美国农业部黄瓜分子育种研究简介

2019-06-10 09:30:40 天津农业科学2019年6期

摘    要:美国农业部黄瓜研究实验室隶属于美国农业部农业研究署(USDA-ARS)蔬菜作物研究室(VCRU),挂靠于威斯康星大学园艺系。该实验室黄瓜育种项目始于1968年。过去50年中,该实验室在黄瓜遗传育种方面取得了丰硕的成果,并对美国及世界黄瓜育种起到了重要的推动作用。本文简要介绍了实验室的历史及研究成果,着重概括了2008—2018年本实验室在以下方面所做的研究及取得的成绩:(1)黄瓜应用基因组学工具的开发;(2)黄瓜重要经济性状分子标记的开发,基因及主效QTL的克隆与功能研究;(3)黃瓜染色体的起源与进化分析,以及栽培黄瓜的驯化与种质资源的遗传多样性研究。同时,对所取得的各项成果在黄瓜育种中的潜力进行了评价。最后对今后实验室的工作进行了展望。

关键词:黄瓜;分子育种;QTL;基因克隆;染色体进化;驯化

中图分类号:S642.2; S32            文献标识码:A         DOI 编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2019.06.002

Abstract: The cucumber improvement program of the USDA-ARS Vegetable Crops Research Unit (VCRU) dedicates to cucumber germplasm enhancement research. This program was established in 1968. In the last 50 years, accomplishments made in this lab contributed significantly to US cucumber productions with also impacts to cucumber breeding around the world. This review gave a brief introduction of the history of this lab, and major achievements in cucumber genetics and breeding research with focus on work in 2008—2018 in the following four areas. (1) Development of applied genomics resources for cucumber molecular breeding. (2) Molecular mapping and cloning of economically important genes and QTL in cucumber.(3) Origin and evolution of cucumber chromosomes, and domestication and genetic diversity in USDA cucumber collection. This paper also discussed the impacts on cucumber breeding and future directions of our work.

Key words: cucumber; molecular breeding; QTL; gene cloning; chromosome evolution; domestication

美国农业部黄瓜研究实验室隶属于美国农业部农业研究署(USDA-ARS)蔬菜作物研究室(VCRU),挂靠于威斯康星大学园艺系。该实验室黄瓜育种项目始于1968年,至今已有逾50年的历史。在过去50年中,该项目经历了3个负责人:C E Peterson博士(1968—1987年)、J E Staub博士(1988—2007年)以及翁益群博士(2008迄今)。该项目自成立以来,在黄瓜遗传育种方面取得了丰硕的成果,并对美国及世界黄瓜生产起到了巨大的推动作用。

本文先对其研究历史和主要成就(2008年以前)进行简要概述,然后着重对2008—2018年的科研工作进行了详细介绍,最后根据目前黄瓜育种的发展过程中存在的问题对实验室未来将开展的研究进行了展望。

1 美国农业部黄瓜遗传育种研究的历史及主要成就 1.1 1968—1987年

1968年,Peterson博士从密执安州立大学(MSU)转到位于威斯康辛麦迪逊的美国农部蔬菜作物研究室(VCRU)开始蔬菜作物育种工作。在其后20年中,他在黄瓜育种及种质资源改良方面开展了大量卓有成效的工作,其贡献主要体现在以下几个方面。

1.1.1 黄瓜雌性系的发现及其在黄瓜F1杂交制种中的广泛应用    美国黄瓜杂种F1应用始于1945年,F1制种来源于两个同株异花(Monoecious=M)亲本间的杂交,因而制种成本太高,经济效益差。20世纪50年代后期在来自韩国的一份材料(PI 220860)中发现了全雌株,Peterson博士由此在1962年培育出了黄瓜的第一个雌性系(MSU713-5),及由此衍生的第一个黄瓜全雌F1杂交种'Spartan Dawn'。同时,Peterson博士也研究了雌性系的遗传与生理基础,并发明了用激素进行雌性系诱雄的方法[1-2]。这一套体系大幅度降低了杂交种制种成本,使杂交种大规模商业化生产成为可能,特别是在露地栽培情况下使用雌性系F1杂种,其优势不在于多次收获的高产而在于其早期产量比传统的用M×M的F1要高很多(由于结实较集中)。这对北美露地栽培一次性机械收获的生产体系有重大影响,现在几乎所有一次性机械收获的品种均为雌性系F1[3]。