詹海仙，裴香萍，劉計(jì)權(quán)，尚彩玲，杜晨暉，魏硯明，張朔生

（1.山西中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，山西 晉中 030619；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，山西 太原 030031）

豆科植物屬于被子植物三大科之一，種植遍及世界各地。豆科植物種類繁多，生產(chǎn)上常見的藥食兼用豆科植物有大豆屬、菜豆屬、扁豆屬、落花生屬、豇豆屬、蠶豆屬、槐屬、葫蘆巴屬、黃芪屬、決明屬、紫云英屬、錦雞兒屬、崖豆藤屬等。因該科植物含生物堿、皂苷、多糖、黃酮等活性成分，除日常食用外，還具有滋補(bǔ)身體、防治疾病的功效，受到廣泛關(guān)注[1]。

傳統(tǒng)方法選育豆科藥食兼用植物品種的缺點(diǎn)是育種周期長(zhǎng)，選擇效率比較低，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。隨著分子生物學(xué)和測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是分子標(biāo)記技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)豆科植物遺傳育種產(chǎn)生極大的影響。DNA分子標(biāo)記可直接反映基因組DNA間的差異，不受植物環(huán)境和生長(zhǎng)時(shí)期的影響，具有多態(tài)性高、效率高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，可直接實(shí)現(xiàn)對(duì)豆科植物基因型的準(zhǔn)確選擇[2]。利用豆科植物已公布的基因組數(shù)據(jù)信息挖掘各種分子標(biāo)記，可用于豆科藥食兼用植物遺傳多樣性分析、種質(zhì)資源鑒定、遺傳圖譜構(gòu)建、基因定位和分子標(biāo)記輔助育種等方面。

1 遺傳多樣性分析

遺傳多樣性是物種多樣性存在的前提，利用分子標(biāo)記對(duì)豆科藥食兼用植物品種間遺傳多樣性分析，推斷品種間親緣關(guān)系，對(duì)于提高豆科藥食兼用植物的產(chǎn)量和質(zhì)量具有十分重要的意義。分子標(biāo)記技術(shù)具有多態(tài)性高和穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于豆科藥食兼用植物種質(zhì)資源遺傳多樣性分析。楊凱敏等[3]對(duì)90余份大豆種質(zhì)進(jìn)行了遺傳多樣性分析，發(fā)現(xiàn)59個(gè)SSR標(biāo)記中有50對(duì)標(biāo)記具有多態(tài)性，共擴(kuò)增出等位變異154個(gè)。ZONG等[4]利用12對(duì)AFLP標(biāo)記對(duì)30份中國(guó)蠶豆地方品種、136份來自多個(gè)國(guó)家的蠶豆品種和41份國(guó)際干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究中心的蠶豆育種品系進(jìn)行多樣性分析，檢測(cè)到244條多態(tài)性條帶，將供試蠶豆分成4大類。宗緒曉等[5]將1 984份豌豆品種進(jìn)行遺傳多樣性分析，發(fā)現(xiàn)21對(duì)SSR標(biāo)記，將豌豆品種聚合成3大類群。趙波等[6]對(duì)5個(gè)國(guó)家的558份小豆種質(zhì)資源進(jìn)行遺傳多樣性研究，檢測(cè)出11對(duì)多態(tài)性SSR標(biāo)記，產(chǎn)生86個(gè)變異位點(diǎn)，并將小豆材料分成5大類。DATTA等[7]采用60對(duì)RAPD標(biāo)記對(duì)24個(gè)印度綠豆品種進(jìn)行分析，檢測(cè)到33對(duì)標(biāo)記，擴(kuò)增出224條多態(tài)性條帶，將供試綠豆分成2大類。陳立強(qiáng)等[8]采用SSR標(biāo)記對(duì)42個(gè)紫花苜蓿品種進(jìn)行了遺傳多樣性研究，15對(duì)引物在供試種質(zhì)中獲得163條多態(tài)性擴(kuò)增條帶，將供試種質(zhì)分為5大類。姜麗麗等[9]利用ISSR標(biāo)記對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)30個(gè)黃芪樣本進(jìn)行遺傳多樣性分析，擴(kuò)增出157個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，將樣本分成2大類。叢曉麗等[10]對(duì)8個(gè)內(nèi)蒙古狹葉錦雞兒進(jìn)行遺傳多樣性分析，14對(duì)SSR引物均擴(kuò)增出多態(tài)性條帶，從而將8個(gè)樣本劃分為4大類。

2 種質(zhì)資源鑒定

搜集和鑒定國(guó)內(nèi)外植物種質(zhì)資源，不僅可以拓寬種質(zhì)資源遺傳多樣性，加快種質(zhì)創(chuàng)新和新品種選育，同時(shí)還可為進(jìn)一步遺傳多樣性分析等研究奠定基礎(chǔ)。植物種質(zhì)資源鑒定涵蓋親緣關(guān)系鑒定、品種鑒定、真實(shí)性鑒定以及純度鑒定4個(gè)方面[11-12]。豆科藥食兼用植物種質(zhì)鑒定主要采用傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)和生化鑒定方法居多，利用分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)豆科植物的種質(zhì)資源鑒定主要涉及大豆屬、落花生屬和扁蓿豆屬的研究[13-14]。菜豆屬、豇豆屬、蠶豆屬、槐屬、葫蘆巴屬、黃芪屬等種質(zhì)資源鑒定仍以籽粒顏色、大小和生育期等農(nóng)藝性狀鑒定為主。曲忠誠(chéng)[15]利用SSR引物對(duì)5個(gè)大豆品種進(jìn)行PCR分析，剔除混雜株，從而進(jìn)行了大豆原原種的提純工作。REN等[16]利用146對(duì)SSR標(biāo)記對(duì)國(guó)內(nèi)不同地區(qū)的196份花生栽培種進(jìn)行了親緣關(guān)系鑒定，擴(kuò)增出440個(gè)多態(tài)性條帶，基因多樣性的平均值為0.11，86份品種中等位基因頻率小于1%。李鴻雁等[17]利用89對(duì)SSR引物對(duì)50份內(nèi)蒙古野生扁蓿豆種質(zhì)資源進(jìn)行親緣關(guān)系鑒定，其中18對(duì)引物擴(kuò)增出109個(gè)等位基因位點(diǎn)，野生扁蓿豆品種間平均遺傳距離約為0.2。侯萬(wàn)偉等[18]利用RAPD標(biāo)記對(duì)12個(gè)蠶豆品種進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)1對(duì)引物S1可以明確區(qū)分蠶豆品種，從而進(jìn)行蠶豆品種鑒定。

3 遺傳圖譜構(gòu)建和基因定位

遺傳圖譜即基因在染色體上相對(duì)應(yīng)的位置，是進(jìn)行基因定位和分子標(biāo)記輔助育種等遺傳研究的基礎(chǔ)。遺傳圖譜中分子標(biāo)記的數(shù)量和標(biāo)記在染色體上的均勻度決定了遺傳圖譜的質(zhì)量，因此，需要不斷尋找和開發(fā)新的分子標(biāo)記，增加遺傳圖譜飽和度，為藥食兼用植物遺傳研究提供豐富的圖譜資料。大多數(shù)植物的農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀表現(xiàn)為數(shù)量性狀遺傳方式。數(shù)量性狀基因定位主要指基因在基因組中的具體位置，是了解基因功能和基因克隆的前提。依靠分子標(biāo)記進(jìn)行植物遺傳圖譜構(gòu)建和基因定位，被廣泛應(yīng)用于豆科藥食兼用植物的研究。國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了大量大豆抗病蟲害等數(shù)量性狀基因定位研究工作。CHEN等[19]對(duì)大豆種質(zhì)SX6907的抗銹病基因進(jìn)行了定位研究，利用11對(duì)SSR標(biāo)記將抗病基因定位到18號(hào)染色體上約111 kb區(qū)間。ACHARYA等[20]利用2 545個(gè)SNP標(biāo)記和2個(gè)SSR標(biāo)記構(gòu)建了大豆種質(zhì)PI 567301B抗赤霉病的遺傳圖譜，識(shí)別的2個(gè)QTL位點(diǎn)分別解釋了38.5%和8.1%的表型變異。菜豆抗病基因定位方面的研究也比較多見，18個(gè)抗菜豆炭疽病基因Co-1～Co-13中，大部分是通過分子標(biāo)記方法進(jìn)行的基因定位[21]。朱吉風(fēng)等[22]利用F2分離群體，構(gòu)建了菜豆品種龍蕓豆5號(hào)抗普通細(xì)菌性疫病的遺傳圖譜，該圖譜包含12個(gè)連鎖群206個(gè)SSR引物，平均長(zhǎng)度137.37 cM。CHEN等[23]通過對(duì)菜豆地方品種紅蕓豆基因組DNA序列分析獲得SSR位點(diǎn)，并且據(jù)此設(shè)計(jì)開發(fā)出大量SSR標(biāo)記對(duì)菜豆進(jìn)行基因定位。隨著花生第1張以SSR標(biāo)記為基礎(chǔ)的遺傳圖譜公布，利用分子標(biāo)記構(gòu)建花生遺傳圖譜的文章相繼發(fā)表[24]。HUANG等[25]利用1 175對(duì)SSR標(biāo)記和42對(duì)轉(zhuǎn)座子多態(tài)性標(biāo)記，構(gòu)建了長(zhǎng)度為2 038.75 cM的花生高密度遺傳圖譜。2014年綠豆全基因組測(cè)序和2015年小豆全基因組測(cè)序工作的完成，極大促進(jìn)了綠豆和小豆遺傳圖譜構(gòu)建和抗性基因定位工作[26]。王建花等[27]構(gòu)建了包括11個(gè)連鎖群的綠豆遺傳圖譜，95個(gè)SSR標(biāo)記間距約15 cM。通過分子標(biāo)記分析，豌豆抗白粉病基因er1被定位到第6連鎖群，er2基因被定位到第3連鎖群[28-29]。王仲怡等[30]對(duì)豌豆品系攜帶的白粉病抗病隱性基因er1-2進(jìn)行了遺傳定位，SSR標(biāo)記將基因定位到豌豆VI連鎖群的er1座位區(qū)段。VAZ等[31]利用7個(gè)雜交F2群體，通過形態(tài)和RAPD標(biāo)記等構(gòu)建了包括13個(gè)連鎖群的蠶豆遺傳圖譜，并定位了與蠶豆粒質(zhì)量相關(guān)的7個(gè)QTL位點(diǎn)，其中，位于第6染色體上的位點(diǎn)解釋了30%的表異。

4 分子標(biāo)記輔助育種

種質(zhì)資源鑒定、遺傳圖譜構(gòu)建和基因定位工作的最終目標(biāo)是為豆科藥食兼用植物育種提供優(yōu)良種質(zhì)資源，最終培育優(yōu)質(zhì)品種。我國(guó)豆科藥食兼用植物育種工作總體比較滯后，主要采用引種、農(nóng)家種提純復(fù)壯、有性雜交等常規(guī)的傳統(tǒng)育種技術(shù)。隨著輻射誘變和分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)的發(fā)展，它們已逐漸應(yīng)用于豆科藥食兼用植物育種中。80余份抗豆象、銹病、葉斑病和白粉病等豆科新種質(zhì)已通過雜交和分子標(biāo)記輔助選擇獲得[32]。中國(guó)蠶豆抗病育種和分子標(biāo)記輔助育種剛剛起步，短期內(nèi)不太可能育成兼有優(yōu)質(zhì)和抗病的蠶豆品種。雖然一些豆科藥食兼用植物特定性狀的QTL定位已經(jīng)公布，但其結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性還需進(jìn)一步研究才能確定，而且標(biāo)記在染色體上的遺傳距離較遠(yuǎn)，需要設(shè)計(jì)開發(fā)更多標(biāo)記，加密遺傳圖譜。當(dāng)前應(yīng)用于豆科植物的分子標(biāo)記普遍存在的問題為重復(fù)性較差、操作繁瑣和成本較高。因此，依托測(cè)序數(shù)據(jù)挖掘覆蓋度高、成本低和操作性強(qiáng)的多種分子標(biāo)記，為開展豆科藥食兼用植物分子標(biāo)記輔助育種提供依據(jù)。

5 展望

目前，分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)豆科藥食兼用植物的研究主要集中在抗病蟲害等數(shù)量性狀方面，在其藥用活性成分分析、調(diào)控有效成分合成的遺傳機(jī)制和活性成分基因構(gòu)成等方面卻鮮有報(bào)道。因此，需要加強(qiáng)豆科藥食兼用植物分子標(biāo)記技術(shù)的開發(fā)，增加分子標(biāo)記在藥用活性成分方面的研究，明確調(diào)控藥用活性成分的基因構(gòu)成，從而合理開發(fā)和利用我國(guó)豐富的藥食兼用植物種質(zhì)資源。

我國(guó)是大多數(shù)豆科藥食兼用植物的發(fā)源地之一，發(fā)掘和利用野生近緣種屬中的有利基因，同時(shí)，開發(fā)多種類型分子標(biāo)記，對(duì)原有遺傳圖譜進(jìn)行加密，是當(dāng)前豆科植物育種研究的重點(diǎn)工作。一般常用的標(biāo)記為RAPD，ISSR，SRAP和SSR等單一的分子標(biāo)記，尤其是黃芪屬物種，常用的僅有SSR和ISSR標(biāo)記。近年來，隨著高通量測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，利用測(cè)序結(jié)果可以大規(guī)模挖掘基因組特異分子標(biāo)記，因此，越來越多的物種已經(jīng)應(yīng)用測(cè)序技術(shù)開展了分子標(biāo)記開發(fā)和分子機(jī)理方面的研究[33-35]。今后的工作應(yīng)著重深度挖掘基因組特異分子標(biāo)記，明確豆科藥食兼用植物活性成分的基因組成和調(diào)控機(jī)制，提高豆科藥食兼用植物育種選擇的準(zhǔn)確性，從而縮短育種時(shí)間。

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