高雅迪，張振豪，王一帆，劉慧婕，沈晨佳，王慧中，馮尚國

(杭州師范大學生命與環(huán)境科學學院浙江省藥用植物種質改良和質量監(jiān)控重點實驗室，浙江 杭州 311121)

菊花(ChrysanthemummorifoliumRamat.)為菊科(Compositae)菊屬(ChrysanthemumL.)多年生花卉，在花卉界被譽為世界兩大花卉育種奇觀之一[1].菊花是我國的傳統名花，具有極高的經濟和觀賞價值，其多姿多彩的形態(tài)和豐富的文化內涵深受我國人民的喜愛，至今有不少地方仍保留著在秋季舉辦菊展的傳統.我國菊花栽培具有悠久的歷史，分布廣泛，品種多樣，清朝《廣群芳譜》所記載的菊花品種就有300～400種.南京農業(yè)大學收集保存了3 000多個菊花品種的5 000多份種質資源，成為中國菊花種質資源保存中心.醫(yī)學研究表明，菊花含有揮發(fā)油、菊甙、氨基酸、黃酮類、多種維生素和微量元素，對大腸桿菌、福氏痢疾桿菌、金黃色葡萄球菌有較強的抑制作用，具有止痢、降壓、降脂、消炎、明目、強身的作用[2-4].另外，菊花還具有散風清熱、平肝明目、清熱解毒的功效，常用于治療風熱感冒、頭痛眩暈、目赤腫痛、眼目昏花和瘡癰腫毒[5].

菊花品種繁多，花的形態(tài)、顏色差異較大，菊花品種的分類鑒定成為重要的科學問題.國內外有著各種各樣的菊花品種分類體系.早在宋代，人們便開始以顏色來區(qū)分菊花品種，其次是花形和花期.湯忠皓[6]根據花徑大小、花枝習性將菊花分成兩大區(qū)，然后依據舌狀花與管狀花數量之比分成舌狀花系與盤狀花系，最后再依據瓣形及瓣化程度分成類和型.美國、日本和英國等國家對菊花品種分類也有各自不同的分類體系.總體上，目前菊花品種的分類比較混亂，同名異物、同物異名現象嚴重.同時，菊花復雜的遺傳背景和混亂的親緣關系也給菊花育種工作帶來了非常大的阻礙.另外，由于長期的相互引種栽培，地區(qū)間菊花類型混雜.大量研究表明菊花種質資源在形態(tài)特征、內在質量和產量等方面均有較大差異.因此，對菊花種質資源開展分子評價及遺傳資源保護研究是十分急迫和必要的.

與傳統的形態(tài)學標記、細胞標記和生化標記技術相比，DNA分子標記不受外界環(huán)境、發(fā)育階段以及組織器官差異的影響，可以對生物個體不同發(fā)育時期的各個器官、組織甚至細胞等進行檢測.DNA分子標記穩(wěn)定性強、數量多、遍布于整個植物基因組，可提供的遺傳信息量大.因此，DNA分子標記已成為研究學者進行植物遺傳多樣性評價、系統進化重建、種質資源鑒定及遺傳圖譜構建等研究的重要技術手段[7].本文對近年來DNA分子標記技術在菊花遺傳多樣性評價、系統發(fā)育分析、種質鑒定、遺傳圖譜構建及QTL定位和表型性狀關聯分析等方面的研究進展進行綜述，以期為菊花種質資源的精確鑒別和合理開發(fā)利用提供有效的分子技術依據.

1 遺傳多樣性研究

遺傳多樣性一般是指植物種內個體之間或群體內不同個體的遺傳變異之和，是物種多樣性的重要來源.對遺傳多樣性的研究有助于人們更好地認識植物多樣性的起源和進化，為植物的分類進化、遺傳育種、資源保護和遺傳改良奠定基礎.近年來，開展了較多的基于DNA分子標記的菊花植物遺傳多樣性的研究.徐文斌等[8]運用RAPD 標記對22個基因型藥用菊花的遺傳多樣性進行了檢測，結果發(fā)現藥用菊花種質資源在分子水平上存在較大差異，藥用菊花栽培類型間的差異與環(huán)境因素有關，但更大程度上由其遺傳因素決定.Kumar等[9]利用RAPD標記分析38個菊花品種的遺傳多樣性和親緣關系，發(fā)現菊花品種間存在豐富的多樣性.Lema-Ruminska等[10]利用RAPD標記對2個菊花品種‘Lady Salmon’和‘Lady Vitroflora’及其15個體細胞胚衍生株系的遺傳多樣性進行了研究，結果顯示所有品種及其品系分為兩個主聚類和兩個亞聚類.韓潔[11]利用AFLP分子標記技術，對45個菊花品種進行遺傳多樣性和親緣關系分析，研究表明供試品種資源DNA水平酶切位點的分布存在廣泛的變異，并將45份菊花資源分成6個類群.Roein等[12]利用AFLP分子標記及形態(tài)性狀標記對30個伊朗菊花品種進行遺傳結構研究，結果顯示品種之間存在豐富的多態(tài)性，供試菊花品種被聚類為4組.Feng等分別基于SSR標記[13]和SCoT標記[14]對32個藥用菊花品種進行了遺傳多樣性評價，研究表明SSR和SCoT標記均具有較高的可重復性和信息性，可用于評價藥用菊花品種間的遺傳多樣性和親緣關系.Fan等[15]開發(fā)獲得了361對多態(tài)性SSR標記引物，利用SSR標記對59個菊花樣本進行了基因分型和分類研究，聚類分析表明供試材料可分為6個系統發(fā)育類群.Hodaei等[16]利用形態(tài)性狀標記和SRAP標記對30個伊朗菊花品種進行研究，研究表明SRAP標記和形態(tài)特征標記在分析菊花遺傳多樣性方面具有很大的潛力，并可以用于選擇雜交育種計劃中的理想親本，為觀賞用途開發(fā)優(yōu)良品種.吳洋洋等[17]基于SRAP分子標記對6個切花菊品種及其38個F1代單株的遺傳關系進行研究，研究表明SRAP分子標記可有效用于鑒定菊花不同雜交組合后代.Samarina等[18]利用36個SCoT標記、10個ISSR標記和5個微衛(wèi)星標記對主要來自俄羅斯的95份菊花核心種質的遺傳多樣性進行研究，為菊花重要性狀標記的選擇、菊花性狀定向育種和種質鑒定提供了新的依據.

2 系統發(fā)育研究

DNA分子標記技術的發(fā)展推動了植物系統發(fā)育研究領域的不斷進步.戴思蘭等[19]首次使用22個RAPD標記引物對7種野生菊花、14種栽培菊花和5個種間雜交種進行分析，提出栽培菊花主要起源于毛華菊、野菊和菊花腦.李辛雷等[20]基于RAPD標記研究菊屬野生種、栽培藥用菊花及種間雜種的親緣關系，探究了栽培菊花的起源演化，為菊屬植物幼胚拯救及遺傳育種工作提供了一定的理論指導.呂琳等[21]利用ISSR分子標記對不同地區(qū)來源的19份藥用菊花種源、4份野菊種源、1份菊花腦種源和1份雜交菊花進行遺傳關系分析，結果顯示25份種源可分成兩大組，野菊、菊花腦和雜交菊花聚為一類，19份藥用菊花種源聚為一類.Luo等[22]利用SSR標記對88個菊花品種及其近緣屬物種進行遺傳關系及分類研究，將野生品種和大花品種劃分為2個聚類，并將大花品種按花瓣類型劃分為5個組，表明菊花花瓣類型可以作為分類標準.Shen等[23]利用7個低拷貝核位點和rDNA ITS序列，以菊花類群為重點，重建了青蒿亞族的系統發(fā)育過程，研究表明菊花類群首先起源于中亞，緊接著菊花向東部遷移，至阿加尼亞地區(qū)開始原地多樣化進化，研究結果同時顯示菊花族3個譜系的地理結構與亞洲內部的生態(tài)位分化和環(huán)境異質性有關.

3 種質資源鑒定

有研究采用RAPD技術對15個菊花品種進行鑒定，結果顯示RAPD標記可以區(qū)分供試菊花品種，品種間的相似程度較低[24].Barakat等[25]利用RAPD標記對菊花突變體及其親本進行鑒定，研究表明14個菊花基因型的遺傳相似度為0.43～0.95，菊花品種及其13個體細胞無性系分為5個類群.Mekapogu等[26]利用23個SSR標記對11個標準型菊花品種進行鑒定區(qū)分，結果僅用ChSSR_16標記就可以對11個標準型品種進行鑒別.Shirao等[27]開發(fā)獲得了4個菊花新品種的特異性DNA標記(RAPD和AP-PCR標記)，為菊花新品種及其他園藝和農業(yè)作物無性系品種的鑒定提供了重要的技術積累.裴莉昕等[28]基于葉綠體基因trnL-trnF序列對菊花和野菊花藥材開展DNA分子鑒別，研究表明菊花特異性標記可以將菊花和野菊花區(qū)分，為菊花和野菊花藥材快速準確鑒別奠定了基礎.Asha等[29]利用ISSR和SSR標記技術對30個菊花品種進行基因型鑒定和遺傳親緣關系評價，研究顯示30個菊花基因型之間存在顯著差異，ISSR和SSR分子標記均可用于菊花的性狀鑒別研究.Zhang等[30]利用20個SSR標記建立了480個中國傳統菊花品種的DNA指紋圖譜和分子特征，初步鑒定了480個中國傳統菊花品種，并選擇5個SSR標記位點作為核心位點，建立了每個菊花品種的獨特指紋圖譜和分子身份.Nasri等[31]利用ISSR和IRAP標記成功對菊花甲基磺酸乙酯(EMS)誘變突變體及其母株進行了鑒別分類.Chatterjee等[32]基于RAPD標記對10個菊花原種和11個突變體的分子系統學和遺傳差異進行f分析，研究表明利用RAPD技術可以在分子水平上鑒定不同花色的菊花突變體.秦賀蘭等[33]開展小菊花色芽變品系的SRAP鑒定研究，共獲得8條可能與花色芽變基因有關的特異條帶，這些特異條帶可以在植物生長早期用于鑒別菊花芽變品種與對照.

4 遺傳連鎖圖譜構建及QTL定位

遺傳圖譜是已知性狀的基因或特定DNA分子標記在染色體上的排列順序和間距的線性排列圖.遺傳連鎖圖譜構建是進行分子輔助育種、目的基因定位和數量性狀研究的基礎，也是植物基因組學研究的關鍵環(huán)節(jié)，為植物資源的保存、利用及種質遺傳改良提供了可靠的科學依據.Zhang等[34]采用RAPD、ISSR和AFLP標記，采用雙擬測交作圖策略，對菊花品種‘雨花落英’ב奧運含笑’雜交的142個F1子代進行基因分型，構建了菊花的遺傳連鎖圖譜，為菊花的進一步數量性狀QTL定位和標記輔助育種奠定了基礎.van Geest等[35]基于SNP標記，構建了菊花第一張完整的六倍體遺傳連鎖圖譜，研究了親本單倍型在后代中的遺傳和多等位基因QTL的檢測.Song等[36]采用SLAF-seq技術構建了菊花花型性狀高密度基因連鎖圖譜，平均圖譜距離為0.76 cM，共檢測到3個控制花冠筒融合度(CTMD)的主要QTL和4個支持舌狀小花相對數(RNRF)的主要QTL.Fu等[37]利用SSR標記技術對80個菊花品種開展了對蚜蟲抗性的遺傳變異及關聯定位研究，分析了夏秋兩季菊花抗蚜性的遺傳變異特征，利用關聯作圖法共鑒定出11個與蚜蟲抗性相關的標記，單個解釋的表型變異范圍為11%～57%，其中SSR184-1和E1M5-1被鑒定為抗蚜的有利等位基因，7個具有這兩個有利等位基因的品種被鑒定為潛在的供體親本，可用于今后的抗蚜育種.Su等[38]以162個菊花F1系群體為材料，利用SRAP和SSR標記構建遺傳圖譜，對菊花的4個耐澇性性狀的QTL進行了動態(tài)和上位性分析，研究發(fā)現控制菊花耐澇性性狀的QTL是環(huán)境依賴的，在不同的時間有選擇性表達，表明在菊花耐澇性性狀的遺傳上存在加性和上位性效應.在此基礎上，Su等[39 ]又基于SNP分子標記對88個菊花品種進行了全基因組關聯(GWAS)分析，進一步解析了菊花耐澇性的遺傳基礎.

5 表型性狀關聯分析

研究植物表型性狀與DNA分子標記之間的關聯性，可以從分子水平揭示植物表型性狀的遺傳變異機制，為植物分子育種和性狀遺傳改良奠定重要基礎.張飛等[40]以菊花‘雨花落英’和‘奧運含笑’及其142株F1群體為材料，利用RAPD和ISSR標記技術開展了與F1群體營養(yǎng)生長期6個觀賞性狀的關聯研究，研究表明，與株高、株幅、株高/株幅、節(jié)間長度、葉長和葉寬相關聯的遺傳標記有59個，這些標記的累積貢獻率均在30%以上.另外，張飛等[41]還利用SRAP標記開展了菊花F1代花器性狀關聯分析研究，為進一步研究菊花花器性狀奠定了遺傳基礎.Zhang等[42]基于SRAP基因分型的標記-性狀關聯分析研究菊花初花期和開花持續(xù)時間這兩個開花性狀的遺傳，研究表明，與表型顯著相關的標記有10個(初始開花時間)和12個(開花期)，分別解釋了46%和54%的變異.李仁偉等[43]運用19對SRAP標記引物對58個大菊品種進行研究，利用獲得的分子標記與18個重要表型性狀進行關聯分析，研究發(fā)現，與花部性狀(花梗粗度、花瓣寬度、筒狀小花數量)關聯的位點有5個，與莖部(莖粗度)關聯的位點有1個，與葉部性狀(葉厚度)關聯的位點1個，每個位點對表型變異的解釋率在0.073 8～0.479 1.楊旭旭[44]測量59個大菊品種的表型性狀，并結合SCoT分子標記進行關聯分析，發(fā)現有18個位點與花部性狀(舌狀花的長度、寬度、長/寬)相關聯，9個位點與葉部性狀(葉柄長度、葉片長度、葉片長/寬、托葉大小)相關聯.袁王俊等[45]利用16對SSR標記引物和10條SCoT標記引物對99個菊花品種進行基因組變異分析，并對10個表型性狀進行關聯分析，發(fā)現有8個SSR位點與7個表型性狀(花序直徑、花序高度、舌花寬度、葉柄長度、葉片長度、托葉大小及葉一級刻度)相關聯，3個SCoT位點與花序直徑相關聯.李沛曈等[46]利用SSR標記開展了異色菊×菊花腦種間雜交F1代遺傳多態(tài)性分析、耐旱性鑒定及關聯分析，為菊花耐旱性遺傳改良研究奠定了基礎.葉松[47]對99個不同菊花品種進行表型性狀檢測，并利用SSR和SCoT標記進行了相關性狀的關聯分析，研究發(fā)現有3個SSR位點分別與4個表型性狀(花序高度、舌狀花寬度、葉柄長度和葉片長度)相關聯，另外有21個SCoT位點與菊花的7個表型性狀相關聯.Chong等[48]基于SNP標記對199菊花品種的遺傳多樣性、系統進化和性狀相關候選基因進行了研究，為一些關鍵觀賞性狀的進化關系、群體結構和遺傳基礎提供了新的見解.除此之外，Chong 等[49]還基于SNP標記及表型數據，對107種菊花開展了全基因組關聯研究，分析了3個花序相關性狀的遺傳控制情況，共鑒定出81個與花序性狀相關的SNPs，確定了3個目標性狀的15個高度有效的SNP位點.

6 展望

DNA分子標記技術已成為菊花遺傳育種研究中的重要技術手段，存在如RAPD、ISSR等一些早期傳統分子標記的穩(wěn)定性和可重復性不夠理想、標記的數量和可提供的遺傳信息較有限等問題.但和傳統的形態(tài)標記、細胞標記和生化標記比較，分子標記技術依然有著獨特的優(yōu)勢.伴隨著生物學技術的發(fā)展，DNA分子標記技術的檢測準確性、經濟成本、時間周期都在不斷地更新和完善，相信在不久的將來，DNA分子標記技術在菊花種質資源遺傳多樣性、分子遺傳育種、遺傳圖譜及QTL定位等方面可得到更加深入的應用.