番茄抗病育种研究概况及展望

2021-12-26张莉

农业开发与装备 2021年3期

张莉

（徐州市铜山区新区街道办事处，江苏徐州 221000）

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番茄营养价值高、品种丰富，含有番茄红素具有抗癌效果，由于其具有较高营养价值与独特风味，已经成为蔬菜主要栽培品种，广泛种植于露地、日光温室及塑料大棚等地区。但在种植过程中易产生病害，造成严重危害，现阶段番茄生产中防治病害多依靠化学药剂喷施，不仅会引发食品安全问题，还会污染环境、增加成本。徐州地区常见番茄病害包含黄化曲叶病、番茄斑萎病、番茄灰霉病等，因此，徐州在番茄育种中需针对地区情况，培育优良抗病品种，为番茄产业发展提供支持。

1 抗黄化曲叶病育种进展

番茄黄化曲叶病毒（TYLCV）最早发现于中东地区，在全世界范围内番茄大面积种植，加上大量繁殖的烟粉虱，导致番茄黄化曲病已经对番茄生产造成重要危害。近几年，番茄育种工作者探索TYLCV株系分化，在江浙一带与日本Harouno株系同源性较高。

番茄黄花曲叶病抗性基因包含Ty-1、2、3、3a、4、5，Ty-1来源于智利番茄LA1969，证明Ty-1与3为等位基因，编码RNA依赖RDRγ类RNA聚合酶，具有典型的DFDGD催化结构域，揭示了新的抗病基因；Ty-2源于多毛番茄，位于第11条染色体TG393和TG36之间，通过构建Ty-2染色体基因染色体片段高分辨率遗传图谱，在M1和UP8之间定位Ty-2分子标记，遗传距离0.4 cm，即可实现Ty-2的显性遗传；Ty-4基因源于智利番茄，标记于3号染色体[1]。研究表明，含有单个Ty-3、Ty-2、Ty-4基因抗病性通常为中抗、抗病、感病，Ty-2与任意抗病基因组合，均可提高抗病效应。但Ty-4与Ty-3抗病效果不强，通常为中抗；Ty-5源于秘鲁番茄TY172，标记在4号染色体，抗性一般，属于隐性遗传基因。

在番茄育种中，已经培育出抗TYLCV的品种，如浙杂501、苏粉11、杭杂301、浙粉701，对于TYLCV抗性良好，一般基于Ty-1、3抗病。在研究中筛选抗TYLCV的Ty-3a材料共12份，含Ty-1材料16份，抗四种病害；含Ty-3a、Mi、Cf9基因材料2份，分别为P132和15265；含3中抗病害与4种抗病基因6份，代号P097；含Ty-1、cf5、cf9基因2份，代号15444和15442；含Ty-1、Ty-3a、cf9、Mi材料2份，代号1549和15501；含Ty-1、cf9、cf5、Mi基因材料1份，代号15439。通过筛选鉴定抗枯萎病、黄花曲叶病、也霉素三种病害，为Ty-3a、cf5、12材料15331；筛选抗根结线虫、黄花曲叶病、也霉素则为15435和15490，以Tm-1、cf5、Mi-1基因为主的13485材料为母本，以13337为副本，配制杂交组合，通过抗病性接种鉴定与分子标记发筛选6个世代，最终选择抗TYLCV的，含有Ty-2、3的基因纯化材料4株[2]。

2 抗番茄斑萎病育种进展

抗番茄斑萎病受到番茄斑萎病毒（TSWV）侵染，最早发现于澳大利亚，在意大利、法国、阿根廷、美国、西班牙等国传播开来，严重损害当地番茄生产。在我国云南、河北、广东、江苏等地区陆续发现TSWV，严重危害当地番茄种植。

TSWV遗传物质由LRNA、MRNA、SRNA构成，通过对7种野生番茄抗TSWV表现，发现秘鲁番茄与智利番茄中含抗TSWV材料[3]。分析番茄遗传资源中心（TGRC）与美国农业部（USDA）的智利番茄登记的抗TSWV差异，14%植株与60%登记种核可抗TSWV，且筛选24份抗性材料，分别为潘那利番茄、秘鲁番茄、智利番茄及切梅留斯基番茄，显示抗TSWV遗传规律属于显性单基因遗传。

秘鲁番茄中抗TSWV基因位点为Sw-5，陆续开发一系列联锁分子标记。一个RAPD与Sw-5联锁的标记，利用RFLP标记定位Sw-5在番茄9好染色体的CT220与CT71之间；之后鉴别四个RAPD与Sw-5联锁的标记，开发其中2个为SCAR标记。通过扩增筛选SCAR标记，鉴别出显性SCAR2标记，可在抗病材料中扩增400 bp特异性片段，发现该标记多态性源于缺失或插入的扩增片段，且稳定有效地区分大田栽培与温室栽培环境抗TSWV资源[4]。通过研究开发的SNP、SCAR、RFLP、RAPD等分子标记均围绕番茄显性Sw-5基因位点展开，拥有上述分子标记后，即可迅速鉴别番茄内抗TSWV基因材料，加快育种。

Sw-5为显性单基因遗传位点，且抗多病毒包含GRSV、GBNV、TCSV、TSWV。FRLP分子标记CT200与Sw-5紧密联锁，之后以CT200标记为探针分离长约400 kb可覆盖Sw-5的YAC克隆TY257，且在黏粒文库中利用染色体步移方式在9个重叠黏粒克隆内100 kb染色体片段中定位Sw-5之后，通过含有Sw-5的番茄材料建立BAC文库，利用2个RFLP分子SCAR421与CT220序列进行引物设计，即可获得重叠群，长约250kb，之后以抗性基因保守序列设计，克隆获得3个PCR独立片段进行测序，分析抗病候选基因处于CT220附近。通过蛋白质与酵母双杂体外结合试验，在文库中可找到相互作用的CC-（NBARC）-LRR蛋白，同源性与系列对比发现该蛋白与抗TSWV基因Sw-5a、5b、5c、5d、5e具有较高同源性，将其命名LRR-SW5-F。

番茄和抗TSWV遗传转化包含TSWV病毒RNA转化与Sw-5基因利用。为将抗TSWV心梗扩大，将斑萎病毒中3种不同病毒的N基因串联转入烟草，表明转基因植株对病毒抗性水平较高，在番茄与烟草转入TSWV的N基因反义与正义RNA后，均可提高抗TSWV性能，获得100%抗性水平的转基因植株。

3 抗番茄灰霉病育种进展

番茄灰霉病病原菌属灰葡萄孢（Botrytis cinerea），通过空气传播，B.cinerea能够分解和阻碍寄主组织与防御应答能力，其侵染分为三阶段，最初形成病斑阶段、静止阶段与扩展病斑阶段，主要破坏双子叶寄主衰老组织与成熟组织，且在发育作物早期侵入。在加温温室中侵染果实与叶片较少，侵染茎部较多，部分加温温室与没有加温则侵染叶片较多。植株表面高湿、低压、低温是推动B.cinerea叶片侵染的重要因素。

番茄抗病基因通过栽培Money maker与LYC4杂交获得F2群体，利用B.cinerea菌株接种离体茎，获得2个抗性QTLs，位于第1条染色体（Rbcq1）和第2条染色体（Rbcq2），分别解释12%与15%的表型变异率[5]。在分离群体BC2S1中能够检测QTL，显示与第二条染色体Rbcq2相互作用。之后通过栽培番茄与消化番茄杂交获得F3群体，获得pQTL3、4、9在番茄LYC4上能够鉴定同源位点，进一步在BC3S1与BC2S2中获得验证。在抗病基因工程中，利用多聚半乳糖醛酸酶抑制剂蛋白基因将其转入番茄内，与对照组相比果实组织降解低15%，减少叶片病斑25%，有效提高了抗B.cinerea性[6]。并且，将南芥转录因子转入番茄，可获得新抗灰霉病主株系，转录基因植株抗B.cinerea侵染抵抗力增强效果显著。

4 番茄抗病育种的展望

当前，大部分番茄均含有抗TYLCV作用，却缺乏兼抗其他病害品种，采取常规育种方式难以在一个品种上聚合多种抗性基因，田间鉴定抗性不准确，费工费时且存在盲目性，也亟需解决。在今后育种之中，依然以常规杂交育种为主，辅以分子标记等技术手段，进而促进新品种抗性水平提高，特别是在现代分子生物学不断发展下，功能基因组学与抗病分子标记在育种中将会发挥重要作用，可利用分子标记选择技术培育优质的综合性抗病品种。同时，番茄生产中品质与产量也会受到弱光与低温影响，当前品种种植畸形果较多，不耐低温，对其经济效益造成影响，选择耐寒品种可解决番茄冻害与冷害，需研究不同低温与田间低温处理方式，为耐冷、耐寒育种提供依据，可以中果型、抗病性、畸形果少、耐低温番茄为目标，通过分子标记与农艺形状观察的方式，筛选果实均一、高抗病的自交系系配制杂交组合，筛选检测分离群体抗病分子，选出具有经济性与抗病性材料，为后续育种优质多抗番茄提供支持。