ，是世界人民喜爱的重要蔬菜，虽然 在我国栽培历史较短，但已经发展成为主要的蔬菜作物之一“。由丁番茄适应性强、产量高、 品质好和用途广泛( 生食、菜用及加工) ，因此市场对番茄的需要量逐年上升，无论国内、国 外栽培面积都在不断扩大“4 ”。 高产稳产，是优良品种的基本特征，也是重要的育种目标之一“。作物的产量受多种因 素影响，它是作物的遗传特性与环境条件共同作用的结果“”。因此，一个具有丰产潜力的优 良品种，无论如何都是获得高产所必备的物质基础。 传统的高产育种已取得了长足的进展，例如“六五”、“七五”育成的品种能够比对照增 产2 0 0 一3 0 。但由于番茄属于白花授粉植物，经过长期的高选择压的筛选，普通栽培番茄种 群的遗传背景变得越来越狭窄。利用现有的遗传育种资源和常规育种手段很难在番茄产量育种 改良上取得突破性的进展。致使产量育种水平处于滞留状态利用现有的常规育种技术 和遗传育种资源很难育成超过当前最好栽培品种产量1 0 的新品种。 番茄的产量性状是数量性状，由数量性状位点q t l ( q u a n t i f a t i v e t r a i t l o c i q t l ) 控制”2 ”1 。 研究表明“”，野生的番茄资源是选育高产番茄的宝贵材料，在多毛番茄( h i r s u t u m ) 、潘 那利番茄( l p e n n e l l i i ) 、醋栗番茄( l p i m p i n e l l i f o l i u m ) 、小花番茄( l p a r v i f l o r u m ) 、奇美留斯 基番茄( c h m i e l e w s k i i ) 等果实小、产量低的野生和未驯化的番茄中存在增加产量的q t l s 。 目前共鉴定了4 0 多个与番茄产量有关的q t l s ，建立了高产q t l 近等基因系( q t l - n i l s ) “” “1 ，并克隆了一个对产量具有负作用的q t l ：加2 严”。这些与产量有关的q t l s 分布于番 茄的1 2 条染色体上，主耍集中在染色体1 、2 、3 、4 、8 上，一些q t l s 具有增加产量的作用“”1 。 但目前存在的难题是增加产景的q t l 近等基因系中含有的野生番茄的染色体片段长度仍 然比较长，且q t l 与小果实等不良基因间连锁累赘的影响较大，导致在育种中直接利用这些 具有增产潜力的q t l 难度较高。“”1 。因此，若能打破连锁累赘。将正向q t l 导入到优良的 栽培晶种中去，实现高产q t l 的聚台，将会极大的推动番茄的产量育种。 本研究将q t l 分析和品种选育相结合，鉴定野生或未驯化种质中有用的q t l ，并将q t l 导入到现有的栽培番茄的骨干系中，以期获得超高产量的番茄新种质。研究所得到的分子遗 传图谱及番茄高产基因的定侥结果对于q t l 的进一步克隆以及深入研究q t l 影响产量的生化 合成过程的具体机制，均有重要的意义。 1 1 产量是现代番茄育种的主要目标 高产是优良品种的基本特征因而往往是蔬菜育种的基本目标“。作物产量受多种因素 的影响，它是作物的遗传特性和环境条件共同作用的结果。因此，品种丰产潜力的实现，还 有赖于遗传型与环境和技术条件的配合”8 ”“。番茄产量育种的重点和难点是如何采t f = i j 行之有 效的方法将增强产量的基因聚合到栽培品种骨干系中，创造优良的育种资源。 在植物育种过程中，对目标性状进行选择是新品种培育的中心环节。丰产性是许多复杂因 素的综合体现。首先，总产量是决定于单位面积的株数和在该密度下单株的平均产量的乘积。 单株产量则取决于花序数、花数、座果率、果实大小、果实的数量和质量等，同时还受株型、 叶最、光合效率以及对环境条件的适应性和抗病性等因素的制约，选育时耍进行多方面的综 合考虑“3 。 1 i 1 生物产量与经济产量 生物产量是指一定时间内，单位面积上作物全部的光合产物收获量。而经济产量则指的 是同一时间内，单位面积上作物可以作为商品利用的部分( 如甘蓝叶球、番茄果实等) 的收 获量。生物产量和经济产量对于生产的相对重要性依作物不同而异。对茄果类蔬菜来说，其 经济产量只占生物产量的一部分，因此通过遗传改良来增大经济产量占生物产量的比重就显 得特别重要的“7 “1 。 如果作物同化物质向可利用部分的分配率一定，则作物的光合生产率或者说生物产量愈 高，经济产量也就愈商；如果作物的光台生产率一定，则作物同化物质向可利用部分的分配 率愈高，经济产量也就愈高。因此，要最大限度地追求经济产量，可以从提高光合生产率和 增大同化物质向可利用部分的分配率两方面入手。 从育种角度来看，通过遗传改良来增强作物的季节适应性、抗逆性、抗病虫性和光合作 用能力等，可以使作物的生物产量得到一定程度的增加。而要提高利用部分的分配率，则必 须注重改良商品可利用部分( 如瓜、果等) 对物质生产的适应能力及其容纳同化产物的能力。 在提高分配率方面，栽培技术的作用往往十分明显。对于茄果类蔬菜，采取措施适当抑 制营养生长而促进生殖生长，对提高利用部分的分配率都是根有效的。 1 1 2 茄果类蔬菜产量的构成因素 产量的构成因素即指构成产量这一性状的各组成成分“1 。“。这些成分是作物品种能否获 得高产的决定因子。产最的构成因素依作物类型的不同而不同。如对于果菜类，则通常是单 位面积株数、单株果数和单果重。各项因素的乘积便构成该作物的理论产量。如果菜类： 每亩产量= 每亩株数x 单株平均果数x 单果平均重量 产量构成因素的各个方面，在产量的形成过程中都是相互联系、相互制约的。实践证明 当品种产量水平比较低时，针对产量的构成成分进行选择，对提高产量是有效的。但这种对 产量成分各分量进行的选择不一定就比对产景本身的选择更为有效。因为在作物产量的各构 成因素之间，往往是呈负相关关系，一种分量( 如番茄果数) 的增加会导致另一种分量( 如 2 番茄果重) 的减少”】。目前，育种上通常根据不同的产量因素促使形成不同的群体结构，来 选育作物的高产类型。如对于果菜类，或通过增加果数的途径，或通过增加果重的途径，或 通过适当控制果数和果重而增加两者的综合效应途径来选育高产品种。同样通过遗传改良 增强作物对密植的适应性，在不影响光合生产率的前提f 增加单位面积上的植株数，也可以 适当提高品种的丰产潜力 i , 7 , 1 4 , 2 9 】。 1 2 番茄产量性状的遗传分析 产量性状属于数量性状( q u a n t i t a t i v ec h a r a c t e r ) 。数量性状也称数量特性( q u a n t i t a t i v e t r a i t ) ， 是指生物体具有连续变异特点的一类性状“2 ”1 。这类性状的区别不是以其性质区分的，而是以 “量”的大小而有所区别。由于量的变化是连续不断的，是一个由大到小或由高到低的连续 变异系列，因此，数量性状具有连续变异的( c o n t i n u o u sv a r i a t i o n ) 的特点“2 。”1 。 数量性状的遗传原理“是以n i l s s o n - e h l e 和e a s t 所建立的“多基因学说”( p o l y g e n i c t h e o r y ) 为基础的。这个学说将盂德尔原理与数量变异统一了起来，可以说是基因互作或“多 因一效”的扩展。决定数量性状的基因是“微效基因”( m i o rg e n e s ) 或称为“微效多基因” ( p o l y g e n e s ) 。 数量性状的遗传分析需要以生物统计方法作为工具，次数量性状的遗传又称为“统计 遗传学”( s t a t i s t i c a lg e n e t i c s ) 或“生统遗传学”( b i o m a 廿i c a lg e n e t i c s ) “。 1 ，2 1 与番茄产量有关性状的遗传分析 早在1 9 2 4 年，e w l i n d s t r o m 发表了番茄果实大小与颜色因子之恳连锁关系的研究报道“。 随后在2 0 年代后期至5 0 年代间，l i n d s t r o m ，m a e a r t h u r , c u r r e n c e ，b u t l e r , y e a g e r 和p o w e r s 等人 在番茄的果实大小、性状等形状方箍均进行了研究工作。”，为番茄数量遗传提供了比较丰 富的内容。 1 2 1 1 果重的遗传分析 国内外大量试验指出”“，番茄在果实重量方面的优势不显著，对提高总产量的作用不恒 定。如果双亲单果重差别不太大，则f l 的单果重往往是中间偏小，小果是不完全显性。l p o w e r s ( 1 9 4 5 ) 指出“。”。影响单果的基因间互作不是加性关系，而是倍数关系。余诞年( 1 9 7 3 ) “3 ”1 认为，f 1 的果重应该用双亲的几何平均数来估算；f 2 果重的分离差异虽大大超过双亲，但f 2 群体的果重平均值仍与双亲的几何平均值相近。 关于控制果重的基因，j h j e n k i n s 等( 1 9 5 8 ) “。1 认为存在于第2 染色体和第1 1 染色体上； l b u l t e r ( 1 9 7 3 ) “”认为大多数存在于第2 染色体上；余诞年根据皮色、封顶性和橙色果肉与 果重的关系的分析指出，果重基因分别与y ，y 基因，印，印基因和t 、t 基因连锁，也就是说， 控制果重的基因存在于第1 染色体、第6 染色体和第1 0 染色体上。根据e ，w l i n d s t r o m ( 1 9 2 8 ) “”的资料看。除第1 染色体外，在第3 染色体上也有控制果重的基因。 3 关于基冈的作用方式李景富等( 1 9 8 2 ) 1 ”认为，平均单果重以特殊配合力为主，占6 0 1 ，而一般配合力占3 9 9 ，并指出，果重的侠义遗传力较小，受环境的影响较大，分别为 1 7 6 5 - - 2 4 9 和4 6 6 7 。但马树彬等( 1 9 8 2 ) 测得单果重一般配合力最高，单果重广义和 狭义遗传力高，分别为5 7 ，7 5 和5 0 7 0 。杨荣昌等( 1 9 8 8 ) “”认为，平均单果重遗传模型符 合加性一显性一上位性“”。 12 1 2 单株结果数遗传分析 单株结果数对单株产量的影响比平均单果重大“1 “。当亲本单株结果数相差较大时，其杂 种的果数大多为中间稍偏多。m h t a y e l 等( 1 9 5 9 ) “”测得单株结果数的遗传率为4 6 ，单 株果穗数的遗传率为8 0 o ，单穗果数的遗传率为3 l 。李景富等( 1 9 8 1 ，1 9 8 2 ) “。”对果数的 基因效应研究后指出，单株结果数一般配合力和特殊配合力都显著，说明两种基因效应都有， 分别为5 8 7 0 和4 1 2 2 ，其中以累加效应占比值较大，估算的狭义遗传力分别为4 2 8 9 和 7 3 7 3 z l 。 1 2 1 3 番茄的前期产量与总产量的遗传分析 番茄产量性状的显性和上位效应较其他性状明显，产量的杂种优势相当强。黄小玲等 ( 1 9 5 9 ) ”报道，2 0 个f l 的平均产量比高产亲本的平均产量增产1 8 3 4 。j ；b e t l a e h ( 1 9 6 1 ) 报道，2 1 个f l 的平均产量比高产亲本增产2 3 3 。c u r r e n e e 经多年研究得出结论，番茄f l 的总产量较亲本增加3 0 左右，而早期产最增加4 7 “。 番茄产量性状遗传力低，李景富等( 1 9 8 1 ，1 9 8 2 ) “。1 测得为3 5 ，狭义遗传力为5 3 及1 1 2 1 ；在所有的数量性状中。产量的变异系数最大，最易受环境的影响，其f 2 ，f 3 代的 变异系数可达3 0 7 0 。在产量的遗传变异中，又以环境变异为主，早代的环境变异系数 明显高于遗传变异系数，表明旱代产量主要受环境的影响1 ”1 。 1 2 2 番茄产量性状o t l 研究 由于番茄产量性状是数量性状，由数量性状位点q t l 控制，表现型和基冈型之间没有明 确的关系，q t l 受环境影响较大。因此在常规育种实践中很难对含有目的q t l 的单株材料进 行准确的选择。 商到q t l 分析技术产生以后，育种家操纵q t l 的愿望才开始得以实现。借助于q t l 分 析方法，未驯化和野生种质中大量有益的q t l 得以鉴定和分离，a b q t l 分析方法的应用还实 现了q t l 分析和品种选育的有机结合”“”。根据q t l 研究成果，育种家可以利用与q t l 紧密 连锁的分子标记对目的q t l 进行高效的选择，实现由常规育种对表现型的选择到直接地选择 目的基因的巨大转变。7 “。因此，q t l 分析技术一经产生就受到了极大的重视，人们深信该 领域研究成果的运用将为作物育种带来重大的变化。 4 1 3 番茄o t l 研究概况 1 3 1 野生番茄中o t l 的利用 为了解决因常规育种对番茄材料施加了较高的选择压力而导致产量、果实颜色、抗寒性 和其它品质性状等的育种依赖较窄遗传背景的问题，迫切需要利用未驯化种质和野生番茄中 有用的q t l s 。”“，特别是野生番茄中的q t l 。为了利用这些q t l s ，众多研究者展开了。泛 的研究“”“3 ，并建立了醋栗番茄( l p i m p i n e l l i f o l i u ml a l 5 8 9 ) ，秘鲁番茄( l p e r u v i a n u m l a l 7 0 8 ) ，多毛番茄( l h i r s u t u ml a l 7 7 7 ) ，小花番茄( l p a r v i f l o r u ml a 2 1 3 3 ) ，潘那利番茄 ( p e n n e l l i i l a l 6 5 7 ) 等野生番茄的研究群体，这些群体由栽培番茄和野生番茄杂交多代选择 得来。 研究表明“” 2 4 ”“，尽管这些野生番茄的产量、品质、果实大小等农艺性状明显逊色于 栽培品种，但存在增加产量、改良品质和其他重要农艺性状的q t l s 。一些重要的数量性状( 如 产量、颜色、可溶性固形物、胡萝h 素等) 是由几个q t s l 控制的，且各个q t l 的作用和效 果是不相等的，有主效q t l 和微效q t l ，正向q t l 和负向q t l 之分。一些q t l 具有显性效 应，超显性效应，加性效应等，如潘那利番茄( l p e n n e l l i il a l 6 5 7 ) 的近等基因系i l l - 2 ，i l 3 - 3 1 l 3 - 4 ，1 l 6 2 ，i l 7 2 中含有增加番茄产量q t l ，其效应为显性效应 近等基网系i l l 1 ，i l 5 4 ， i l 7 3 中增加产量的q t l 其效应为超显性效应。 迄今为止，已利用这些群体鉴定和分离了近2 0 0 0 个o t l s 8 ” 2 ”“，其中有4 0 个左右 与产量有关，并克隆了一个对产量具有负作用的q t l ：加2 2 。”1 。这些q t l 分布于番茄的 1 2 条染色体上。主要集中在染色体l 、2 、3 、4 、8 上，一些q t l 具有增加产量的作用。”1 “2 ”。 此外还包括5 4 个与果实颜色有关，1 0 9 个与可溶性固形物有关，近千个与果实硬度、果 实大小、有机酸、糖等品质性状有关“9 。”4 4 ”1 的q t l s 。一些主效近等基因系( q t l - n 1 l s ) 或亚近等基因系( s u b n i l s ) 也已被建立“”1 。 1 3 2 关于番茄产量o t l 定位研究进展 番茄是q t l 研究较早的作物，t a n k s l e y 等。”早在1 9 8 2 年就开始了利用同r 酶标记对q t l 进行定位的尝试，并指出构建饱满遗传图谱的熏要意义。在1 9 8 8 年“，以同工酶和形态学标 记的遗传图为基础，对1 8 种数量性状的q t l 进行了作图，并绘出一张q t l 位置的略图，其中染 色体n o ，1 、2 、3 上标有果重q t l 的基因位置。同年p a t e r s o n 等“”用r f l p 标记将q t l 分解 为孟德尔式的因子，在已拥有3 0 0 个r f l p 标记和2 0 个同工酶标记的遗传幽谱( 覆盏了番茄的 1 2 条染色体，包含番茄基因组的9 5 的区域) 的基础上，测出n o 1 、4 、6 、7 、9 和1 l 这6 条 染色体上有与番茄果重有关q t l 。1 9 9 5 年1 将1 8 个与番茄果重有关的q t l 定位到相应的染 色体位置上。1 9 9 6 年。8 1 通过对1 9 种番茄园艺特性q t l 的遗传分析，参照的遗传背景包括1 1 5 个r f l p 标记，3 个r a p d 标记和2 个形态学标记，基因组跨度为1 2 9 7 c m ，将2 8 个控制果重 5 的q t l 定位在n o 1 、2 、8 、1 1 染色体的相应位置上。其中在染色体n o 2 上有一个对果重有 显著负效应的基因座位托口2 ”。1 9 9 6 年1 2 ”用酵母人工染色体( y a c ) 构建了包含加22 在内 的两个c o n t i g ：2 1 0 k b 的y a c 2 6 4 和3 0 0 k b 的y a c 3 5 5 ，并利用r a p d 标记进行高分辨作图， 将f w 2 2 确定在t g 9 1 和h s f 2 4 两个标记之间不到1 5 0 k b ( 相当于0 1 3 c m ) 的区段范围之内。 1 9 9 7 年”发现8 个与果重有关的q t l ，在栽培番茄与野生番茄的b c 2 ，b c 3 和b c 4 代都可 检测到，证明了这些q t l 的可靠性。1 9 9 6 年和1 9 9 9 年。7 2 “，通过采用图位克隆技术，已经分 离到了2 个包含f w 2 2 的阳性克隆，并h 正a ) f w 2 2 使心皮数目减少，因此发育出个体较小的番茄。 1 9 9 9 年g r a n d i l l o 和t a n k s l e y “”总结了自1 9 8 2 到1 9 9 8 对番茄果重q t l 研究结果，根据分 子图谱上标出的果重q t l 位置来看，已遍及番茄的1 2 条染色体，对整个番茄染色体组的遍及 率达到1 0 0 。其中通过至少两个以上相互独立的研究所确定的同一果重q t l 已有2 8 个，它 们分布于番茄的1 2 条染色体上，见表1 和表2 表11 9 8 2 1 9 9 8 番茄果重o t l 研究概况 t a b i e1t h eg e n e r a is i t u a t i o f io ft h eo t l r e s e a r c hi nt o m a t of r u i ts iz e ( 1 9 8 2 。1 9 9 8 ) 注：标记种类栏内，m 为形奋学标记：i s 为同工酶标记 r f 为r f l p 标记；r a 为r a p i ) 标记 6 蓑2 控制果重的2 8 个o i l 在染色体上的分布 t a b l e2t h ed is t r i b u t i 0 1 1o f 2 8q t l so fo o n t r o l n gf r u i ta iz e nc h r o m o s a 染色体1 n 0 2n 0 3 4n 0 5 6 7 n 0 8 9 1 0 1 l 1 2 一一 q t l 数3 52 21331 213 2 研究表明i s , s 1 8 ，在来驯化种质和野生番茄中广泛地存在影响番茄产量的q t l s ，概括 起来，和番茄产量有关的q t l 有以下3 个显著的特点：( 1 ) 不平衡的分布在番茄的1 2 条染色 体上，主要集中在染色体n o 1 、2 、3 、4 、8 上”1 ；( 2 ) 一些和番茄产量有关的o t l s 与产量性状、可溶性固形物等重要农艺性状的一些q t l s 之间相互连锁，共同定位于1 2 条染 色体的特定区域，类似基因簇，因而称为“q t l 簇”。例如在第2 染色体长约5 0 c m 靠近t 0 4 9 2 的片段上有一个q t l 簇，在该片段上共定位了2 0 个与果实重量、可溶性国形物、果实直径、 果实颜色和干物质重量等有关的q t l s 。在第4 染色体上还检测判番茄红素、果实颜色、芳香 挥发物质q t l 簇；在第3 、6 、8 、9 染色体上也检测到类似的q t l 簇。同时发现果实颜色深、 可溶性固形物高的q t l 往往与果实小、产量低的q t l 紧密连锁“2 1 1 ；( 3 ) 产量q t l 的近等 基因系或亚近等基因系中所含有的野生番茄的染色体片段仍然比较长，且q t l 与小果实等不 良基因间连锁累赘的影响仍然比较大，在育种实践中直接应用这些改良番茄颜色的q t l s 仍有 很大的难度。同时这样的染色体片段长度也超过了通过序列测定来分离和克隆这些改良品质 性状q t l 的长度范围”1 。 综上所述，要全面深入地展开番茄产量q t l 的应用育种和基础研究，首先应该发展q t l 相应染色体片段上的更加饱和的分子标记，同时采取杂交育种或者诱变育种手段打破q t l 与 不良性状之间的连锁，建立q t l 的近等基因系及亚近等基因系，以便对q t l 进行精细定位、 克隆和在育种上有效地操作q t l 提供理论基础：还应该从基因表达角度研究q t l 在不同组织、 在果实发育不同阶段的表达情况和表达水平，研究q t l 影响番茄产量的具体体制。 1 4 番茄分子遗传图谱的构建 自孟德尔用豌豆进行经典研究起，研究人员广泛开展了动植物图谱的构建研究。m a c a r t h u r ( 1 9 2 6 1 9 3 1 ) 绘制了最早的番茄遗传图谱，只标定了2 0 个基因的近似位置。1 。随着d n a 多态性 检测技术的发展，各种d n a 水平上的标记急剧增加，使番茄分子连锁图谱日趋完善。至1 9 7 4 年出版的遗传学手册中在番茄所所定位的基因已有2 3 0 个l ”。8 0 年代初，加州大学的r i c k 1 绘 制的番茄经典遗传图谱，标记的基因座位有3 3 0 多个。t 9 9 2 年t a n k s l e y 等”在番茄上完成了植 物中第一张含有1 0 0 0 多个分子标记的高密度图谱，他们以普通番茄( l y c o p e r s i c o ne s c u l e n t u mc v v f 3 6 一t m 2 a ) 和潘那利番茄( l y c o p e r s i c o n p e n n e l l i il a 7 1 6 ) 的种间杂交的6 7 个f 2 单株为材料， 把1 0 3 0 个分子标记定位在番茄的1 2 条染色体上，总长度为1 2 7 6 e m ，每条染色体上至少有5 0 7 西南大学硕士学位论文文献综述 个分子标记，标记问的平均距离大约为1 2 e m ( 约9 6 0 k b ) ，此图谱以r f l p 标记为主并包括同工 酶和形态学等遗传标记。在这个高密度分子遗传图谱建立之后，利用含野生番茄单个染色体或 染色体片段的普通番茄置换系或渐渗系与普通番茄的杂交后代群体，对部分染色体进行了精细 作图并与经典遗传图建立了更紧密的对应关系( 整合圈的建立) 。同时开展了对着丝粒的作图工 作：如6 号染色体的作图。”1 、1 号染色体的作图“、着丝粒作图”1 等。其中w o r d r a g e n 等”“ 利用多毛番茄6 号染色体长臂断片的普通番茄渐渗系与普通番茄的杂交群体，获得6 号染色体长 臂的精细图谱，共有4 2 个基因座，基因座间平均图距为o 6 c m 。之后以普通番茄( l y c o p e r s i c o n e s c u l e n t u mc v t a 2 0 9 ) 与多毛番茄( l h i r s u t u m l a l 7 7 7 ) 的回交后代和来自普通番茄( l y c o p e r s i c o n e s c u t e n t u m c v t a 2 0 9 ) 与醋栗番茄( l p i m p i n e t t i f o t i u m l a l 5 8 9 ) 的回交自交系( i n b r e d b a c k e r o s s l i n e s ) 为材料，对番茄1 2 条染色体上的分子标记进行了进一步补充”。 在此图的基础上增加的r a p d 、a f l p 等分子标记，使番茄的遗传图谱日趋完善，饱满的分 子图谱为番茄基因组提供了越来越详细的图标，为我们在小范围内寻找和定位基因打下了基础 5 9 6 目 截止到2 0 0 2 年公布的资料表明。番茄每一条染色体上都有数十个分子标记，这些标记在 染色体上的位点数目从2 2 到4 4 不等，位点间的平均最小距离为3 2 c m ，且在第3 、6 、7 、9 、 1 0 条染色体上已经分别找到了距离为o 6 c m 的分子标记，见表3 。如果把法国农业研究所的 研究结果汇编进来，番茄1 2 条染色体上的分子标记数目估计在1 5 0 0 个“。 裹3 番茄12 条染色体的分子标记密度 t a b l e3t h ed e n s i t yo fm a r k e r si nt h e1 2c h r c c n o s o m e so ft o m a t o 到目前，包括番茄、甘蓝、白菜、黄瓜、甜( 辣) 椒、菜豆等在内的几乎所有主要蔬菜作 物都已构建了分子标记连锁图。其中一些重要的作物，如番茄、甘蓝和白菜等作物，甚至有多 达十几个包含大量各种不同标记类型的高密度连锁图”“。这些分子图谱的构建为蔬菜作物的 8 基因组比较研究、质量性状基因和数量性状基因的精细定位、依图谱克隆基因、分予标记辅助 育种等奠定了坚实的基础。 1 5o t l 分析的目的及q t l 分析的方法 1 ，5 1o t l 分析的目的 作物育种改良的实质就是对高产、抗病、抗逆、商品质等优良基因进行选择并将其聚 合到同一材料的过程。因此，如何发掘和利用种质资源中的优良基因，并提高目的基因的选 择效率，是加快育种进程的关键。7 ”1 。从孟德尔发现分离规律和独立分配规律至今，由于单 基冈控制性状的表现型和基冈型之间有明确的对应关系，因此作物种质资源中的质量基因在 遗传改良中得到了充分的应用，特别是在抗病性方面，由于未驯化和野生种质中抗病基因的 有效利用，结果玉米、小麦、水稻、大豆、棉花、番茄等作物的抗病性得到的提高，抗病育 种区段了较大的进展”“”】。 而作物的产量、品质、抗寒性、抗旱性、耐盐性等重要性状均为数量性状，表现型与基 因型之间的关系不明确，易受外界条件的干扰，依据表现型进行选择常常不能真实地反映基 因型，加上连锁累赘的影响。致使未驯化和野生种质资源中的优异的q t l 一直得不到有效利 用嘎”】。长期以来育种者采用产量、品质和适应性较好的优良材料进行反复杂交来改良这些 性状，最终导致作物育种狭窄的遗传背景。 基因研究的目的在于探知其结构、功能、时空表达及其相关作用机制，以便最终自由操 作基因。目前尽管克隆了大量质量基因和少量的数量性状q t l ，由于科学发展水平和人类认 识的局限性。仅有少量质量基因和极少量数量基因的功能得以阐明“37 ”1 。 因此r 一泛应用种质资源中的有益q t l ，提高对q t l 操纵能力和选择效率，是加速作物 产量、品质、抗病性、抗逆性等育种改良的关键。利用分子标记进行q t l 定位，一方面是为了 弄清楚控制该性状的遗传基础，包括基因的数目、基因的作用方式和效应等；另方面则根据 分子标记与q t l 的连锁关系，进行依据图谱的基因克隆；此外还有一重要的作用就是利用分子 标记进行分子标记辅助育种( m a s ) ，广泛地发掘和鉴定种质资褪蒙中有益的基因，将在分析群 体中定位的q t l 借助分子标记转入到另一个品系或品种中。从而对某些性状进行改良，大大提 高育种的速度”“3 。 1 5 2o t l 的分析方法 q t l 的分析方法有很多，代表方法有“4 ” 7 “：均值一方差分析法、矩法、最大似然法、 区问作图法、复合区间作图法、混合线性模型法等，这些方法各有优缺点，各自采用不同的 数学模