草莓遗传育种中的生物技术的应用

2021-11-26李鹏举宋鹏慧段亚东

现代农业研究 2021年8期

李鹏举，宋鹏慧，段亚东，杨光，周双，张鹍，房磊

(黑龙江农业科学院乡村振兴科技研究所黑龙江，哈尔滨 150086)

草莓属于蔷薇科的一种草本植物，多生长在温带地区，具有较高的营养价值，受到了人们的高度喜爱。在诸多浆果中，草莓栽培面积在全球范围内居于前列，产业规模较大，有着可观的经济效益。草莓种植产业发展的同时，对于草莓遗传育种工作提出了新要求，现有常规育种方法尽管培育了很多优秀草莓品种，促进了草莓品种多样化，但随着需求度增加，以及国际市场提出的要求，常规育种方法由于消耗的资源量较大，已经无法紧跟草莓产业发展需要。而兴起的现代化生物技术，在草莓遗传育种中应用呈现广阔前景，极大的推动了草莓遗传育种工作推进展开。

1 草莓遗传育种的组织培养

草莓组织培养有着丰富的研究经验，相关学者在研究中无论是叶片、茎尖，还是原生质体、花药组织器官培养方面，都有着较为全面丰富的研究成果，因此草莓品种改良，一个重要内容则是组织培养。即便草莓组培苗生产中有着广泛应用途径，但是结合实践研究了解到，组培效应不可避免的导致草莓组培苗发声体细胞无性系变异[1]。结合现有的研究成果，关于草莓的离体培养与再生植株方面，变异主要表现在遗传物质、细胞学以及形态学等方面。在关于草莓组培苗繁殖方面，匍匐茎子苗的数量要远超普通苗，结果期呈现强势的生长势头，草莓产量有所增加，但却降低了草莓抗病性，而这一特性则是证明了表观遗传变异。变异呈现两重性，所产生的影响表现在用苗品种一致性和果实产量，另一点则是草莓品种创新和品种选育。

1.1 草莓叶片、茎尖和花瓣培养

草莓茎尖培养，主要目的是为了实现草莓种苗脱毒，由于茎尖取材方便，遗传和形态方面相对于稳定，便于扩繁和再生。结合近些年来相关研究成果来看，关于草莓茎尖培养方式的选择研究较为全面，为后续的规模化育苗生产提供了坚实的理论基础。画板和叶片组织器官培养中，基于草莓立体器官再生培养，进而形成草莓在体系，可以获取丰富的植物材料便于后续品种选育工作开展提供支持[3]。有学者在关于草莓组培苗叶片研究中，尝试着选择草莓叶片试材，建立高效再生体系。

1.2 草莓子房和花药培养

在草莓子房与花药培养方面，尝试着选择未受精子房离体培养和花药培养方式获取，在植物倍性育种方面单倍体诱导有着重要作用，实际应用中有助于育种年限缩短。王文和在关于草莓遗传育种的研究中，离体培养草莓未受精子房获得单倍体植株，其关键点则是激素和蔗糖浓度控制、温度控制以及试材的选择。草莓花药培养中，实行预处理方式，并综合分析激素种类、花序和配比对愈伤组织形成的影响，有助于研究有利的培养条件，支持草莓花药培养。

1.3 草莓原生质体培养

关于草莓原生质体培养方面的研究，积累了丰富的研究成果，其作用主要表现在分离与纯化突变体，克服远缘杂交障碍以及植物遗传转化方面，已经成为一种常见的草莓育种方法。在关于草莓原生质体分离研究中，影响因素的多样，分离效果控制要点在于酶液组成、分离材料、时间和酶解方式等，对于后续的草莓原生质体培养有着极高的研究价值。

2 草莓遗传育种中的分子标记

分子标记呈现遗传特点，一定程度上客观反映了基因组DNA差异DNA片段，并把握生物个体之间差异所在。分子标记具体包括PCR分子标记、分子杂交的分子标记、DNA芯片和测序的分子标记几点内容。相较于形态标记、细胞学标记与生化标记而言，DNA分子标记的优越性较为突出，在多种植物基因组作图和基因克隆等遗传育种工作中广泛应用。而在近些年来，关于草莓遗传育种工作中分子标记技术得到了广泛应用，在抗病性辅助选择育种与遗传图谱构建方面有着积极作用，值得广泛推广应用。

2.1 分子杂交的分子标记

在遗传研究中的分子标记，应用最早的为RFLP，在Southem杂交基础上实现，技术难度大、成本高。通过限制性内切酶、PCR引物，在RFLP基础上转化为PCRRFLP标记，便于操作、成本低，对于分子育种、分子图谱构建研究提供丰富的研究储备。Kunihisa在关于分子杂交基础上的分子标记研究中，通过不同草莓品种研究，精准区分PCR-RFLP标记，对于育种者权利保障有着很大的作用。另外，FISH和GISH技术的应用，主要是基于分子杂交基础上实现。另外，在对中国和其他国家的48份材料研究中，研究重点在于亲缘关系、系统分类和多倍体形成等内容，对于草莓属植物系统分类和品种改进有着积极作用。

2.2 PCR的分子标记

PCR基础上的分子标记，涵盖类型多样，具体有SCAR、SSR、AFLP、RAPD等，此类分子标记近些年来受到了广大学者关注，研究成果丰富。韩柏明在关于PCR的分子标记研究中，主要是基于AFLP的甲基化敏感扩增多态性标记，用于深入分析草莓组培苗基因组DNA甲基化程度，并且在一定程度上了解品种变异程度。由此看来，草莓遗传研究中分子标记有着积极作用。使用SSR分子标记技术，在草莓遗传育种研究中应用，可以获取草莓灰霉病抗性基因连锁SSR分子标记，也可以形成病害遗传图谱，用于草莓选种育苗提供参考依据，选择抗病性较强的品种。

2.3 SNP的分子标记

SNP作为一种广泛存在动植物体内的遗传标记，是草莓遗传育种的主要主要内容，对于遗传变异连锁作图、群体分析以及关联分析工作开展有着很大的作用，但是现有芯片技术和测序基础的技术成本较高，即便效果可观，仍然未能广泛应用在植物遗传育种研究中。结合现有研究成果来看，很多研究者在关于SNP研究中，尝试着将其应用在草莓遗传育种中应用，可以实现系统化分析，发挥SNP多态性标记优势，支持草莓品种的遗传多样性分析工作开展。通过对草莓种类基因组数据的持续更新和完善，可以为后续的草莓SNP标记预测与确定提供有效数据支持，在此基础上深层次挖掘草莓起源与异源多倍体构成，推动研究深化，丰富更多的研究成果。

3 草莓遗传育种的基因工程

基因工程集合了多学科知识，是在哎分子遗传学和分子生物学内容基础上的现代生物技术，主要是用于探究植物基因结构功能，并且为后续的品种选育和改良提供支持。即便当前学术界关于基因技术在食品领域应用还有很大的争议，认为基因技术会影响到食物品质，甚至威胁到生态平衡。但是，基因技术的配套理论研究已经十分丰富，并且在品种选育和改良方面有着很大的积极作用。草莓遗传育种中应用基因工程技术范围较广，具有缩短草莓育种周期，对草莓基因功能验证的作用，并且可以起到草莓品种遗传性状定向改良，在提升草莓育种效率方面有着很大的促进作用。

3.1 RNAi技术

此项技术主要是在基因研究领域应用，也称之为基因沉默，应用在草莓遗传育种中可以起到品种改良、调控和基因表达的功能。关于草莓品质改良方面的研究中，RNAi技术得到了广泛应用，进一步证实了Fraa在草莓类黄铜生物合成中的积极作用。基于沉默FaDFR基因，可以显著改善草莓果实品质，颜色变浅，对于促进黄青素生物合成有着重要作用。此外，基于RNAi技术涌现的VIGS，在草莓研究中得到了广泛应用。

3.2 农杆菌介导的叶盘转化法

由于植物遗传转化方法多样，关于不同物种遗传育种研究选择的方法有所不同，其中当属农杆菌介导法最为典型。在关于农杆菌介导研究中，应用到草莓遗传育种领域，开辟了新的育种途径，可以获取转基因植株。但是，此种方法转化率较低，受影响因素多样，还有待进一步完善。在关于农杆菌介导草莓微繁殖苗转化研究中，应高度重视筛选条件和培养时间，对于最终的草莓品种转化率有着深层次的影响，需要选择合适的方式来促进草莓转化，快速筛选鉴定转化支柱品质。