观赏桃分子育种研究进展与展望

张文斗王燕徐曼顾振华步洪凤万宏伟

(1.常德职业技术学院，湖南 常德 415000；2.常德市农业农村局，湖南 常德 415000)

桃花(Prunus persica)是蔷薇科李属的植物，是观花为主要目的桃及近缘种(山桃、甘肃桃、新疆桃、光核桃)的统称，我国分布广泛、适应性强的一种春季观花树种。伴随着人们生活水平的提高和对美好生活的追求，观赏桃作为园艺观赏植物的代表之一，凭借其美丽的花色，成为了广大园艺爱好者们热衷的方向之一。

近年来，植物分子育种技术在植物新品种研究得到了广泛应用，已成为研究热点，因此本文将对观赏桃分子育种研究进展进行综述，从观赏桃分子育种遗传学基础、分子标记技术、遗传转化体系、性状生物育种应用、高通量测序技术、基因编辑技术等方面的发展趋势进行展望，以期为观赏桃的分子育种提供参考意见。

1 观赏桃的新品种选育

观赏桃作为一种重要的园艺观赏植物，具有丰富的形态特征与遗传多样性。在遗传学基础方面，观赏桃的染色体数目为2n=16，遗传方式为有性遗传，遗传变异主要表现为单基因控制的简单遗传性状和多基因控制的复杂遗传性状，如花色、花型、花期等。

我国于20世纪50年代开始进行观赏桃的选育工作，采用的主要是传统的育种方式，包括人工杂交、选择育种等方法。经过长期的研究和努力，成功地选育出了一系列优良的观赏桃新品种[1]。北京市农林科学院利用“寿星桃”“白凤”和“早红2号”油桃为原始亲本，经过多代育种，筛选出了一批花朵和果实性状较理想的优系。中国农业科学院郑州果树研究所利用“白凤”与“红寿星”的杂交后代2-7自交，育成新品种“满天红”[2]；利用“迎春”为母本、“白花山碧桃”为父本进行人工杂交，育成新品种“探春”[3]，随后又培育出“迎春”[4]“元春”[5]，以及“红色菊花桃”；利用“红垂枝”和“菊花桃’为亲本的杂交实生子相继培育出“粉垂菊”[6]“红线菊”[7]“粉线菊”[8]和“万重粉”[9]等品种。山东农业大学选育出叶紫叶、花期早、果可食的观赏桃花新品种“紫奇”[10]。北京植物园利用早花有香味的“白花山碧桃”为父本，分别以“合欢二色”“绛桃”为母本，培育出2个早花品种[11]。江苏省农业科学研究院园艺研究所以“Rutgers Red leaf”“白寿”等为亲本材料，选育出红叶、粉花、重瓣的观赏桃“红粉佳人”[12]。常德职业技术学院从“照手姬”实生后代群体中选育出“粉玲珑”[13]，从“合欢二色”实生后代群体中选育出“朝霞”，从紫叶桃实生后代群体中选育出“烟云”，从桃花种质资源圃自由授粉的种子后代群体中选育出“晨雾”等一系列优良品种。

传统育种方式的确存在时间长、投入大等缺点，而基于分子标记技术的育种则能够显著提高育种效率和精度。通过分析物种基因组序列，寻找与特定性状相关的标记，鉴定具有优良基因型的植株或杂交组合，进而进行二次杂交和筛选，可以快速筛选出有潜在的优异后代。此外，基于高通量测序技术，可以对大量胚胎和幼苗进行遗传鉴定，从而加速育种进程。基于这种方法可以更加精准地挑选出理想的品种，加快品种推广进程，大大缩短培育周期。因此，基于分子标记技术的育种具有效率高、周期短、精准度高等优点。

2 观赏桃分子标记技术的应用

分子标记技术是现代遗传学中的一种重要工具，在植物生物育种中得到了广泛的应用，其主要应用包括遗传多样性的分析、品种鉴定和物种识别、遗传图谱构建以及分子辅助育种等方面，其应用可以提高育种效率和精度，并探索目标性状的分子基础和分布规律，为实现育种的科学化和精准化提供强有力的技术支撑。

观赏桃是一种非传统林木树种，其基因组的组成和结构目前并未得到完全解析，这限制了分子标记技术在观赏桃的应用。因此，观赏桃在分子标记和遗传研究方面的研究成果相对较少。胡东燕博士率先采用AFLP和ISSR分子标记技术对51个观赏桃品种进行了桃花品种系统分类研究，并成功建立了品种分类系统及DNA指纹图谱库，该研究证实了分子标记技术在鉴定和支持桃花品种的描述及登录方面的应用价值，并揭示了桃花品种的育种起源，为今后新品种的保护、鉴定和登录工作奠定了坚实的基础[14]。徐勇通过EST搜索、RACE、同源克隆等方法成功克隆了8个MADS box基因，并在拟南芥中表达进行了表型鉴定，其还探讨了利用基因内SSR标记和公共EST数据库的途径来挖掘控制重要农艺性状候选基因的可能性，为观赏桃的分子机制提供了一个新思路[15]。曹珂等使用SSR分子标记对桃树的花药颜色和花粉育性进行了研究，并寻找了相关的分子标记，证实了红色和黄色花药的花粉育性较强于白色和浅褐色花药[16]。陈霁基于SSR标记技术，对国家果树种质南京桃资源圃中收集保存的34份观赏桃种质及7份桃的近缘种和毛桃，24份桃砧木种质分别进行了遗传多样性鉴定和亲缘关系分析，为观赏桃和桃砧木种质的利用和系统演化提供分子依据[17]。樊晓梅使用SSR标记技术对23个观赏桃品种进行了亲缘关系分析，研究结果支持了将枝型视为比花型更高级别的分类级别，同时还发现花型、花色和叶色等性状之间存在交叉，其中交叉程度最轻的是花型[18]。吉爽秋等运用全基因组关联分析、IGV可视化软件以及竞争性等位基因特异性PCR技术，成功地定位了观赏桃花的候选位点，并进一步完善了桃花型基因型分类[19]。通过分子标记技术，其开发了一组可靠的桃花型相关分子标记，为观赏桃花的分子辅助育种提供了重要的理论支持。

3 观赏桃遗传转化体系的建立

遗传转化技术是转基因生物育种的关键。通过遗传转化技术，外源基因可以被精准地插入到目标物种的基因组中，从而实现目标基因的增加或改变，达到育种的目的。在现代农业生产中，遗传转化技术已经成为了重要的育种手段之一。借助这项技术，育种者可以迅速获得具有特定基因的新品种，有利于观赏园艺业的发展。因此，将遗传转化技术应用到观赏桃生物育种中，是一项重要的研究方向。建立观赏桃的遗传转化体系，可以为观赏桃的育种提供更多的途径和方法，有助于开发具有新品种特征的新品种，并推动观赏园艺业的进一步发展。

在园林植物中，用于对其进行遗传改造的研究也越来越多，常用的转基因技术包括花粉管通道法，基因枪法，农杆菌介导法[20]。目前，以外源基因转化为主的方法主要有外源基因转化，该技术最大的优势在于它可以在T-DNA上插入几乎任意的基因[21，22]。虽然许多玫瑰果树都已经成功地应用了农杆菌介导的转基因技术，但是对于李属的核果科水果来说，目前还没有一套完整的转基因体系，Petri等提出，目前制约李属水果进行转基因的主要原因有不定芽的产生困难，对抗菌药物(尤其是卡那霉素)的选择较为敏感[23]。

迄今，有关桃树组织(幼胚、成熟子叶、幼子叶愈伤组织、叶片外植体)的研究已经有了一定的进展，然而，关于转基因技术在桃树中的应用却鲜有报导，而已经被证实的桃树外植体材料都是从果实中提取的。可惜，那些被报告过的成功例子，在其它实验室里，却无法复制[24]。Sabbadini等报告了2个由扁桃和Prunus amygdalus杂交种GF677的体细胞组织中获得的转基因植株[25]。最近，Xu等发表了一种发根农杆菌介导的桃下胚轴、叶片和芽体外植体转化成转基因毛状根的方法，从而产生野生型芽和转基因根的复合植株[26]。

通过桃的外植体，可以获得较高的成活率，但是通过愈伤组织来获得不定芽的方法还没有文献报导，虽然已经进行了很长的研究，但成功的例子还很少。为获得一个有效的桃树遗传转化系统，许多研究人员对此进行了探讨。Smigicki等首先对桃树进行了基因工程改造，并采用了一种新方法，即采用了一种新的方法来进行桃树的基因工程改造[27]；R Scorza等通过pGA472及根癌农杆菌A281得到了将该基因导入到桃中的基因序列中，并将其导入到桃中[28]。但到目前为止，鲜有关于桃愈伤组织的转化报道，说明桃的遗传转化体系还未进入生产应用阶段。

4 观赏桃高通量测序技术的应用

高通量测序技术是一种快速、准确、高通量的DNA测序技术，可以大量快速地获得海量的遗传信息。高通量测序技术在园艺植物中应用广泛，可以用于基因组测序、基因型选择、转录组分析、小RNA分析、DNA甲基化和染色质修饰分析等方面，并且需要进行生物信息学分析，为园艺植物研究和育种提供支持。

目前关于高通量测序技术在观赏桃的应用主要集中在转录组、代谢组以及病原微生物群体方面的研究。周泳以同株间色碧桃“洒红桃”为试验材料，采用高通量测序技术，检测了间色和红花碧桃存在的差异表达基因，并对间色花和红花差异蛋白表达进行了比较分析，同时采用全基因组甲基化测(WGBS)方法，从表观遗传学的角度分析基因甲基化在碧桃不同花色表现中的差异表达，研究结果阐明了相同基因型不同花色的表现机理[29]。马秋月等利用454高通量测序技术，对其花瓣转录组序列进行SSR位点发掘，结果发现含SSR的序列4705条，共得到5668个SSR，平均每3.49kb出现1个SSR[30]。周晖等以红叶品种“红叶桃”为试材研究了叶片花青苷着色的分子机理，基因表达谱分析表明红叶中花青苷代谢途径所有结构基因的表达量都明显高于绿叶，同时还通过红、绿叶转录组比较分析，并结合前人桃红叶性状Gr基因定位结果，发掘了控制观赏红叶桃叶片花青苷着色的关键基因PpMYB10.4，该调节基因在绿色桃叶和烟草叶片中瞬时表达能够促进花青苷积累[31]。徐曼等对流胶病感染部位的真菌多样性和转录组分析，揭示了不同抗性的观赏桃品种的真菌丰度具有差异性，这一差异也引起了宿主感染组织的转录组差异表达[32]。

目前，虽然高通量技术并未在在观赏桃分子育种得到了广泛的应用。但早在2013年科学家已经完成了桃树(Prunus persica)高质量基因组测序，使得果桃的分子研究取得很多重大突破，高通量测序技术有望在观赏桃遗传变异分析、基因定位、抗逆性研究等方面得到广泛的应用。

5 基因编辑技术在观赏桃生物育种中的应用

基因编辑技术是一种新兴的遗传改良方法，可以帮助人们更好地改良和培育园艺植物，已经被广泛应用于番茄、水稻、苹果、草莓、花卉等园艺植物的育种研究中，并且取得了重要的研究进展。在番茄的育种研究中，运用基因编辑技术标记了水果颜色和形态相关的基因，使其变得更加美观和营养丰富。在草莓的育种研究中，成功地实现了红色草莓果实中多酚生物合成途径的基因修饰，从而使其产生更高的抗氧化活性。

基因编辑技术是一种基于CRISPR/Cas系统的精准基因编辑技术，可以在基因水平上改变或完善品种性状，为观赏桃分子育种带来了全新的契机。基因编辑技术有望在用于观赏桃的花色和花型等复杂遗传性状的改良，达到利用基因编辑技术改造观赏桃具有开发新潜力和更高的观赏价值，将极大地促进观赏桃产业的发展，但也需要克服一定的技术和伦理挑战，加强相关研究的规范和管理。

6 结论

本文总结了观赏桃分子育种的研究进展和展望，并且就分子标记技术、遗传转化体系建立、性状生物育种应用、高通量测序技术、基因编辑技术进行了阐述。观赏桃的新品种选育是观赏桃分子育种的重要方面之一，选育具有良好性状的新品种，可以提高观赏桃的经济和生态效益。分子标记技术为观赏桃分子育种提供了一种高效的方法，对于观赏桃亲本筛选及杂交后代的遗传分析有着重要的作用。观赏桃遗传转化体系的建立是将分子育种技术转化为实际品种选育的关键，可以将各种重要基因导入目标品种。此外，高通量测序技术的广泛应用正为观赏桃生物育种提供了新的机遇。通过高通量测序技术，可以更加全面地了解观赏桃品种中的基因组构成，同时也可以精确地检测观赏桃种群中不同基因型之间的遗传差异，并拓展分子育种的研究层面。基因编辑技术进一步推动了观赏桃分子育种的应用前景。基因编辑技术可以高度精准地编辑观赏桃基因组中的目标序列，实现对性状的优化和改良，为品种选育提供了新的途径。观赏桃分子育种技术的不断发展以及多种技术的不断创新，为观赏桃的育种提供了广泛的选择和改良方法，为观赏桃产业的发展作出了重要的贡献。