高光澤番茄育種及果實表面光澤度

周 蓉, 趙統敏, 趙麗萍, 王銀磊, 宋劉霞, 余文貴

(1.江蘇省農業科學院蔬菜研究所，江蘇 南京 210014；2.江蘇省高效園藝作物遺傳改良重點實驗室，江蘇 南京 210014)

番茄(SolanumlycopersicumL.)不僅是重要的世界性蔬菜作物，而且是科學研究的模式植物之一。番茄可作蔬菜或水果，由于其豐富的營養和獨特的風味，備受大家的青睞[1]。近年來，隨著人們生活水平的提高，消費者對番茄的要求越來越高。培育高品質番茄新品種已成為當今番茄育種工作者追求的主要目標。品質性狀是一種由多個因素構成的復合性狀，受外界氣候、土壤肥料、栽培方式等多個因素的影響，但起主要作用的是遺傳因素。色澤優良的番茄能夠更好地吸引消費者，因此番茄果實表面的色澤直接影響消費者的選擇，是重要的感官品質。

1 高光澤番茄育種

近年來，番茄品質育種主要集中在風味、外形、大小、著色及耐貯性等方面[2]。隨著人們生活水平的提高，消費者對番茄的要求不再局限于口感[3]，番茄果實的色澤等感官品質直接影響其市場價值[4]，因此提高番茄的感官品質已成為番茄育種家的重要目標[5]。光澤度是番茄果實的一個重要感官品質性狀[6]。根據光澤的高低或有無可以將番茄果實分為不同類別，如高光澤、低光澤、無光澤。高光澤的番茄具有較好的商品性，能夠更好地吸引消費者,因此選育高光澤的番茄新品種有利于提高番茄的商品價值，是目前高品質番茄育種的重要目標之一。在番茄育種體系中，品質性狀的測試耗時較長，必須等到番茄果實正常成熟后進行[2]，如果皮的光澤度。目前，高光澤番茄育種主要依靠肉眼觀察的方法。在傳統的育種中，對果皮光澤度性狀的鑒定需要等到果實成熟期，耗時較長[7]。分子標記輔助選擇(Molecular Marker-assisted Selection, MAS)育種可有效地克服傳統育種的缺陷，縮短育種周期，加速育種進程[8-10]。然而，目前還沒有可用于高光澤番茄輔助選擇育種的分子標記。

2 果實表面光澤度

果實表面的光澤度屬于感官品質性狀，是重要的農藝性狀之一，與經濟價值密切相關。

2.1 果實表面光澤度的鑒定方法

近年來，對果實色澤的描述從感官的定性描述逐漸轉向定量描述[11]。果實色澤包含顏色和光澤，對顏色的定量描述方法主要是色差計法[12-13]，對光澤的定量描述方法在不同植物上有所區別。在辣椒上，利用色差計測定的顏色參數(L值)，L值越大，所測樣品表面越亮[14]。在紐荷爾臍橙上，高光澤型突變體果實表皮極富光澤，基于色差計測定的L值對臍橙果皮光澤度的評價與肉眼觀測的結果一致[11]。在黃瓜上，剝取厚薄均勻且平整的黃瓜果皮，利用光澤度儀HYD-09可測得黃瓜果實的光澤值。在蘋果上，通過拍照和圖像處理識別系統可以對果實光澤度進行分級。目前，關于番茄色澤的報道多數集中在顏色方面，極少涉及光澤方面[15-18]，國內外尚無番茄果實表面光澤度測定方法的報道。

番茄果皮的光澤度是重要的外觀性狀之一，也是主要的經濟性狀。然而，番茄果皮的光澤度是一項難以測量的外觀參數，研究人員往往根據個人經驗，用肉眼觀察的方法評價果實的光澤度[6]。肉眼觀察的方法個人主觀性較強，容易產生視覺疲勞，測量誤差較大，且不適于大規模光澤度的評價，不利于企業的大批量分類[11]。周冰鈺等[7]利用光澤度儀測定黃瓜果實光澤值的方法對果實具有破壞性，需要厚薄均勻且平整的果皮，且外界自然光會影響測量結果，不利于大規模測量。潘磊慶等[19]測定蘋果表面光澤度的方法要求具備圖像拍攝和處理系統，對技術要求較高，操作較為復雜。因此，今后可嘗試利用色差計測定并評價番茄果實表面的光澤度。

2.2 果實光澤度的遺傳規律和基因定位

早期的研究結果表明，黃瓜果皮無光澤性狀(Dull fruit skin)為單基因控制的顯性性狀，有光澤(Glossy fruit skin)為隱性性狀[20]。楊緒勤[21]認為黃瓜無光澤性狀是由單基因D控制的顯性性狀。Fanourakis和Simon[22]發現黃瓜無光澤果皮基因(D)、果瘤基因(Tu)和未成熟果實果皮顏色一致基因(u)緊密連鎖。Miao等[23]將黃瓜光澤基因d定位于第5染色體SSR標記SSR06003和SSR15818之間，遺傳距離分別為0.6 cM和5.5 cM。大多數重要農藝性狀常常受到多個基因、環境及環境與基因互作的影響，這些性狀的遺傳機制往往復雜[24]，如番茄的光澤度性狀。因此確定遺傳性狀的數量性狀位點(Quantitative trait loci, QTL)，對性狀相關的標記開發和遺傳分析具有重要意義[25]。目前，還沒有可用于高光澤番茄輔助選擇育種的分子標記，番茄光澤度相關的主效QTL有待研究。傳統的QTL定位方法需要對目標性狀的所有個體進行基因型和表型鑒定，費用高且效率低[26]。基于基因組數據的QTL-Seq(Quantitative trait loci-sequences)包含分離群體混合分析法(Bulked segregation analysis, BSA)和基因組重測序技術，有利于大規模地開發與目標性狀緊密連鎖的分子標記，實現目標基因的快速定位[27-28]。因此，今后可結合QTL-Seq 技術研究番茄光澤度相關的主效QTL。

2.3 果實光澤度與角質層密切相關

角質層是植物器官的保護層，由表皮細胞和角質組成，由蠟覆蓋[6，29]。角質層是植物的一級保護屏障，在植物面臨非生物脅迫和生物脅迫時發揮著重要作用[30-31]。角質層對果實的生理和品質特性具有更為重要的作用，它能夠影響果實的外觀(如色澤)和耐貯性等[32-34]。Isaacson等[33]發現番茄果實的光澤性狀與表皮細胞的角質聚合物有關，與蠟粉無關。Liu等[29]研究發現，對照臍橙果皮表面粗糙，布滿小片狀蠟質晶體，突變體臍橙果皮光亮，表面幾乎沒有蠟質晶體。劉潤生[35]發現高光澤度成熟突變體臍橙的品質優于野生型。Petit等[6]通過對Micro-Tom番茄品種進行甲基磺酸乙酯(EMS)誘變，從3 500份材料中篩選分離得到16個高光澤和8個光澤暗的突變體材料，這些突變體在蠟、角質、角質層厚度等方面發生改變。番茄果實光澤度的篩選是鑒定角質層突變體的有效方法，番茄果實光澤度與角質負載、表皮細胞數量和形狀密切相關[6]。Petit等[6]利用Micro-Tom的高光澤突變體P15C12 與普通光澤度番茄材料雜交獲得的F2群體構建遺傳圖譜，角質層相關的4個性狀(光澤、失水率、滲透性和角質寬度)的基因定位在11號染色體的兩個SNP(11289_715和10722_814)之間，在該區域內篩選獲得SlGDSL基因，與細胞外角質的沉積相關，研究結果表明果實表面的光澤度與角質層密切相關。

3 結 論

隨著生產的迫切需求，番茄高光澤育種工作已經開展，但高光澤番茄材料的選育仍依賴于傳統肉眼觀察的方法，調控番茄光澤度的基因尚不清楚，番茄果實表面光澤度形成的機理研究進展緩慢。Sato等[36]對栽培番茄和醋栗番茄全基因組進行測序，極大地推動了番茄以及其他茄科植物的功能基因組的研究，為培育高品質番茄新品種奠定了良好基礎。Lin等[37]對360個番茄品種進行測序，其中包括野生型和馴化物種，構建出一張變異圖譜，使育種工作者從整體的角度來認識不同類型番茄之間的差異。這些研究結果為基于基因組數據的QTL-Seq提供了必要條件，有利于大規模的開發序列特異性分子標記，如SNP 和Indel 標記。番茄是研究果實發育的模式植物[38-40]，今后的研究應利用現代分子生物學技術尋找與番茄果實光澤度相關的基因，開發高光澤番茄相關分子標記，結合角質層闡明番茄果實光澤度形成的內在機理。該研究可以為光澤度分子標記輔助育種體系的建立和果皮光澤形成的遺傳機理奠定基礎，有利于加快高品質番茄育種進程。