绿豆遗传图谱构建研究进展

刘晨旦，张泽燕，张耀文

（1.山西大学生物工程学院，山西太原030006；2.山西省农业科学院作物科学研究所，山西太原030031）

绿豆遗传图谱构建研究进展

刘晨旦1，张泽燕2，张耀文2

（1.山西大学生物工程学院，山西太原030006；2.山西省农业科学院作物科学研究所，山西太原030031）

绿豆（Vigna radiata L.）是我国传统出口商品，具有重要的医用及食用价值。与玉米、小麦等大宗作物相比，绿豆的遗传研究在分子标记、遗传图谱构建等方面进展缓慢，其品种改良及种质资源利用仅局限于常规育种手段。分别从绿豆的育种、分子遗传研究、基于绿豆遗传连锁图的绿豆抗豆象研究以及抗旱研究等方面进行了综述，希望对促进国内绿豆的遗传研究以及育种进程有所裨益。

绿豆；遗传图谱；研究进展

绿豆（Vigna radiata L.）属于豆科（Leguminosae）蝶形花亚科（Papilionaceae）菜豆族（Phaseoleae）豇豆属（Vigna），染色体组为2n＝22[1]。绿豆中含有丰富的营养物质，具有重要的医用及食用价值。

我国是绿豆起源地之一，拥有类型多样的绿豆品种资源。绿豆具有生育期短、适应性广、固氮能力好等优点，是我国重要的粮食经济作物；同时，又是重要的营养保健食品。绿豆可加工成豆芽、粉丝、粉皮、绿豆糕等多种多样的食品，在国内外市场备受青睐，社会经济价值十分重要。目前，国内外对绿豆的各项研究仅处于常规育种、新品种选育等阶段，在分子水平上的遗传研究还比较滞后，仅有5张绿豆的遗传图谱。

1 绿豆育种研究进展

绿豆种质资源的保存与利用是各项研究的物质基础。到目前为止，国内外收集有3万份的绿豆种质资源[2]。

从1978年起，绿豆种质资源研究正式列入国家课题，并开展了一系列的相关研究。目前，中国农业科学院作物科学研究所已开始对核心样本进行农艺性状的精准鉴定，并对一些重要品质性状如蛋白、淀粉含量等进行测试及DNA分子标记分析，以期为绿豆的育种及遗传研究等提供丰富的信息[3]。

近几十年来，绿豆新品种选育的进程相对缓慢，但绿豆的各个主要生产国都取得了一定的成效。近年来，我国绿豆的品种选育工作进展迅速，对我国绿豆的产业发展起到了推进作用。

遗传诱变作为一项现代育种新技术，已成为创造新种质的重要方法。绿豆是自花授粉作物，且人工杂交率低，而遗传诱变是获得特异基因型的有效方法之一。我国学者早在1996年就对绿豆进行了卫星搭载空间诱变研究，并获得了一些稳定的绿豆变异品系，表明空间诱变可能为绿豆遗传育种开辟新的途径[4]。我国科研人员利用γ射线诱变成功培育了晋绿豆2号，该品种适应性广，产量高，深受广大种植户欢迎[5]。

在分子育种方面，与大宗作物相比，绿豆分子育种进程缓慢。抗豆象基因已被发掘及定位，有助于抗豆象品种的选育；但抗旱基因仍无进展。希望可以加快绿豆的育种进程以及遗传研究，为分子标记辅助育种提供可能。

2 绿豆分子遗传研究进展

随着绿豆分子遗传研究工作的开展，有5张遗传连锁图谱已被发布，但绿豆全染色体连锁群的图谱未尚发布。而作为豇豆属的小豆、豌豆全基因组测序已经完成，豇豆属中的分子标记具有通用性，为绿豆遗传连锁图谱的构建与发展提供全新思路。

2.1 绿豆的基因组结构特点

绿豆（2n＝2x＝22）是豆科（Leguminosae）蝶形花亚科（Papilionaceae）菜豆族（Phaseoleae）豇豆属（Vigna）植物的一个种，英文名为mungbean。绿豆的基因组较小，约为0.60 pg/IC（579 Mbp）[6]。绿豆基因组的结构属于真核生物基因组基本结构模式中的中间类型，基因组不大，重复顺序部分所占比例也较小，约占35%。但它的结构形式是多样的，几乎包括了从典型的短周期镶嵌型（较短单拷贝顺序和较短重复顺序构成相嵌单位）到典型的长周期镶嵌型（DNA重复顺序和单拷贝顺序都以很长的区段存在并相连接）之间的一切中间形式，呈现一种在2种基本基因组模式间连续分布的状态[7]。

2.2 绿豆的分子遗传作图

2.2.1 已构建的绿豆遗传连锁图谱绿豆分子遗传研究的重要环节就是构建遗传连锁图谱，是基因定位与克隆乃至基因组结构与功能研究的重要基础。绿豆在发展中国家种植比较多，属于小宗作物，与主要的农作物相比，其基础研究处于相对劣势。目前，绿豆仍然面临着诸多问题，如引物匮乏、已知基础序列少等，主要原因是由于绿豆是闭花授粉作物，种内多态性低；在分子生物学研究方面，对绿豆的研究还较少，可用于共享的基因组信息也非常少。分子标记技术在近几年虽然快速发展，但绿豆的遗传连锁图谱构建工作仍进展缓慢。表1是近几年来已经构建的绿豆的5张遗传连锁图谱[8]。

表1 已构建的绿豆遗传连锁图谱

2.2.2 绿豆与其他豆科作物的遗传连锁图比较最初，豆科植物基因组的比较研究主要是以RFLP标记作图为基础的，其着眼于同属或同族的亲缘关系较近的物种间的比较。绿豆也是如此，会大量利用其他豆科作物的探针来构建绿豆的遗传连锁图谱，如利用普通菜豆、豇豆、大豆等的探针，这也为绿豆与其他豆科作物基因组的比较提供了一定的条件[9]。MENANCIO-HAUTEA等[10]在对热带豆类的基因组进行比较后，结果发现，在绿豆与豇豆基因组的连锁群中存在10处的同源区域，其中，最长的4个保守片段位于绿豆的第1，2，3，7连锁群，与豇豆的第2，7，1，4连锁群相对应。比较绿豆和小豆的连锁图，发现二者之间也存在保守片段。ISEMURA等[11]研究发现，绿豆连锁图谱中第1，2，3，4，8，11的连锁群分别与小豆连锁图谱中的第1，4，10，8，2，9连锁群相对应。但是绿豆与豇豆和小豆之间的基因组保守程度相比，绿豆和普通菜豆之间的保守程度相对较高。BOUTIN等[12]将比较的范围扩大到豇豆属、菜豆属和大豆属之间，结果发现，基于RFLP标记的绿豆的连锁图谱同普通菜豆的连锁图谱存在大范围的重叠现象，并且，置换现象也大量存在[13]。

2.3 基于绿豆遗传连锁图的抗豆象研究

绿豆象是对于豇豆属食用豆类作物危害非常严重的仓储害虫[14]，其严重地影响这些作物的产量以及质量[15]。因此，选育抗虫品种是亟待解决的问题。

2.3.1 绿豆抗豆象基因的遗传原理KITAMURA等[16]通过研究发现，F2群体的抗豆象性符合3∶1的分离规律。YOUNG等[17]研究证明，抗豆象性是由1对等位基因来控制的。1998年程须珍等[18]以TC1966作为父本、中绿1号作为母本配制杂交组合,并对其生长得到的F2种子进行了人工室内接虫，鉴定结果符合3∶1，证明TC1966的抗豆象特性是由1对显性基因来控制的。至今，抗豆象的遗传研究大部分都是针对抗豆象野生种TC1966的研究，然而对于抗豆象栽培种绿豆的研究还比较少。

2.3.2 绿豆抗豆象基因的分子标记KAGA等[19]利用479个随机引物,分别在抗虫亲本TC1966和感虫亲本Osaka-ryokuto间筛选，得到8个多态性较好且与抗豆象基因连锁的RAPD标记。YOUNG等[17]以58个TC1966和感虫栽培种VC3890的杂交F2为材料进行RFLP分子标记试验，结果将抗豆象基因（Bruc）定位在第8连锁群上，并找到了与其连锁的6个标记，最近的一个标记与目标抗性基因的距离为3.6 cM。KAGA等[19]用TC1966为材料进一步进行RFLP分析，将TC1966的抗豆象基因Br定位在第9连锁群上，同时绘制了Br基因的遗传连锁图谱，找到了与其紧密连锁的13个RFLP标记，其中6个RFLP标记与Br基因的遗传距离为0.2 cM。

2.4 基于绿豆遗传连锁图的抗旱研究

干旱是一种世界性灾害，它是影响我国绿豆生产的主要因素之一。据报道，我国每年大约有667万hm2的面积得不到灌溉，因干旱造成的粮食减产达700亿～800亿kg。旱灾已经成为我国第一大自然灾害[20-21]。

在我国，绿豆的主产区集中在东北、西北及华北地区。由于降雨量少，我国西北干旱以及半干旱地区的主产区基本上无法正常灌溉，因此，伏旱经常发生，干旱已成为限制这些地区绿豆生产发展的主要因素。筛选抗旱的种质资源、培育抗旱品种，是我国绿豆生产发展急需解决的问题[20-21]。

2014年11月，绿豆全基因组测序完成，这是首个豇豆属作物全基因组测序的物种；到2015年1月底，小豆全基因组测序也公开发表，这无疑为绿豆、小豆等豇豆属作物的基因组学研究揭开了新的一面，将有力促进近缘种作物中基因发掘、定位等工作的开展。国内外关于绿豆遗传研究及图谱构建方面的研究，几乎都是关于绿豆抗豆象方面的，而对于抗旱方面的遗传研究几乎没有。因此，抗旱绿豆遗传图谱的构建尤为重要。希望后期在抗旱方面的遗传研究也可以有所进展，为抗旱品种的选育及利用奠定基础。

3 讨论与展望

当前的绿豆遗传连锁图谱主要存在以下问题。

（1）至今已成功构建的绿豆遗传连锁图连锁群数目（9～14）与绿豆的染色体基数11是不一致的，这可能是因为已构建的连锁图谱的标记位点太少或连锁区段存在着高重组的现象[22]。（2）至今已经构建的绿豆遗传连锁图，密度都偏低，且均匀性也比较差，因此，基于连锁图谱的基因精细定位和分子标记辅助育种等研究都具有很多困难。并且，目前构建的绿豆图谱大多使用RAPD和RFLP标记，其中，RAPD属于显性标记，信息度低，稳定性差，不能很好地区分杂合基因型和纯合基因型；开始被广泛应用于作物分子遗传连锁图构建的是RFLP标记，但RFLP标记也存在很多弊端，且其在实际应用方面也存在诸多缺陷，如难以进行不同群体图谱间的比较分析和难以应用于基于图谱的分子标记辅助育种等[23]。现在，SSR分子标记深受欢迎，因其为共显性标记，具有多态性丰富、重复性好、试验周期短、且在植物的基因组中广泛分布的优点，它能够解决RFLP标记所存在的问题，因此，SSR分子标记成为作物遗传图谱构建的首选分子标记[24]。（3）目前，构建的绿豆遗传连锁图谱所使用的均为初级的作图群体，后期如果想要完成对基因的精细定位工作，还必须要构建绿豆的次级作图群体（如目标近等基因系群体，QTL-NIL）。初级作图群体大部分的群体数目都偏小，在200个以下，应构建密度更高、更加饱和的绿豆遗传连锁图，因此，需要发展数目较大的群体。

如今，由于绿豆象小种可能会发生变异，导致抗虫品种逐渐转变为感虫品种，因此，需要培育具有较永久抗性的抗豆象品种。关于抗豆象基因的遗传定位研究目前已经起步，这就为后期更深入的研究及其发展提供了一定的技术平台。与此同时，应该充分利用分子标记，实现分子标记辅助育种，还可以定位出抗豆象基因，并成功构建遗传连锁图谱。

由于绿豆是自花授粉作物，选育抗豆象的绿豆品种存在一定的难度。若可以把其他豆科作物中的抗豆象基因导入到绿豆中，就可以提高绿豆抗性。此外，对于防治病虫害，也面临着抗虫材料较少及能否长久抗病虫害的问题。因此，在实际工作中，应该加快培育抗豆象品种的进程，为后期工作奠定基础。

干旱直接制约绿豆的生产与发展，选育优质抗旱品种是当前绿豆发展亟待解决的问题。之前，科研工作者在绿豆的抗旱鉴定等方面作了大量的研究工作，并且已取得了一定的进展。绿豆抗旱是一个复杂的机理，并且不同的作物适应干旱的方式也大不相同[25]。所以，今后对于绿豆抗旱生理生态的研究应该更加全面，加强综合比较方面的研究。此外，今后工作的重点还应该结合分子生物学手段，在分子水平上研究绿豆的抗旱机制，并且积极致力于绿豆抗旱基因的发掘及定位，为后期抗旱遗传图谱的构建以及分子标记辅助育种提供基础。

利用常规育种与分子育种相结合的手段选育出高产、抗病、抗虫（主要是抗豆象）、抗旱的绿豆新品种。继续绿豆品种资源的筛选工作，结合分子标记进行一些农艺性状的辅助选择研究。

在绿豆遗传图谱的构建以及基因定位等方面，充分利用并开发绿豆的DNA分子标记，进行绿豆分子水平的遗传研究，包括分子标记辅助育种、QTL作图研究等；将其他作物中的抗豆象、抗旱和其他抗性基因导入到常规栽培的绿豆品种中，这将是绿豆分子育种研究的重点。

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Research Progress on the Construction of Genetic Map of Mung Bean

LIUChendan1，ZHANGZeyan2，ZHANGYaowen2
（1.College ofBio-engineering，Shanxi University，Taiyuan 030006，China；2.Institute ofCrop Sciences，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China）

Mungbean（Vigna radiata L.）is our countrytraditional export commodities,it has important medical and edible value. Compared with other crops,such as maize and wheat,the genetic research of mung bean is slow in molecular marker and genetic map construction.Its variety improvement and utilization of germplasm resources are limited to conventional breeding methods.This paper reviewed the mung bean breeding,molecular genetic study,mung bean genetic linkage map of mungbean weevil resistance research and research on the drought resistance,which will help promote domestic genetic research and breedingprocess ofmungbean.

mungbean;genetic map;research progress

S522

：A

：1002-2481（2017）06-1040-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.06.43

2017-04-18

国家食用豆产业技术体系（CARS-09-G11）；山西省农业科学院育种工程项目（17yzgc088）

刘晨旦（1992-），女，山西吕梁人，在读硕士，研究方向：作物遗传育种。张耀文为通信作者。