立夏將至，清涼解暑的西瓜早已被擺上貨架。但由于其果皮的耐裂性與果肉品質(zhì)緊密連鎖，導(dǎo)致“耐裂品種不優(yōu)質(zhì)，優(yōu)質(zhì)品種不耐裂”的現(xiàn)象，時常影響吃瓜群眾大快朵頤。
果實開裂是自然界中的常見現(xiàn)象，“瓜熟蒂落”有助于種子的傳播和植物的繁衍。但從產(chǎn)業(yè)上來講，田間和采后的果實開裂，卻會降低經(jīng)濟(jì)效益和消費(fèi)價值。因而，西瓜果皮堅硬耐裂同時果肉清脆爽口成為了一個重要育種目標(biāo)。
經(jīng)過多年研究，浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院張明方教授課題組首次發(fā)現(xiàn)了與新鮮果實耐裂相關(guān)的基因，不僅為進(jìn)一步闡明果實耐裂性機(jī)理提供了新見解，同時也有利于加速耐裂優(yōu)質(zhì)品種的精準(zhǔn)育種，為通過分子標(biāo)記輔助育種等技術(shù)改良西瓜品種的耐裂性提供了重要的靶標(biāo)基因。
西瓜皮耐裂程度有了評價指標(biāo)
西瓜從唐代經(jīng)古絲綢之路進(jìn)入中國，已歷經(jīng)自然選擇和人工培育，但卻一直沒有很好的體系來評價西瓜皮的耐裂性。傳統(tǒng)的育種家采用感官評價，通常將西瓜捏一把或者用刀切，這種方法完全憑育種者的經(jīng)驗，育種效率低，無法解析果實耐裂機(jī)制，也很難打破“耐裂品種不優(yōu)質(zhì)”的桎梏。
如何把耐裂性狀用一個數(shù)值標(biāo)記出來，是張明方課題組這次研究的第一個亮點。他們通過質(zhì)構(gòu)儀選用不同形狀的探頭，測量了果皮硬度、破裂性、破裂率、破裂力做功等8個不同評價指標(biāo)。
“這些測量數(shù)據(jù)既涵蓋了傳統(tǒng)耐裂性判斷的指標(biāo)，更包含了很多傳統(tǒng)方法無法測量的指標(biāo)。”張明方解釋道，準(zhǔn)確量化耐裂性狀、精準(zhǔn)定位耐裂基因，能為培育耐裂品種提供重要的理論支撐，具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用前景。
張明方介紹說，果皮硬度就是測量西瓜在破裂瞬間受到的力，破裂性就是機(jī)械穩(wěn)定施壓導(dǎo)致果實的主動破裂情況，破裂率就是同樣力切西瓜，會形成主動破裂周長。
根據(jù)這些前期指標(biāo)，科研人員用耐裂性顯著差異的西瓜進(jìn)行雜交，并對400多個西瓜F2代開展實驗性狀調(diào)查?？蒲腥藛T在對159個隨機(jī)樣本進(jìn)行單株測序后發(fā)現(xiàn)，所有耐裂相關(guān)指標(biāo)都共同定位到西瓜的10號染色體上，而果皮硬度數(shù)據(jù)錨定的區(qū)域最為清晰精確。
用葉片DNA可測出西瓜“血型”
在初步鎖定10號染色體后，課題組創(chuàng)新了單株染色體片段來源分析方法，利用F2個別在候選區(qū)域發(fā)生重組的個體以及他們的自交后代F3群體，通過耐裂表型和基因型關(guān)聯(lián)分析縮小候選區(qū)間，鎖定關(guān)鍵基因，科研人員發(fā)現(xiàn)該區(qū)域存在一個ERF4 基因，是耐裂與否的重要因素。
課題組成員、浙大農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院胡仲遠(yuǎn)副教授表示，只用雜交第三代就能精確定位到基因，這是用傳統(tǒng)基因定位方法無法做到的，都是得益于團(tuán)隊創(chuàng)新的表型評價體系和基因挖掘方法。
據(jù)介紹，在自然界的不同西瓜種質(zhì)的10號染色體上，存在兩種類型的等位基因ERF4-a和ERF4-b，與本實驗的耐裂親本擁有相同的ERF4-a基因的西瓜基本都耐裂;而具有ERF4-b基因的則表現(xiàn)為容易開裂;兼而有之的雜合類型，則表現(xiàn)為果皮堅硬，果肉較松脆。張明方用“血型”給這些西瓜樣本打了個比方，耐裂的如果是A型，那么就可以把不耐裂的比成B型，兼而有之的則是AB型。
對準(zhǔn)靶標(biāo)得到育種“兩全法”
功能基因的分子標(biāo)記為西瓜育種篩選帶來了新的可能。
“在之前如果需要篩選品種，需要大量的人力物力栽培巨大的種群進(jìn)行大量的普查式的性狀研究，而有了分子靶標(biāo)，就可以先對各類品種資源進(jìn)行苗期篩選，再選擇帶有目標(biāo)基因的少量個體進(jìn)行田間種植。”張明方說。
“比如耐裂優(yōu)質(zhì)西瓜的選育，我們不再需要在每個世代開展耐裂性選擇，只需選擇出A或AB血型的材料再開展田間種植，再從中選育果肉品質(zhì)佳又較耐裂的個體繁育后代。”胡仲遠(yuǎn)解釋道，這樣不僅可以減少每季的種植量，而且不用擔(dān)心耐裂基因在育種過程中“丟失”，獲得目標(biāo)品種的時間也將大大縮短。“將自然界已有的優(yōu)質(zhì)基因篩選出來，進(jìn)而開發(fā)相關(guān)分子標(biāo)記，可以大大提高育種的精度和速度。
不斷發(fā)掘抗逆、抗病、優(yōu)質(zhì)等相關(guān)功能基因，并利用分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)，將各種有益性狀高效地集合到的育種材料中，選育出田間-物流-餐桌“三全其美”的西瓜新品種，成為了張明方團(tuán)隊西瓜精準(zhǔn)育種的新方向。上述研究成果近日已發(fā)表于國際知名植物學(xué)術(shù)期刊《植物生物技術(shù)雜志》。(江耘)
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