(河北科技大学生物科学与工程学院,石家庄 050018)
番茄(Lycopersicon esculetum Mill)是世界上最重要的蔬菜作物之一,它品种多、用途广、营养丰富,在我国南北各地广泛种植。番茄的病害种类繁多,世界上发生较严重的病害就有40多种。近年来,随着栽培面积的不断增加和栽培形式的多样化,我国的番茄病害也.日益严重,给番茄生产造成了严重损失。因此,培育抗病新品种已成为摆在我们面前的重大课题。随着分子标记技术的不断发展,分子标记辅助选择已成为番茄抗病育种的有效工具。抗病基因分子标记的开发及其在辅助选择中的应用,可以大大提高选择的准确性和效率,缩短育种年限,加快育种进程。
1 番茄主要病害的发生危害
我国番茄病害主要包括病毒、真菌、细菌和线虫病害等,其中最常见的有番茄花叶病毒病、番茄黄化曲叶病毒病、叶霉病、枯萎病、晚疫病、黄萎病、青枯病、细菌性斑点病和根结线虫病等10余种。
1.1 病毒病害
1.1.1 番茄花叶病毒病
病原为烟草花叶病毒属的番茄花叶病毒(Tomato mosaic virus,ToMV)。植株染病后,幼嫩叶片侧脉及支脉组织呈半透明状,叶脉两侧叶肉组织渐呈淡绿色。病毒在叶片组织内大量增殖,使部分叶肉细胞增大或增多,出现叶片薄厚不匀,颜色黄绿相间,呈花叶状。后期花叶斑驳程度加大,发病严重时叶片皱缩、扭曲,植株矮化,生长缓慢,不能正常开花结实。该病害在我国南北各地均有发生,我国开展这方面的抗病育种工作较早,目前生产上推广应用的品种多数抗番茄花叶病毒。
1.1.2 番茄黄化曲叶病毒病
病原为番茄黄化曲叶病毒(Tomato vellow leaf curd virus,TYLCV)。该病毒是一种单链环状DNA病毒,属于双生病毒砸组Ⅲ。番茄黄化曲叶病的初期症状主要表现为生长迟缓,节间缩短,植株矮化,上部叶片变小、变厚,向上卷曲、变形、叶片边缘至叶脉区域黄化。发病后期表现为坐果困难,果实僵化不膨大,或膨大速度极慢,果实变小,成熟期果实不能正常转色、失去商品价值,导致减产或绝收。该病害是一种全球性的毁灭性病害,主要由烟粉虱传播,属于持久性传毒类型。自2005年在广西省大面积发生以来,现已在我国的浙江、上海、云南、江苏、河南、广东、山东、河北、北京等省市大面积暴发,已成为制约我国番茄生产的重要限制因子,也是番茄抗病育种的首要目标。
1.2 真菌病害
1.2.1 叶霉病
病原为半知菌亚门褐孢霉属的褐孢霉(Fulvia fulva(Cooke)Cif)。植株的叶、茎、花和果实都可能受害,而以叶片发病最为常见。被害叶片,最初在叶背面出现不规则的淡绿色或浅黄色褪绿斑,后期在病斑上长出灰色至黑褐色的霉层。叶片正面病斑呈淡黄色,边缘不明显。一般病株下部叶片先发病,逐渐向上蔓延,发病严重时引起全株叶片卷曲、全株枯死。番茄叶霉病菌主要是以菌丝体在病残体上越冬,成为第二年的初侵染主要来源。该病害在我国北方保护地发生严重,迄今已知的病菌生理小种至少有13个,原有的抗病品种在一些地区已被克服,防止难度逐年加大。
1.2.2 枯萎病
又称萎蔫病,病原为半知菌亚门镰孢属的尖镰孢菌的番茄专化型(Fusarium oxysporum(Schl.)f.sp.lycopersici(Sacc.)Snyder et Hansen)。一般在番茄开花结果期发病,受害部位主要是根和茎。发病初期下部叶片变黄,后期萎蔫枯死。有时仅出现植株的一边萎蔫,而另一边仍正常生长。病情由下向上发展,后期除顶端一些叶片外,整株叶片枯死。剖开病茎,维管束变褐色。病菌在土壤中越冬,笠年随雨水、灌溉水及土壤传播。土温28℃适合繁殖,土壤潮湿,连作、耕作时伤根,生长势弱,施氮肥均易发病。番茄枯萎病菌的专化性极强,只危害番茄。目前发现的番茄枯萎病的生理小种有3个:即,生理小种l、2和3。该病害在北方保护地普遍发生,严重时造成绝收,是北方保护地番茄抗病育种的重要目标。
1.2.3 晚疫病
由鞭毛菌亚门疫霉科霜霉属的疫霉菌(Phyto phthora infestans (Mont.)De Bary)引起的真菌性病害。主要危害叶片、果实。叶片受害,多从植株下部叶片的叶缘开始发病,产生不规则暗绿色水浸状病斑,后变为褐色,潮湿时叶背病斑处生白霉。青果受害,近果柄处长出灰绿色水浸状斑块,后变深褐色,边缘云纹状,潮湿时长出白霉,迅速腐烂。病菌主要以菌丝体在温室种植的番茄上越冬,或产生厚垣孢子随病残体在土壤中越冬。近年来病原菌新种群不断出现,使得疫霉菌群体的有性重组机会增加,生理小种变异加快,加重了病害的发生。该病害在露地和保护地均有发生,以南方露地番茄发生严重,生产上推广应用的抗病品种很少。
1.2.4 黄萎病
病原为半知菌亚门轮枝孢属的大丽轮枝菌(Verticillium dahliae Kleb.)。该病在番茄的整个生育期都可能发生,但是多发生在番茄的生长发育后期。整个植株的叶片由下向上逐渐变黄,首先是叶边缘变色,变色沿着叶脉扩大,轮廓清晰,成为“V”字型黄斑,发病严重的植株结果小或不能结果。发病植株茎部维管束变褐,没有乳白色的粘液流出,表现为慢性的向上枯死,有别于枯萎病和青枯病。病菌以休眠菌丝、厚垣孢子和菌核等形式随病残体在土壤中越冬,成为翌年的初侵染源。该病害近年来在部分地区有加重趋势,国内育成的品种多数不抗此病害。
1.3 细菌病害
1.3.1 青枯病
又称细菌性枯萎病,是由假单胞杆菌属青枯雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)引起的一种毁灭性土传病害。多在结果初期发生,植株染病后先是顶端叶片萎蔫下垂,后下部叶片凋萎。发病初期白天萎蔫,夜晚恢复,数天后不再恢复,植株凋萎枯死。病叶变成浅绿,病茎表皮粗糙,剖开茎部,维管束变褐色,用手挤压维管束溢出白色菌液。发病后病情扩展迅速,植株7~8d即可萎蔫枯死。番茄青枯病危害大、损失重,是我国南方地区番茄生产中最重要的病害之一。
1.3.2 细菌性斑点病
病原为丁香假单胞菌番茄致病变种(Reudomonas syringae pv.tomato(Okabe)Young,Dye&Wilkie),存在两个生理小种,即:小种0和小种1。该病主要为害番茄叶、茎、花、叶柄和果实。染病植株叶片产生深褐色至黑色不规则斑点,直径2~4mm。叶柄和茎部症状与叶片症状相似。为害花蕾时,在萼片上形成许多黑点,连片时,使萼片干枯,不能正常开花。果实幼嫩时小斑点稍隆起,果实近成熟时病斑周围往往仍保持较长时间的绿色,病斑附近果肉略凹陷,病斑周围黑色,中间色浅并有轻微凹陷。病菌可在番茄植株、种子、病残体、土壤和杂草上越冬。在干燥的种子上可存活20年,可随种子远距离传播,是近年来保护地番茄常见的一种病害。
1.4 根结线虫病
病原为南方根结线虫(Meloidogyne incognita)。线虫侵染番茄根部后,侧根及须根形成绿豆或小米大小的串珠状瘤状物(根结)。根结初期黄白色,圆形,微透明,后期变褐色,严重时多个根结连在一起形成大小不一的肿瘤,形似鸡爪状,晚期粗糙易腐烂。地上部症状初期不明显,严重时表现生长迟缓,茎空心,下部叶片枯黄。中午气温高时,植株萎蔫,早晚可恢复。根结线虫适应性强、寄主范围广,是一种极其难防治的土传病害。该病害在露地番茄和保护地番茄均有发生,在近年来北方保护地番茄有逐年加重的趋势,已成为重要的育种目标之一。
2 番茄抗病育种中常用的分子标记
在番茄抗病育种中使用的分子标记主要有限制性片段长度多态性标记,随机扩增多态性DNA标记,简单序列重复标记,扩增片段长度多态性标记,序列特异性扩增区标记,酶切扩增多态性序列标记,单核苷酸多态性标记和基于表达序列标签的SSR标记等。
2.1 第一代分子标记
限制性片段长度多态性(Restriction fragment length polymorphism,RFLP)标记是基于Southern杂交的第一代分子标记,1974年由Crodzicker等创立,它是利用限制性内切酶酶切不同生物体的DNA分子后,再用特异探针进行Southern杂交,通过放射自显影来揭示DNA的多态性,主要用于遗传连锁图绘制和目的基因的标记。
2.2 第二代分子标记
基于PCR技术的随机扩增多态性DNA(Random amplified polymorphism DNA,RAPD)标记,是利用随机引物通过PCR反应非定点扩增DNA片段,然后用凝胶电泳分析扩增产物DNA片段的多态性。与RFLP相比,RAPD技术操作简单,检测速度快,但大多是显性标记,不能鉴别杂合子和纯合子,重复性较差,在实际育种中难以直接利用。
序列特异性扩增区标记(Sequence-characteriz—ed amplified region,SCAR),是1993年由Puran和Michelmore在RAPD基础上提出的。它是先对特异的RAPD片段进行测序,根据两端序列设计一对18~24bp的引物,以基因组DNA为模板进行PCR扩增,得到与原来RAPD片段相同的特异条带,即RAPD标记转化为SCAR标记。SCAR标记克服了RAPD标记重复性差的缺点。
酶切扩增多态性序列标记(Cleaved amplified polymorphism sequences,CAPS),又称PCR-RFLP,是PCR技术与RFLP技术结合的一种分子标记。它是利用己知位点的DNA序列设计特异引物,然后用这些引物扩增该位点上的某一DNA片段,接着用专一性的限制性内切酶切割所得扩增产物,凝胶电泳分离酶切片段,揭示的是特异PCR片段的限制性长度变异的信息。这两种标记一般均为共显性标记,能够区分杂合子和纯合子,操作方便快捷、结果稳定可靠、准确性高,是番茄抗病育种中常用的分子标记。
简单序列重复标记(Simple squence repeat poly—morphisms,SSR),又称微卫星DNA。是根据重复序列两端的序列设计与核心序列互补的一对特异引物,通过PCR扩增其间的核心微卫星DNA序列,利用电泳分析不同基因型个体在每个SSR位点上的多态性。只要引物确定,使用极为简单,结果很、稳定。
扩增片段氏度多态性标记(Anaplificd fragment length polymorphism,AFLP),1993年由Zabeau和Vos发明的检测DNA多态性的方法。其原理是把限制性酶切片段通过PCR反应进行扩增,再把扩增好的酶切片段通过聚丙烯酰胺凝胶等高分辨率的分析胶电泳,最后检出片段的多态性。AFLP技术结合了RFLP技术的可靠性和PCR技术的高效性,可以在不需要预先知道DNA样品序列信息的条件下同时进行多个DNA酶切片段的PCR扩增。AFLP标记表现典型的孟德尔遗传方式,在目标基因定位、高密度遗传连锁图的绘制以及种质资源的遗传多样性研究方面,表现独特的优势。
2.3 第三代分子标记
单核苷酸多态性标记(Single nucleotide polymorphism,SNP),是指在基因组水平上单个核苷酸变异引起的DNA序列的多态性,它是一种双等位基因标记,检测的是单核苛酸的差异。i994年SNP第一次出现在人类分子遗传杂志上,随后在1996年,Lander正式提出SNP为新一代分子标记。目前,可采用几种不同的路线来发现SNPs,包括直接对PCR产物进行测序、用鸟枪法从基因组文库以及EST文库筛选序列等。在基因组中,SNP分布广泛,它的开发和应用,为DNA芯片技术应用于遗传作图提供了基础。但是SNP建立在大量测序或基因芯片的基础上,研究成本高,技术要求高。作为一种新一代的分子标记,SNP已经引起越来越多的人类遗传学家的重视,主要用于精细遗传作图、基因克隆和遗传疾病的分析,在植物上的开发利用也受到广泛重视。
EST-SSR标记是基于表达序列标签(Expressed sequence
tags,EST)的SSR分子标记。快速增长的EST数据为SSR标记的开发提供了丰富的序列资源。与传统SSR标记相比,EST-SSR标记不仅具有传统SSR标记多态性高、共显性、重复性好等特点,更重要的是它开发成本较低,节省大量人力物力,而且由于EST-SSR来源于基因组表达区域,可直接反映相关基因的多样性,在不同物种间有良好的通用性。目前,EST-SSR标记已成为重要农艺性状定位、基因作图、遗传多样性、比较基因组学研究的新型重要工具。
3 番茄主要病害抗病基因分子标记的研究进展
自1974年Rick等对番茄进行分子标记的遗传研究以来,DNA分子标记技术在番茄上的应用获得了巨大进展。在番茄上已有超过285个形态学的、生理学的和抗病性的标记及超过1000个限制性内切酶片段长度多态性标记,这些信息已经被用于分子标记辅助选择育种和目标基因的克隆研究中。
3.1 番茄花叶病毒病抗病基因分子标记
目前已知3个显性抗病基因Tm-1、Tm-2和Tm-22(或Tm-2a),并找到与这些抗病基因紧密连锁的分子标记。1989年Young和Tanksky用RFLP标记分析随Tm-2或Tm-2 a 进入L. esculentum的染色体片段,他们选择Tm-2座位两侧的RFLP标记,分别检测12个不同来源的Tm-2和Tm-2 a品系,发现渗入片段图距可达51 cM,最短的却只有4 cM左右。1992年发表的高密度图,Tm-2位置上的RFLP标记已达14个之多。1994年,Dax等找到了与Tm-2 a紧密连锁的RAPD标记LA1791。1995年,Ohmori等找到了与Tm-2基因紧密连锁的RAPD标记,并把其中的OPBl21200,OPIl8900,OPEl6900和OPG09700四个RAPD标记成功地转化为SCAR标记。1996年,Motoyoshi等利用近等基因系,利用220个随机引物,筛选得到13个RAPD标记,位于Tm-2及其紧密连锁的nv座位两侧的27 cm的范围内,其中标记OPEl6900和OPN311000与Tm-2连锁最紧密。1996年,Ohmori等又找到了与Tm-1基因紧密连锁的6个RAPD标记,并转化为与Tm-1基因共分离的SCAR标记。同年,Pillen等报道了Tm-2 a区域高分辨遗传图的构建工作,在Tm-2 a 周围约43 cM的范围内定位了13个RFLP和RAPD标记。2000年,田苗英等利用RAPD技术和BSA法,找到了一个与Tm-2nv基因连锁的分子标记OPD201700。2001年,高蓝建立了与Tm-2nv位点紧密连锁的RAPD标记S178570和S1388952。
3.2 番茄黄化曲叶病毒病抗病基因的分子标记
已知的番茄黄化曲叶病毒病的抗病基因有5个,即:Ty-1、Ty-2、Ty-3、Ty-4和Ty-5,这些不同的抗病基因分别来自不同的野生种抗源材料,经过多年的努力已将这些抗病基因成功转育到普通番茄上,并找到了与之连锁的分子标记。最早找到的抗性位点来源于智利番茄,1994年,Zamir等利用普通番茄(M82-12-8)×智利番茄(LAl969)的BC-S1和BC-S2群体以及RFLP标记,将抗病的主效基因Ty-1定位在第6号染色体上。经验证鉴定,该位点的分子标记SSR-47、TG97可作为番茄Ty-1等位基因鉴定的标记。2007年,Pérez等发现了另外一个可用于定位Ty-l基因的CAPS标记REX-1,该标记同时与根结线虫病的抗性基因Mi相连锁。Ji和Scott利用易感品种“Horizon”和抗病材料L. chilense杂交后的F3分离群体进行RAPD分析,找到了与抗TYLCV基因Ty-1紧密连锁的2个RAPD标记UBC697和UBC264,并将其转化为SCAR标记。危地马拉圣卡罗斯大学报道了4种检测Ty-1的标记:CAPS标记TG97;共显性SCAR标记P6-6;Mi23 CAPS标记和CAPS标记CT21。
Ty-2基因源于野生多毛番茄,被定位在第11号染色体长臂上,TG36(84 cM)和TG393(103 cM)标记之间。RFLP标记TG105A与Ty-2紧密连锁。
2007年,Garcia等将与Ty-2紧密连锁的RFLP标记TO302转化为SCAR标记。同年,Ji等在智利番茄LA2779中定位了另一个抗TYLCV的主效基因Ty-3,定位于第6号染色体标记CLEG-3l-P16和T1079之间,距离Ty-1位点仅20 cM。抗病基因Ty-3的SCAR/CAPS标记有T1079、TG590、cLET-1-I13、P169C:、C2_At3g11210、C2_ At5g05690、T0507、C2_At5g41480、TC118和C2_At4g27700等。Maxwell等发现来自于LA2779和LA1932的G8基因序列不同,把来自LAl932的基因命名为Ty-3a。SCAR标记FLUW25能鉴定ty-3和Ty-3,但是不能鉴定等位基因Ty-3a;共显性的SCAR标记P6-25(25cM)鉴定等位基因ty-3、Ty-3、Ty-3a和Ty-3b;CAPS标记FER-G8(25cM)能鉴定等位基因Ty-3和Ty-3a。
2009年,Ji等以智利番茄LAl932为材料,发现了抗病基因Ty-4,并将其定位于3号染色体上,位于标记C2_At4g17300(81.0cM)和C2_At5g60160(83.3cM)之间。分离群体实验进一步证明Ty-4为一个微效基因,目前已经获得与Ty-4紧密连锁的SCAR标记,并应用于辅助选择育种中。2009年,Anbinder等利用秘鲁番茄TYl72为抗源材料,又发现了另一个主效抗病基因Ty-5,并定位于4号染色体上,同时发现4个相关的微效(修饰)基因,分别位于1、7、9和11号染色体上。分子标记SINACl与Ty-5抗病基因紧密连锁。
3.3 番茄叶霉病抗病基因的分子标记
叶霉病抗性受显性单基因控制,大多表现为质量性状遗传。1980年,Knwar等把24个抗叶霉病基因定位于番茄不同的染色体上,其中,Cf-1、Cf-4、CF-9被定位在1号染色体上,Cf-2、Cf-5被定位在6号染色体上。Cf-ECP系列基因也相继被定位于l号染色体上。1994年,Jones等用BSA法在L.esculentum×L.
pennellii的F2世代中筛选了近42000个AFLP座位,获得了Cf-9的3个AFLP标记M1,M2和M3。2005年,于拴仓等根据Cf-5的序列设计特异引物,以7个含有不同抗病基因的品种为试材,建立了Cf-5的共显性CAPS标记。2006年,陈丽静等根据Cf-9的序列设计3对特异引物进行扩增,并用限制性内切酶酶切,发现内切酶TaqI酶切片段具有多态性,并能够区分抗病品种和感病品种,初步建成Cf-9的CAPS标记,随后,经近等基因系及其杂交种检验,结果稳定可靠,可用于Cf-9抗病基因的辅助选择。2007年,许向阳等筛选到6个与抗病基因Cf-19连锁的标记,其中5个AFLP标记E3SM61-2、E66M84-4、E66M44-l、E77M50-1和E77M50-2和1个SSR标记SSR318;还筛选到5个与抗病基因Cf-1l连锁的标记,其中4个AFLP标记E54M37-G、E62MI-A、E85M79-D和E62M59-G,1个SSR标记SSR46。2008年,孟凡娟等采用BSA法筛选到与抗病基因Cf-6紧密连锁的RAPD标记,并将该标记转换为SCAR标记。
3.4 番茄枯萎病抗病基因的分子标记
已知抗枯萎病的基因有3个(I-1、I-2和I-3),其中I-1和I-3被定位在7号染色体上,I-2基因来源于醋栗番茄,被定位在11号染色体上。20世纪90年代,国外相继报道了I-1和I-2基因的RFLP标记。1989年,Sarfatti等对抗枯萎病生理小种2的基因I-2进行了分析,认为RFLP标记TGl05与该基因紧密连锁。1992年,SegaI等利用RFLP标记TG26和TG36两个标记把I-2定位在4.1cM的范围内。2002年,Kang等得到了与抗病基因I-1紧密连锁的两个RAPD标记,分别为OPAl8834(1.2cM)和OPJ071137(3.0 cm)。在番茄抗病育种中,由于I-2基因同时抗生理小种l和2,因而受到重视。2007年,于拴仓等根据I-2的基因序列设计特异引物,以不同抗病基因型的番茄为材料,建立了I-2基因的显性标记。随后,在2008年建立了可区分纯合抗病材料和杂合抗病材料的共显性标记,并通过一次PCR和一次HindⅢ酶切,建立了I-2和Tm-22双基因检测体系,为多基因鉴定及标记辅助选择提供了有力工具。
3.5 番茄晚疫病抗病基因分子标记
番茄晚疫病抗性受两类不同的基因控制,一类是单基因控制的质量性状,包括完全显性基因Ph-1,以及不完全显性基因Ph-2和Ph-3;另一类是多基因控制的数量性状,其抗病性与环境、植株长势等多种因素有关。Ph-1基因源于野生种醋栗番茄,被定位在7号染色体末端。1998年,Moreau等把Ph-2基因定位在第10号染色体的长臂上,位于标记CPl05和TG233之间8.4cM的范围内,并利用BSA群体找到了与Ph-2连锁的AFLP标记,构建了Ph-2区域的高密度图谱,为该基因的图谱克隆奠定了基础。2002年,Chunwongse等对Ph-3基因进行标记,找到一个RFLP标记和两个AFLP标记。2009年,邱夷鹏等对Ph-3基因进行了RAPD标记研究,找到了一个与Ph-3基因遗传距离为5.8cM的RAPD标记CCPB272-03740。随后,吴媛媛等将此RAPD标记转化为CAPS标记。
1999年,Anne等在醋栗番茄L3708材料中找到了3个抗晚疫病的QTL位点,它们位于第6号和第8号染色体上。2003年,Brouwer等利用L. esculentum和L. hirsutum杂交的回交群体,对晚疫病抗性有关的3个数量性状位点(lb4,lb5b和lb11b)进行了分析,结果表明3个数量性状位点基因组覆盖率为28~47cM,其中lb4在标记TG609附近(TGl82和TGl94之间),位于第4号染色体上;lb5b在标记TG69a和TG413之间,位于第5号染色体上,与标记TG23距离最近;lb11b在标记TG194和TG400之间,位于第11号染色体上。2004年,Doudas等在L.esculentum与L. hirsutum回交群体中找到了8个抗晚疫病的QTLs,分别位于l、3、4、5、6、7、9和11号染色体。2006年,高永利以04968(感病品种)和L3708(抗病品种)杂交的195个F2单株为作图群体,利用BSA法结合RAPD标记构建一个全长为25.5 cm的连锁群,在此连锁群上共检测到2个QTLs,分别命名为Ph-3a1和Ph-3a2。
3.6 番茄黄萎病抗病基因的分子标记
已知番茄黄萎病菌有两个生理小种,生理小种l在上世纪30年代被发现,1957年在加拿大又发现了生理小种2。据尤海波报道,我国哈尔滨地区的番茄黄萎病菌属于生理小种。番茄黄萎病抗病基因Ve来源于番茄野生种L. peruvian,是一个完全显性基因。1959年,Rick等首次提出Ve基因位于第4号染色体上,与e位点连锁。然而,1977年,Kerr等研究认为Ve基因位于第12号染色体上,与叶绿素缺失位点alb相距39个单位。1994年,Kawchuk等对Ve基因进行RAPD标记研究,通过400个随机引物的筛选,得到了一个与其紧密连锁的标记,遗传距离在2.7~3.5cm范围内。1998年.Kawchuk等又找到了与Ve基因共分离的4个RAPD标记,遗传距离为0.49~0.67cm。1998年,Diwan等利用RFLP技术进行Ve基因作图,认为Ve基因位于第9号染色体的短臂上,与RFLP标记GP39紧密相连。2011年,雷娜等用545对AFLP引物和101对SSR引物对两个亲本、抗感池及F2分离群体进行AFLP和SSR分析,得到了3个与Ve基因连锁的AFLP标记和1个SSR标记,它们分别是E66M84-A、E78M84-D、 E66M40-A和SSR599,与抗病基因Ve的遗传距离分别为10.3、14.2、30.5和12.5 cm,同时证明了Ve基因位于第9号染色体上。
3.7 番茄青枯病抗病基因的分子标记
1996年,Thoquet等利用Hawaii7996和WVa700杂交的3500株F3群体和已有的RFLP标记,采用不同数量性状基因位点(Quantitative trait loci,OTL)模型,发现了两个数量抗病基因位点(Ouantitative resistanc loci,QRL),主要分布在第6条染色体上。1999年,Yui等找到了与抗性基因连锁的4个RAPD标记,其中RAl2-13450和RAl2-291600连锁最为紧密。2000年,Wang等针对台湾的番茄青枯病生理小种1的Pss4种,发现了一个新的QRL(第12号染色体),对Pss4具有较强抗性。2006年,寿森炎等用64个Eco R I/Mse I引物组对T51A、T9230两个亲本及其F2代抗病和感病基因池进行AFLP分析,发现特异条带AAG/CAT与RRS342抗青枯病基因紧密连锁,二者之间的遗传距离为6.7 cm,并成功将其转化为SCAR标记。2008年,苗立祥利用DNA-AFLP技术和改良的DNA提取方法,找到两个 与抗病相关的AFLP分子标记T-E2M4和T-E10M13,并成功将其转换为SCAR标记,与抗病基因TRSR-1的遗传距离分别为4.6和8.4 cm。2008年,林明宝等通过对一组抗、感材料的SSR标记分析,找到一个与青枯病抗性基因连锁的多态性好的SSR标记TOM176-177。
3.8 番茄细菌性斑点病抗病基因的分子标记
目前已知的番茄细菌性斑点病抗病基因为Pto。1991年,Martin等报道了利用RAPD技术和近等基因系快速鉴别抗性基因Pto的研究,在此项研究中选用了144个引物,共产生了将近625种相互分离的扩增产物,获得R110、R120和CD41三个RAPD标记,并估算R110标记与Pto基因之间的距离为(19.7±13.2)cM。1995年Tankslv等利用高分辨作图,在1200多个F2植株中鉴定出18个与Pto紧密连锁的标记,并筛选出一个与Pto共分离的标记TG538。2007年,蔡义勇以抗病材料LA3472、BL984、黄珍珠和感病材料R、H为试材,筛选获得与抗病基因Pto连锁的CAPS标记,特异引物Pto7扩增出550bp特异片段,经限制性内切酶Rsa
I酶切后具有多态性。
3.9 番茄根结线虫病抗病基因的分子标记
已知的抗根结线虫病的基因有9个,最早发现的抗病基因为Mi,新近发现的分别为Mi-2、Mi-3、Mi-4、Mi-5、Mi-6、Mi-7、Mi-8和Mi-9。在番茄上已经定位4个抗根结线虫病基因,其中,Mi被定位在第6号染色体上,Mi-3、Mi-5和Mi-9被定位在第12号染色体上。1991年,MesSeguer等构建了Mi基因侧翼的9个高分辨率RFLP图谱。同年,Klein-Lankhorst等找到与番茄抗根结线虫基因紧密连锁的两个RFLP标记GP79和H6A202以及3个RAPD标记,随后,他们又找到多个与Mi连锁的RFLP标记。1992年,Ho等找到与Mi基因连锁的一个RFLP标记、一个PCR标记PEX-1。PEX-1与Mi基因紧密连锁,已成为育种中检测Mi基因的重要标记之一。1994年,Willamson等获得与番茄抗根结线虫病Mi基因紧密连锁的SCAR标记。1995年,Yaghoobi等发现抗根结线虫基因Mi-3,并得到2个标记与Mi-3紧密连锁,利用标记NR-14和RFLP标记TGl80,将Mi-3定位于番茄第12号染色体短臂上。2000年,Masuelli等利用多重PCR技术得到与Mi连锁的SCAR标记Rex-1。2001年,Xu等找到与Mi连锁的1个RAPD标记,并把它转化为SCAR标记。2006年,李红双等运用RAPD技术,采用混合分组分析法(BSA),获得1个与番茄抗根结线虫病基因连锁的RAPD标记OPD20/1454,并将其转化成SCAR标记。2009年,Kuroyanagi等设计特异引物进行PCR扩增,并用限制性内切酶Mse
I进行酶切,得到能区分纯合抗病材料、感病材料和杂合抗病材料的Mi基因的共显性分子标记。
4 展望
分子标记辅助选择育种是现代分子生物学与传统育种方法的结合点,它在番茄育种中的应用,极大地推动了番茄抗病育种工作的进展。国外在番茄抗病基因分子标记创建及应用方面已取得较大进展,育成的商业品种大都抗5~6种病害,而我国在这方面的研究起步较晚,育成的品种一般只抗3~4种病害,与国外相比还存在一定差距。为此,充分利用现有的分子标记,将多种抗病基因聚合到一个品种中,育成更加多抗的番茄新品种,就成为重要的育种策略之一。
随着番茄栽培面积的不断扩大和栽培形式的多样化,番茄病害有逐年加重的趋势。一方面是由于一些病害病原菌产生了新的生理小种,使原来的抗病品种被克服;另一方面是由于新的病害不断出现,现有的品种缺乏相应的抗性。例如叶霉病,欧洲普遍利用的抗病基因为Cf-5,我国主要利用抗病基因Cf-9,这些含有单一抗病基因的品种在一些地区表现抗病,而在另一些地区则表现感病,这就要求我们即使针对某一种病害,也要尽可能地聚合不同位点的抗性基因,提高育成品种的抗病性和稳定性。分子标记辅助选择的最大优越性表现在抗性基因累加系的构建中,使得聚合一种病害不同位点的抗性基因于一体成为可能。
尽管许多抗病基因的分子标记已经被创建,但是一些分子标记与抗病基因的遗传距离较远,需要进一步创建更加紧密连锁的分子标记,以提高其稳定性和有效性。同时,在具体的育种过程中,要与植物病理学的抗病性鉴定方法相结合,提高选择的准确性。为了更好地利用已有的分子标记,应该把目前已取得的分子标记加以整理,汇聚到一张连锁图上,实现资源共享。与世界上处于领先地位的国家或实验室加强技术合作和交流,以提升我国番茄抗病育种的整体水平。
注明:河北省科技支撑计划项目(11220102D-3)
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