辣椒种质资源遗传多样性分析及核心种质构建研究进展.pdf

青海农林科技专 题 综 述 年第 期收稿日期:基金项目:青海省科技厅基础研究计划青年项目()作者简介:董文堂()男硕士研究生主要从事辣椒遗传特性研究:.通讯作者:邵登魁男博士研究生副研究员主要研究方向蔬菜种质资源创新利用与遗传特性研究 :.邓昌蓉女博士研究生助理研究员主要研究方向蔬菜种质资源创新利用与遗传特性研究 :.辣椒种质资源遗传多样性分析及核心种质构建研究进展董文堂邓昌蓉侯全刚李 江邵登魁(青海省农林科学院青海 西宁 青海大学青海 西宁 青海省蔬菜遗传与生理重点实验室青海 西宁 青藏高原种质资源研究与利用实验室青海 西宁)摘 要:辣椒种质资源是改良辣椒品种的物质条件构建核心种质能够以最小数量最大限度保存种质资源遗传多样性为挖掘辣椒优异基因奠定材料基础对提高杂交种亲本的选配效率进而缩短育种进程具有重要意义 本文从辣椒种质资源收集、评价和遗传多样性分析等方面展开概述总结了辣椒核心种质构建的研究进展并提出辣椒核心种质构建存在的问题及展望为辣椒种质资源的深入研究与高效利用提供理论依据及技术参考关键词:辣椒种质资源遗传多样性核心种质中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.):.:前言辣椒()茄科辣椒属的一年生或多年生作物也称番椒 原产于美洲的一种植物是哥伦布发现了新世界后并将其带到欧洲明代后期被引入中国 辣椒约有 个种其中有栽培种 个和 多种野生种在植物学上分为毛辣椒、长柄辣椒、木本辣椒、一年生辣椒、其中一年生辣椒可分为长椒灯笼椒圆锥椒、樱桃椒、簇生椒 辣椒种质资源的采集能为辣椒品种选育提供大量的研究素材而核心种质的构建则能最大限度地保护辣椒品种的遗传多样性为后续遗传育种工作打下坚实的基础因此进行辣椒核心种质的构建和鉴定并对其遗传多样性进行分析对于提高辣椒种质资源的利用率和深入研究都有着十分重要的意义 辣椒种质资源收集与评价对辣椒进行保护和利用首先要进行种质资源的采集和整理 通过调查、采集和引种等方式收集了植物种质资源 亚洲菜农研究与开发中心建立的辣椒种质资源库目前已有 份国内外大量研究表明辣椒种质资源的评价主要集中在产量、抗病性及品质等方面在此方面有较多的研究 王安乐等以湖南本地 个辣椒品种为材料分析产量与主要农艺性状的相关系数及通径系数结果表明鲜果产量与果宽、单果鲜重和单株挂果数呈显著正相关 孙平平等用 份辣椒种质资源进行辣椒疫霉菌抗病性评价不同辣椒种质资源的抗疫霉病能力差异显著供试辣椒种质资源中共有 份辣椒疫霉病的高抗品种 辣椒遗传多样性研究 遗传多样性的概念及意义遗传多样性是生物在演化过程中不断变化和积累的结果 利用遗传多样性可以很好地刻画群体间的遗传差异并对这种差异的维持机制进行了探讨 遗传多样性在广义上指的是生物多样性的基本组成部分它是遗传信息的总和包含在动植物和微生物个体的基因中对物种的进化和变异起到了决定性作用 狭义上多样性仅包括生物种内不同种群之间和同一种群内的遗传变异 一般所说的遗传多样性是一个狭义的多样性 在长期的自然选择作用下植物产生了大量的遗传多样性 遗传多样性对生物的生存与演化起着至关重要的作用 遗传多样性的研究方法伴随着各种生物技术的持续开发遗传多样性可以在多层次上表现出来研究生物遗传多样性的方法也不再局限于一种从 的差异染色体形态结构的不同到生长代谢路径的多样再到外表形态的变化等 目前对植物遗传多样性的研究主要有形态学、细胞学、生物化学和分子等 当前的研究已经从形态标记和生理生化标记发展到细胞、分子标记 形态标记通过植物的形态特征和表型特征对植物的遗传变异进行研究仍然是当前研究的主要手段之一 形态学标记包括质量性状与数量性状蒋向辉等人利用形态学标记对 个观赏性辣椒种质资源的遗传多样性进行了分析发现观赏性辣椒的植株高度、株型、叶色、果长、果形指数、果实着生方式等形态特征都很适宜于观赏性辣椒的植物学性状的观测和记载 虽然形态学标记因受到环境因素的影响但却可以在某种程度上反应材料的变异情况从而更直观地了解物种的适应性机理 细胞学标记细胞标记技术是指在显微镜下对染色体的数量和结构进行观察从而了解其遗传多样性的一种方法 蔡华等人利用对两种辣椒的根尖细胞染色体的观测对两种辣椒进行了核型分析发现两种辣椒的核型均为 这说明两种辣椒在染色体层面上存在着很接近的关系 细胞学标记所能标记的数量很少而且在同一条染色体上很难通过细胞学标记进行鉴别 生化标记生化标记主要是指利用同工酶、储藏蛋白等生化物质通过凝胶电泳技术对同一物种的不同个体或不同物种之间进行分析鉴定的一种方法 隋益虎等通过对叶片进行生化指标分析对 余份资源材料进行多样性研究结果指出表明这 份辣椒种质遗传分化程度很大这为紫色的辣椒杂交种的选育提供了参考依据 生化标记操作技术简单、快速符合孟德尔遗传规律得到广泛应用 分子标记在 分子水平上遗传信息的表达是通过碱基序列进行的 分子标记不受环境、个体发育等的影响具有数量多、多态性高等特点已成为目前应用最广泛的遗传标记 技术的成熟与应用使分子标记具备了显著的成果发明许多分子标记手段()是一种基于 技术的多态性分析方法是基于 扩增产物的多态性 在一般情况下采用 技术进行分析不需要使用大量的 此外它操作简单成本较低而且不依赖于种属特异性和基因组结构 但是()是一个显性的标记它无法区分杂合子与纯合子测定结果受 试样纯度及反应条件的影响可重复使用性差并且有共同的迁移问题李晴等人使用了 个()随机引物对 份辣椒资源进行了 扩增对 份辣椒资源进行了聚类分析将其划分成了 个类群结果显示每一类群的种质之间的亲缘关系都比较近而遗传关系与地域距离之间的关系并不显著 ()是一种将 与 相结合的新方法 前人应用 和 分子标记对采集自河南湖南四川和天津的 个自交种质资源进行了分子系统学研究发现 分子标记聚类图谱能较好地反映 个自交种质资源之间的系统学关系 因其多态性好、敏感性高、共显性表达、不存在复等位效应等优势被广泛用于植物的遗传多样性分析 ()方法对 的质量要求较低使用量较小即使样本有局部降解也可以进行分析 冯鹏龙等采用 标记对青海 个主要栽培辣椒品种的遗传多样性进行了研究并建立了分子指纹图谱其中 对 标记中有 对序列比较稳定、多态性好的引物将 对序列扩增至 个位点 单核苷 酸 多 态 性()是指不同生物个体在基因组 序列中单个核苷酸的差异 基于转录组挖掘 分子标记其公共数据库 序列丰富且这些潜在的 变异位于功能基因上可能直接与植物表型相关 李志远等利用 标记分析 个甘蓝品种筛选出 个在染色体上均匀分布、多态性较好的 位点作为构建 指纹图谱的核心标记获得甘蓝品种 指纹图谱 目前在玉米、大豆、水稻等作物中以转录组学为基础结合其他 序列开发 分子标记在分子水平上进行遗传图谱的构建与遗传多样性分析 辣椒核心种质的研究 核心种质的概念核心种质()是()首先提出即采用科学的方法从整个种质资源库中筛选出最小的数量的遗传资源样本能够最大限度的代表原始群体的遗传多样性称其为核心种质以便于保存进一步的评价和利用剩余的种质称为保留种质()随着研究不断的深入核心种质的概念也进一步发展出现了合成核心种质、分级核心种质和微核心种质等概念 蔬菜作物核心种质的研究进展我国蔬菜作物核心种质构建研究已取得一定成果但相对于大田等作物发展总体滞后我国蔬菜种质资源中期库保存的蔬菜达 种(含变种)目前国内外已构建核心种质(包括初级核心种质)的蔬菜种类还不超过 种且大多基于单一的表型或分子数据 李国强等以 份大白菜为试材基于表型数据建立了 份的核心种质 刘子记等基于 个性状的基因型值对 份苦瓜种质比较 种聚类方法和 种抽样方法构建了 份苦瓜核心种质 核心种质的构建 基于表型构建核心种质雷刚等以收集保存的 份辣椒种质为材料基于 个性状的表型数据比较 种组内取样比例法、种总体取样规模和 种取样方法在构建辣椒核心种质中的作用和效果最终在表型水平建立了包含 份种质的辣椒核心种质徐盛春等以 个已收集到的蔬菜用豌豆为材料开展了核心种质的构建策略研究并对各种优质材料进行了表型特征分析收集到的材料遗传多样性较高最终得到采用 法构建菜用豌豆核心种质的最佳遗传距离为欧式距离最佳取样比例为 基于基因型构建核心种质卢玲梅等以 份表型性状鉴定为籼稻的核心种质为试验材料利用能鉴定籼粳稻的 个 分子标记进行籼粳鉴定并与利用表型鉴定籼粳稻方法进行比较所鉴定品种基本为籼稻品种鉴定结果和表型性状鉴定结果基本吻合熊彪等利用 引物以 份野生山胡椒种质为材料进行 基因分型分析并绘制出原始种质的亲缘关系图 其最终筛选出的 份核心种质材料在一定程度上代表中国整个野生山胡椒种质资源的遗传多样性 核心种质代表性评价与利用构建的核心种质能否以最小的资源数量和遗传重复最大程度地代表整个遗传资源的多样性检验核心种质的有效性主要是从表型和分子水平两方面来进行评价其中以表型代表性为主作物表型性状主要由数量性状位点控制对于表型的评价主要依据表型变异保留比例、方差、多样性指数、变异系数、极差等参数 在多个评价标准方法中可以参考 等的评价标准随着分子技术的快速发展从 水平对核心群体进行评价不仅稳定而且受环境影响较小对分子水平评价而言主要依据等位基因的保留数量、材料间遗传距离、遗传多样性指数等参数利用分子标记对核心种质进行评价具有以下几个明显的优点:可短时间内获得材料间数量庞大的遗传差异受环境等因素影响小遗传稳定 核心种质为种质资源的评价与利用提供了捷径而且利用核心种质开展深入研究已取得众多成果 核心种质构建方法数据收集:构建核心种质应包括基本数据特征数据及评价鉴定数据 各类数据在构建核心种质时特征数据和鉴定评价数据没有明显的用途归类且各类型数据综合利用可以相互补充使构建的核心种质更具代表性数据分组:数据的分组有随机取样分组和分层取样分组前者由于获得的材料代表性较差目前多采用后者 通过对原始材料的合理组合可以有效地提高采样效率并提高所建核心种质的代表性取样方法:即核心种质的构建过程中使用特定的方法从原始群体中进行筛选和提取是核心种质构建的一个重要步骤其有随机取样和系统取样两种方法取样规模:在总体抽样比率的选择上不能一成不变地套用已有的固定模型应该根据所调查的农作物的遗传结构和遗传多样性来选择检验核心种质:对核心种质的检验指的是利用一些指标对所筛选的核心样品的代表性、所用构建方法的合理性以及在生产中的实用性展开评估验证的过程具体包含了两个方面一个是遗传多样性的符合性检验另一个是实用性检验 李自超等在水稻上的研究发现表型保持率、表型方差、表型频率方差、遗传多样性指数、变异系数等都是比较好的评价指标可以用来评价水稻核心种质 遗传多样性的符合性检验依据不同类型数据分别计算原始群体和筛选出的核心材料的各个指标来判断其代表性 存在问题及展望近年来以分子标记为主要手段的辣椒核心种质的构建已取得了较大进展但仍有许多问题亟待解决()我国已建立的辣椒核心种质资源不多品质还需提高国内所用的种质资源大部分为地方品种或课题组自育的材料来源比较单一缺少其它品种或野生品种 另外当前所使用的多是第二代 标记与第三代 标记比较不能很好地进行遗传信息的识别()培育的核心种质资源利用效率不高 利用基因组重测序技术来发掘核心种质中的遗传信息可以说是最为有效和精确的方法 但是由于辣椒的基因组比较庞大因此进行重测序所需要的代价也比较大 多数已构建的核心种质很难利用该技术进行进一步研究 多数研究者构建的辣椒核心种质未能充分利用针对以上问题笔者认为可以从以下几个方面进行提高和改进:()引进和收集国内外辣椒材料扩大种质资源库()构建高质量核心种质库加强对此的研究减少资源的流失()加强国内外技术的交流借鉴国外技术与经验努力完善相关技术 减少物力人力财力的浪费构建辣椒核心种质可便于进一步收集保存并分析辣椒的遗传多样性以提高杂交种亲本的选配效率缩短育种进程并为挖掘辣椒优质基因奠定材料基础参考文献:周焘.辣椒品种资源评价和影响辣椒素含量因素的初探.长沙:湖南农业大学.罗玉娣.用 标记分析辣椒属种质资源的遗传多样性.海口:华南热带农业大学.雷进生.观赏辣椒种质资源遗传多样性研究.武汉:华中农业大学.雷刚.辣椒种质资源遗传多样性分析及初级核心种质构建.南昌:江西农业大学.王安乐邓稳桥吉甫成 湖南主要辣椒品种产量与主要农艺性状的相关性及通径分析.湖南农业科学():.孙平平李正男刘欣等.辣椒种质资源对疫霉病的抗病性评价及杀菌剂敏感性分析.北方农业学报():.董瑞.箭筈豌豆遗传多样性及裂荚生物学特性研究.兰州:兰州大学.马克平.论生物多样性的概念.生物多样性():.蒋向辉佘朝文谷合勇等.湖南 个地方观赏辣椒品种形态标记与 标记的比较研究.江苏农业科学():.蔡华何佩山.两种不同基因型辣椒的核型比较.江苏农业学报():.隋益虎李敏胡能兵等.份辣椒种质遗传多样性的同工酶分析.西北植物学报():.顾晓振.我国辣椒种质资源遗传(下转第 页)():.杨希娟党斌徐菲等.不同粒色青稞酚类化合物含量与抗氧化活性的差异及评价.中国粮油学报():.杨希娟党斌樊明涛.溶剂提取对青稞中不同形态多酚组成及抗氧化活性的影响.食品科学():.:.():.:.:.():.(上接第 页)多样性分析及核心种质构建的研究.北京:中国农业科学院.黎裕贾继增王天宇 分子标记的种类及其发展.生物技术通报():.李晴张学时张广臣等.辣椒种质遗传多样性的 分析.北方园艺():.贺洁.标记和 标记在朝天椒遗传多样性上的应用及比较.郑州:河南大学.翁跃进 一种 分子标记新技术.遗传():.冯鹏龙韩睿王亚艺等.基于 标记辣椒品种 指纹图谱的构建.西北农业学报():.():.李志远于海龙方智远等.甘蓝 标记开发及主要品种的 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