枣分子育种研究进展
2023-12-13朱高浦
朱高浦
(1.中国林业科学研究院经济林研究所,河南 郑州 450003;2.经济林种质创新与利用国家林业和草原局重点实验室,河南 郑州 450003)
栗、枣、柿是我国传统的三大木本粮食树种,其中枣的全国种植面积达146.67×104hm2,年产量约800万t,产值超1 000亿元,是三大木本粮食树种中唯一一个超过千亿的产业[1-2]。据考证,枣在我国的历史达七千年之久,是枣的发源地,其他各国均在不同的历史时期由我国直接或间接引种,如今已在五大洲的30余国栽培[1-3]。随着科研人员在枣种质资源分子评价、全基因图谱及遗传连锁图谱绘制、产量品质和抗性相关功能基因挖掘等方面取得了重要进展,奠定了我国枣研究的世界领先水平,巩固了世界第一大国的地位,引领了木本粮食树种分子育种的研究方向。
1 枣种质资源遗传多样性
枣在我国古代被称为“棘”,成语“荆棘丛生”的“棘”即为野生种“酸枣”。这也是中国祖先最早食用和栽培驯化的果树之一[3]。在长达七千年的驯化过程中,由于人们在不同历史时期的需求不同,在种内、种间都产生了极为丰富的遗传变异,产生了近千种的枣农家品种、地方类型、栽培品种等,极大地满足了人类的需求,但也带来了严重的同名异物和同物异名现象,阻碍了枣种质资源在育种中的应用[4]。
目前,国内外学者主要利用SSR(Simple sequence repeat)、SNP(Single nucleotide polymorphism)和ISSR(Inter-simple sequence repeat)等分子标记对酸枣、枣等的遗传多样性和品种鉴别等进行了研究。Xu等[5]利用24个SSR标记对962份枣种质资源进行了基因型分析,在622个独特的二倍体基因型中检测到215个等位基因,其中有128个属于稀有等位基因,且在整个种质资源中出现的频率很低(<0.05)。多态性信息含量(Polymorphism information content,PIC)显示,所有基因型的多样性水平均较高,平均达0.56;筛选出的16个SSR引物扩增出的位点表现出高度的多态性(PIC>0.5),筛选的8个引物表现为中等多态性(0.25<PIC<0.5)。Chen等[6]利用24个SSR、38组三等位基因和4 642个双等位基因SNP标记对150份核心种质进行了分析,结果显示了150份材料具有高度的遗传多样性,且在群体结构研究方面,SSR的分辨率高于SNPs。Hou等[7]采用全基因组关联分析(Genome-wide association study,GWAS)对180份枣进行了分析,发现了9个重要品质性状相关的SNP信息;采用基因分型测序法进行基因分型,共鉴定出4 651个高质量的SNPs,分析发现这150份群体可分为3个不同的类群,且连锁不平衡在快速衰减。Shen等[8]利用筛选出的8个ISSR多态引物对北方7个地理区域的48个枣品种的遗传多样性进行了研究。扩增出110条多态性条带,可将48个品种分为2组,发现在某些亚群中,枣品种之间的亲缘关系与地理来源有关,而与品种的用途无关,有88%的遗传变异是在群体内发生的。Uddin等[9]利用99个SSR标记对酸枣属4个种200个基因型的遗传多样性进行了研究,发现它们之间存在高的遗传变异性(83%),而遗传指数(0.014)和基因流估计数(1.32)结果表明了在酸枣属物种中存在频繁的基因交流。Du等[10]采用scnDNA标记(Single copy nuclear gene maker)对21个酸枣自然居群的328个体进行了分析,结果发现群体间存在较高的遗传多样性,这与其交配系统和复杂的种群动态有关,且变异大部分归因于居群内变异,居群间遗传分化程度较高。
2 枣基因组
精细的全基因组图谱已成为作物分子遗传改良的基础数据。Liu等[11]采用Whole-genome shotgun、De novo等率先完成了鲜食枣‘冬枣’的全基因组精细图谱。发现‘冬枣’基因组大小为437.65 Mb,共注释出32 808个编码基因,其中有23 996个基因分布到了12条染色体上;注释出410个rRNAs、1 209个tRNAs、286个snRNAs和272个miRNAs;发现重复序列大小为204.91 Mb,占‘冬枣’整个基因组大小的46.8%,其中主要为Gypsy类和Copia类的逆转座子(Transposon,Tn),有99.4%以上的Tn分化率超过10%;还对15个不同组织的转录组和特异基因进行了分析,为枣品种的遗传改良和分子设计育种提供了丰富的遗传信息。
Huang等[12]采用二代测序技术解析了干枣‘骏枣’的基因组,发现其基因组大小为351 Mb,并注释出了27 443个编码基因。结合群体结构的分析结果,认为当前复杂的遗传结构是枣与酸枣杂交的结果,同时发现了几个调控果实有机酸和糖含量的关键基因经历了人类有目的的选择。这些结果为枣基因组进化、群体结构和驯化提出了新的观点。Wang等[13]采用流式细胞法对301个栽培种和81个野生种的基因组进行了研究,发现栽培种基因组大小在300.8~640.9 Mb之间,酸枣为418.2~432.4 Mb之间。随后,Shen等[14]采用Hi-C(High throughput chromosome conformation capture)技术重新解析了酸枣基因组,确定其大小为406.0 Mbp。Yang等[1]对之前发表的‘冬枣’基因组的12条染色体开展了端粒到端粒的无间隙组装,重新定义了栽培种的基因组大小为393.0 Mb,由于包含了全部12条染色体的端粒序列,这比之前基因组质量有了质的提升。
3 枣遗传连锁图谱
高质量遗传图谱在作物遗传演化分析、QTL(Quantitative trait locus)基因定位、图位克隆等研究中具有基础性作用。鹿金颖[15]以‘冬枣’ב临猗梨枣’的72株杂交子代为作图群体,对34个AFLP(Amplified fragment length polymorphism)标记进行了分析,构建出了枣栽培种的第一张遗传连锁图。随后,申连英[16]以161株‘冬枣’ב临猗梨枣’杂交子代为作图材料,构建了333个AFLP多态位点包括了14个连锁群构成的高密度遗传连锁图谱。不满足于这些遗传连锁图谱精度,齐靖等[17]对申连英的遗传连锁图谱进行了完善,仍然以‘冬枣’ב临猗梨枣’为杂交亲本,以150个子代为对象,构建出了包含388个AFLP和35个RAPD(Random Amplification Polymorphic DNA)标记的由15个连锁群组成的遗传连锁图谱。总体上,受到方法和技术条件的限制,这些遗传图谱的可用标记数量仍然较少、标记分布密度较低、连锁群上多具有较大孔隙,难以实现全覆盖。
近年来,科研人员在枣遗传连锁图谱构建方面的研究转向利用SSR及SNP高密度分子标记。如Zhao等[18]以‘邢16’ד雄性不育2号-JMS2”的105株杂交子代为对象,利用RAD Tag(Restriction-site associated DNA sequencing)测序技术开发出了包含2 748个SNP位点、12条连锁群,图谱总长913.87 cM,标记间平均距离为0.34 cM的遗传连锁图谱。该图谱多态性位点较早前公布的增加近8倍,标记间平均图距更加精细。Zhang等[19]以‘中宁圆枣’ב冬枣’的145株杂交后代为材料,利用GBS(Genotyping by sequencing)技术构建了一张2 540个SNP标记位点,12个连锁群组成的高密度遗传图谱,图谱总长度为1 456.73 cM,平均遗传距离为0.88 cM。张振东[20]以99株‘映山红’ב冬枣’杂交后代为作图群体,采用RADseq技术构建了包含4 669个标记,12条连锁群构成的遗传图谱,其中SSR标记46个,SNP标记4 137个,InDel标记486个,覆盖基因组总长度为2 643.79 cM,平均遗传距离为0.57 cM。王中堂[21]采用SSR技术对‘冬枣’ב金丝4号’杂交F1代群体利用简化重测序技术开发了SNP标记3 678个,以‘冬枣’基因组为本底,构建了包含12个连锁群的遗传连锁图谱,总覆盖遗传距离939.23 cM,平均遗传距离0.26 cM;以‘骏枣’基因组为本底,构建了包含12个连锁群的高密度遗传连锁图谱,SNP标记5 786个,总覆盖遗传距离2 167.511 cM,平均遗传距离0.358 cM。Yan等[22]以‘JMS2’בJiao cheng 5’杂交后代140个体为对象,采用WGR(Whole-genome re-sequencing)技术构建了包含12个连锁群的高质量遗传图谱,在12个连锁群中平均分布了8 684个标记,其中SNP标记8 158个,InDel标记526个,总覆盖遗传距离1 713.22 cM,平均标记间隔0.2 cM,这是目前最高精度的枣高密度遗传图谱。
4 枣功能基因发掘
4.1 重要活性成分相关基因
4.1.1 糖代谢和转运
枣果的风味、色泽和营养成分等品质和商品价值主要取决于糖分的类型、百分含量及糖酸比等。众所周知,作物果实中的糖由植物自身通过光合作用制造,再通过一系列转运、代谢调节等程序后逐渐积累,从而导致果实甜味改变[23]。植物体内糖的转运蛋白主要有3个:单糖转运蛋白(Monosaccharide transporters,MSTs)、蔗糖转运蛋白(Sucrose transporters,SUTs)和甜味转运蛋白(Sugars will eventually be exported transporters,SWEETs)。其中,MSTs蛋白和SUTs蛋白是最重要的2个蛋白家族[24-25],SWEETs能以果糖、蔗糖和半乳糖的为底物参加生物反应,还可以协助葡萄糖跨膜转运[26]。
在枣的栽培驯化中,糖转运蛋白基因的重复频率高于代谢基因,比如在栽培枣果实中糖转运蛋白基因ZjSUT2、ZjSWEET1和ZjSTP13a具有更高的表达量,说明枣果中糖的转运比生物合成在糖积累中具有更重要的作用[23]。随着枣基因组的公布,靳娟等[27]对枣的SWEET基因家族进行了研究,鉴定出27个成员,其中ZjSWEET9、ZjSWEET22和ZjSWEET23可能参与枣果实中蔗糖的积累调控。张春梅[28]通过全基因组分析共鉴定得到83个糖转运蛋白基因,发现ZjSUC2和ZjSWEE2参与了山梨醇的运输,促进了果实中蔗糖积累;单糖转运蛋白基因ZjSTP12、ZjSTP16、ZjpGlcT3、SWEET15、ZjSWEET20和ZjTMT2也对果实糖分积累起到重要作用。
植物中蔗糖磷酸合酶(Sucrose phosphate synthase,SPS)、蔗糖合酶(Sucrose synthase,SS)、转化酶(Invertase,INV)和己糖激酶(Fructokinase,FK;Hexokinase,HK)[29-31]等与糖代谢关系密切。郭雪飞等[32]发现枣果实发育前期蔗糖与分解酶(AI、NI、SS-c)呈极显著负相关,发育中后期蔗糖与合成酶(SS-s、SPS)呈显著正相关。陈昕[33]发现了3个蔗糖磷酸合酶基因ZjSPS1、ZjSPS2和ZjSS2,其表达量与蔗糖含量呈正相关,并且在‘骏枣’中高于酸枣。邓倩等[34]比较了酸枣和枣果可溶性糖相关基因的表达规律,其中ZjSS1、ZjSS2、ZjSS3、ZjSPS1和ZjSPS2在‘圆形小酸枣’蔗糖合成过程上调表达,而ZjSS2、ZjSS3、ZjSPS1和ZjSPS2在‘罗江调元枣’蔗糖合成中高表达,表明不同品种间枣蔗糖合成与代谢有不同的基因参与。随着多组学技术在枣糖代谢研究中的应用,相关基因逐渐被发现。Zhang等[35]应用mGWAS(Metabolome Genome-Wide Association Study)技术鉴定到了可能调控蔗糖生物合成的SPS基因。Liu等[11]则认为枣含糖量高与其糖合成和韧皮部糖卸载关键基因显著扩张及上调表达有关。
VC是酸性己糖的衍生物。枣被称为“天然的维生素丸”是因为每100 g鲜枣中VC含量可达300~600 mg(猕猴桃92 mg、苹果4 mg)[1,11]。Liu等[11]采用比较基因组、转录组等发现,枣果中维生素C合成和再生通路双重加强是导致VC高效积累的原因。Yang等[1]从‘冬枣’中发现了其特有的13个单脱氢抗坏血酸还原酶(Monodehydroascorbate reductase,MDHAR)基因,认为这些MDHAR成员不但是导致枣VC高效积累的关键因子,同时可能在抗旱、耐瘠薄、耐盐碱等方面扮演重要角色。
4.1.2 枣可溶性酸生物合成
糖酸比是多数果树影响品质的主要指标,其中酸主要来自有机酸[36]。枣野生种果实中有机酸以柠檬酸和苹果酸为主,栽培枣以苹果酸和奎宁酸为主,野生种总酸含量为栽培种的3~5倍[37]。在枣果实发育过程中,NADP+ME(NADP+-malic enzyme)酶活与果实中苹果酸的含量呈负相关,可能导致了苹果酸的降解[38]。基于转录组研究发现ZjMDH1(Malate dehydrogenase gene)和ZjMDH3基因可能影响了栽培种和野生种枣果实中苹果酸的含量,且ZjACO1(Aconitase)和ZjACO4在栽培种枣果实中的表达量高于酸枣,这可能是导致栽培种果实中柠檬酸含量较低的原因[28]。邓倩等[36]发现CS1(Citrate synthase)、ACO2-1和NADIDH(NAD+-isocitrate dehydrogenase)与柠檬酸代谢密切相关,其中ACO2-1、NAD-IDH1-2和NADIDH5在‘罗江调元枣’果实发育中后期比‘圆形小酸枣’有更高的表达量;FUM(Fumarase)、PEPC4(Phosphoenolpyruvate carboxylase)和MDH1(Malate dehydrogenase gene)与植物中苹果酸代谢紧密相关,其中ZjPEPC4和ZjFUM在‘罗江调元枣’果实发育中期表达量高于‘圆形小酸枣’。最近,通过mGWAS(Metabolome genomewide association study)研究发现,枣中PK1和IDH的编码基因位于驯化选择区域,同时发现了一个铝激活苹果酸转运酶(Aluminum-activated malate transporter,ALMT)参与苹果酸生物合成[35]。Zhang等[39]通过转录组分析,从酸枣(高酸)和栽培枣(低酸)品种中发现一个与苹果酸合成相关的基因ALMT4,通过启动子序列分析发现了WRKY7转录因子调控ALMT4,二者协同参与了枣果中的苹果酸积累。
4.1.3 枣多酚类生物合成
常见的花青素、儿茶素、类黄酮等多酚已被证实在人体中具有抗氧化等多种重要的生理功能,在植物体内具有调控植物色泽、影响抗逆性等作用,广泛分布于植物的各个器官。李希等[40]以‘骏枣’和‘稷山板枣’为材料研究了果实成熟过程中与类黄酮代谢相关的结构基因表达差异分析,发现了F3H(Flavanone-3-hydroxylase)、F3’H(Flavonoid 3’-hydroxylase)和LAR(Leucoanthocyanidin reductase)是枣果中类黄酮生物合成途径中的关键基因。
原花青素(Proanthocyanidins,PAS)是枣果实中的主要生物活性物质之一。Wang等[41]以新疆维吾尔自治区3个枣树品种为试验材料,采用加权基因共表达网络分析(Weighted correlation network analysis,WGCNA)技术,构建了由1 620个与PAS和儿茶素含量高度相关的基因组成的网络模型,包括了编码9个转录因子家族的16个基因,如MYB、BZIP、NAC、SBP、MIKC、WRKY等。
叶绿素、类胡萝卜素和黄酮类3种化合物决定了植物果实的外观色泽。Li等[42]以栽培品种‘蜂蜜罐’和‘胎里红’为研究对象,通过分析花青素的生理生化特性、代谢组、转录组、瞬时表达和遗传转化,发现了一个尚未报道的花青素调控基因ZJFAS2,并鉴定出与ZJFAS2互作的ZJSHV3蛋白参与了枣花青素生物合成。
4.1.4 枣萜类生物合成
枣为药食两用植物,具有镇静、抗癌等功效,其中药用成分主要是三萜类化合物[43]。枣的根、叶、果和种子中富含四环三萜和五环三萜,如白桦酸、齐墩果酸、熊果酸、齐墩果酸等[44]。
甲羟戊酸(Mevalonate pathway,MVA和甲基赤藓糖醇4-磷酸(Methylerythritol 4-phosphate pathway,MEP)是萜类化合物在植物中的2种途径,其中MVA是枣中萜类化合物合成的主要途径[45-49]。枣中三萜物质的积累和合成除受WRKY、bHLH、AP2/ERF和bZIP等转录因子的调控[50]外,还受茉莉酸甲酯(Methyl jasmonate,MeJA)和水杨酸(Salicylic acid,SA)植物激素诱导[51-52]。Tian等[53]发现角鲨烯环氧化酶(Squalene epoxidase,SE)是三萜类生物合成的关键限速酶,AoSE1和AoSE2是三萜类化合物合成的关键调控点,MeJA可以通过提高AoSE1和AoSE2的表达来调控枣果中三萜类的生物合成。
Wen等[54]从枣的幼叶、一年生茎、芽、白熟期和初红期果实的转录组数据中鉴定出了ZjAACT1、ZjFPS(Phosphoribosylpyrophosphate synthetase)、ZjSQS1(Squalenesynthase)、ZjOSC1(Oxidosqualenecyclase)和ZjP450/3(CytochromeP450/3)基因的表达模式与果实发育过程中代谢产物的积累一致,且均为三萜合成的关键基因。Chen等[55]在全基因组关联分析中鉴定出了61个ZJWRKY转录因子,其中19个ZJWRKY转录因子在枣和酸枣中表达不同。MeJA和SA诱导枣中三萜积累,且ZjWRKY18的表达与MeJA和SA诱导的三萜积累一致,说明ZjWRKY18在三萜积累中发挥了重要作用。ZjWRKY18在根中的表达量最高,其次是叶和果实,茎中的表达量最低。ZjWRKY18基因的沉默降低了枣中三萜的表达和积累。ZjWRKY18的过表达促进了三萜的合成,上调了HMGR(Hydroxymethylglutaryl-CoA synthase)、FPS和SQS基因,表明ZjWRKY18调控了枣中三萜的合成途径[56]。Sakna等[57]发现,结构基因ZjHMGR、ZjFPS、ZjSQS、ZjOSC和ZjCYP450可能参与了三萜的合成。Wen等[58]进一步证实ZjFPS和ZjSQS的表达与三萜含量呈高度正相关。ZjFPS和ZjSQS在红枣芽和幼叶中的表达量高于其他组织[56]。也有学者认为MYB类转录因子ZjMYB39和ZjMYB4也参与了红枣三萜的生物合成,并通过调控合成途径相关基因的表达起关键作用[58]。
4.1.5 非生物胁迫相关基因
枣具有较高的生长适应性,但不适宜的立地条件是限制枣生长、产量和品质的关键因子。Zhou等[59]从枣基因组中鉴定并注释出了25个CBF/DREB转录因子亚族的ZjDREB基因,该基因可通过调控下游基因表达增强枣对非生物胁迫的耐受性。系统发育分析结果表明,ZjDREB蛋白分为5个亚群(A1~A5)。已证实‘冬枣’DREB基因家族在干旱、盐碱、高/低温等非生物胁迫中发挥重要作用。周鹤莹[60]在‘冬枣’全基因组中鉴定到56个ZjWRKY家族成员、118个ZjAP2/ERF家族成员、55个ZjNAC家族成员、26个ZjbZIP家族成员和7个ZjSOD家族成员。其中ZjDREB1和ZjSOD1在应对低温、干旱、高盐及高温胁迫时表现出明显上升或下降的趋势,与枣非生物胁迫应答有密切关系。高梦娇等[61]发现CML基因家族具有特定的响应低温胁迫模式,其中ZjCML13在调控‘冬枣’及其同源四倍体抗寒性差异中具有重要作用。
新型糖转运蛋白(Sugars will eventually be exported transporter,SWEET)在植物光合作用产物转运、花粉发育、胁迫反应等过程发挥重要生理功能。Yang等[62]对‘临沂枣’和‘北京鸡蛋枣’全基因组分析,鉴定出19个ZjSWEET基因。其中ZjSWEET2和ZjSWEET8分别在枣树的糖积累和非生物胁迫中发挥重要作用。
随着干枣主产区向西北地区转移,土壤盐渍化已成为限制枣生产的关键制约条件之一。如新疆大部分枣产区已经实行滴灌补水,而长期过施化肥导致的次生盐碱化已不能通过大水漫灌的方式缓解。He等[63]在不同盐胁迫处理的酸枣幼苗中发现ZJWRKY6、ZJWRKY65显著差异性表达,异位过表达可提高拟南芥在胁迫条件的抗氧化酶活性、降低丙二醛含量和维持K+/Na+稳定态,增强机体耐盐性。
裂果造成的枣产量损失一般在30%左右,有些品种达60%~80%[64-65],特殊年份造成绝收,是枣产业发展的瓶颈问题之一。造成裂果的原因通常认为是由于枣的果皮质地较薄,加上果肉脆度高,致使枣果延展性差,在成熟期碰到降雨或湿度较大,水分通过皮孔和微裂痕进入果肉引起吸胀开裂[64-69]。在分子层面,枣果开裂跟细胞壁相关基因(SBT1.7、EXPA和QRT3等)、转录因子(AP2/ERF-ERF、WRKY和MYB家族)、植物激素(MeJA、ABA、ACC等)有关[64]。比如,在不同的枣品种间,由于果实各个部位细胞发育程度不一致导致裂果部位存在差异。在‘李府贡枣’中,果肩部分最易裂开,而‘皖枣3号’全果的抗裂性均强,这可能与果肩果皮中扩张蛋白EXPA类基因ZjEXPA4等的表达量高于易开裂品种有关[66]。外施ABA、IAA、GA3等植物激素可显著降低枣裂果率,这可能是外施ABA会增加POD45等基因表达量,促进果实抗氧化酶合成,降低了裂果;也可能是IAA增加了果肉内葡聚糖内切酶-1,3-β-葡萄糖苷酶表达量,及上调了激素调控有关基因SAUR32等,使得果肉果皮生长均衡[67-68]。枣果实表面的蜡质层可有效起到疏水和防止水分进入果肉的作用,对于提高抗裂果能力具有重要意义。李娜[69]从‘临黄1号’等枣果皮中发现了β-酮脂酰辅酶A合酶基因ZjKCS1和ZjKCS12可促进转基因烟草叶片脂肪酸含量,它们可能在枣中调控了果实表面果蜡的形成。这为通过调控枣果皮表面果蜡的形成,增加果皮延展性,提高果皮疏水性,减轻枣裂果发生提供了新的思路。
4.2 器官发育
枣是童期非常短的果树,通常种植当年就能进入生殖生长。植物开花涉及复杂的调控网络,彼此间相互独立又协同发挥作用,可形成具有精确调控功能的花器官调控网,植物花器官发育很大程度受MADS-box基因家族影响[70],部分为激素响应类基因等[71]。Zhang等[72]对红枣MADSbox基因家族分析发现,52个红枣MADS-box基因可分为25个MIKCc型基因、3个MIKC*型基因、16个Mα基因、5个Mβ基因和3个Mγ基因。ZjMADS31属于MADS-box基因家族的A类基因,在萼片表达量高;B类基因ZjMADS39和ZjMADS40在花瓣中表达量高,在雌蕊中表达量低;C/D型基因ZjMADS32和ZjMADS46在雌蕊和雄蕊中表达量较高;SEP亚家族的3个E型基因ZjMADS30、ZjMADS47和ZjMADS48在萼片、花瓣和雌蕊中表达量较高。还鉴定出控制枣树结实率的花粉缺陷基因POD1[8]和2个调节开花时间的EF3同源基因[9]。SAINI等[73]发现PIF4的同源基因ZjPIF4可以与光周期相关蛋白ZjCO5和FT的同源基因ZjFT互作,证明枣的光周期相关基因表达量上调可使幼年期枣树开花提前。此外,ZjPIF4、ZjFT和ZjCO5也可能是调控枣光周期和温周期途径的关键因子。
枣具有自交不亲和特性,即使在成功授粉受精后,也很难获得种子(种仁),这表明枣花粉萌发和授粉并不是导致枣籽粒率低的主要因素,可能是种子发育过程中的胚胎流产导致的。李登科等[74]利用不同授粉组合研究了栽培大枣籽粒发育过程中胚胎败育现象,确定了‘骏枣’胚胎败育的关键时期。Du等[75]进行了miRNA测序和转录组分析,以深入了解miRNA介导的胚胎流产调控。从13个miRNA家族中鉴定出43个已知miRNA和108个潜在的新型miRNA;96个miRNA在早期籽粒发育中差异表达,预计靶向1 142个基因。这些差异表达的miRNAs(zju-mir2916-p3_1ss8tc、zju-novel24202327-3p和zju-mir160d-p3_1ss10ga)及其对应的靶基因(转录因子DELLA蛋白、TCP14、bHLH93和一个胚胎敏感基因)可能在胚胎流产的调控中发挥关键作用。
5 展 望
植物的泛基因组拥有群体内全部的基因或基因组序列,极大地弥补了单一参考基因组信息不全等局限,已成为植物基因组学研究的前沿和热点[76]。目前已有包括水稻、玉米、棉花等超过16个植物的泛基因组[77-79],但枣的泛基因组研究尚未见报道。此外,枣的糖、酸、活性成分等重要性状相关的主干分子途径基本清晰,但支路途径尚不完全清楚,应加强相关研究,以建立起完善的分子调控网络。
当前的基础研究工作与生产实际存在脱节,枣的精准育种技术体系尚未建立起来,尤其是在果实大小、产量、品质、成熟期等性状早期精准鉴定方面。可通过GWAS技术,从广义的枣群体DNA样本中筛选出SNP、CNV(Copy number variation)等全基因组高密度遗传标记,通过建立高精度分子标记进行早期筛选。或者加快建立全基因组选择等精准鉴定技术,这是当前从评价和创制出的枣种质中高效筛选出符合育种目标的超级良种迫切需求的育种技术。此外,尽管我国科研工作者已建立了‘民勤小枣’‘骏枣’和‘鸡心枣’等枣品种的遗传转化体系[80],但总体来说效率不高、稳定性差,需进一步优化该技术,为采用基因编辑进行枣良种遗传改良和创新种质奠定基础。
当前,‘灰枣’‘骏枣’等制干枣在新疆主产区普遍面临由于过量施肥引发次生盐碱化胁迫,直接影响了枣的产量、品质和商品价值。此外,‘灰枣’的平均单果质量仅12.3 g,果个较小,而‘骏枣’虽然果个大(平均单果质量22.9 g),但果肉不饱满,因此,需加强大果‘灰枣’和高抗盐碱、高出仁率砧木良种的培育。而鲜食枣在北方地区的主栽品种‘冬枣’尽管品质优良,但平均单果质量仅18.9 g,果个较小、裂果率较高(30%)、管理成本高(喷施激素促花、多次开甲等)、适应性差(盐碱地生长不良、鲜枣喜肥沃土壤、病虫危害重需多次施药)等缺点较为明显。可以通过基因工程、有性杂交、嫁接杂交[81]等技术,将滇刺枣Z.mauritianaLam.、“梨枣”等具有的大果、抗裂果、抗逆等基因定向引入到主栽品种中,从而培育出下一代超级良种,支撑枣产业高质量发展。
致谢:感谢中国林业科学研究院经济林研究所特色鲜果团队和河南科技学院园艺园林学院张树林教授团队在论文写作过程中给予的大力支持。