線辣椒成熟果色黃色性狀遺傳規(guī)律

李全輝,鞏振輝

(1.青海大學(xué) 農(nóng)林科學(xué)院，青海省遺傳與生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西寧 810016；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 園藝學(xué)院，陜西楊凌 712100)

辣椒(CapsicumannuumL.)是全世界范圍廣泛栽培的蔬菜作物之一。辣椒成熟果實(shí)顏色豐富多彩，是辣椒商品品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，歷來(lái)受到育種家的重視，目前已經(jīng)選育出紅色、橙色、黃色、乳白色、紫色等各種不同顏色的辣椒新品種。

辣椒不同果實(shí)顏色是由果實(shí)成熟時(shí)積累的不同類胡蘿卜素類型及含量形成的[1]，同時(shí)辣椒果實(shí)含有的各種色素也有重要保健及經(jīng)濟(jì)價(jià)值，如葉綠素、花青苷和類胡蘿卜素已經(jīng)證明具有清除人體自由基、提高免疫力和有一定的抗癌作用[2-3]，此外，辣椒顏色特別是辣椒紅素作為來(lái)自自然源的食品添加，越來(lái)越受到研究人員的重視[4]，了解辣椒果實(shí)顏色的遺傳規(guī)律，有助于有目的地調(diào)控類胡蘿卜素的生物合成，對(duì)于改善辣椒果實(shí)品質(zhì)，提高其商品價(jià)值具有重要的意義。

在辣椒果實(shí)顏色遺傳方面，早期研究認(rèn)為成熟果實(shí)顏色紅色對(duì)黃色顯性，單基因控制，并用符號(hào)y表示，y+表示紅色、顯性，y表示黃色、隱性[5]。Smith[6]認(rèn)為綠色成熟果實(shí)中仍有葉綠素的存在，并將該基因命名為cl，認(rèn)為是葉綠素沉積基因，與y+(紅色)或y(黃色)組合，分別產(chǎn)生棕色或橄欖綠色的成熟果實(shí)。Kormos等[7]在研究辣椒紅色和白色成熟果實(shí)顏色遺傳時(shí)，認(rèn)為由3對(duì)獨(dú)立的基因y、c1、c2相互作用控制辣椒不同顏色成熟果實(shí)的形成，并認(rèn)為c1和c2是辣椒屬果實(shí)顏色形成過(guò)程中類胡蘿卜素的抑制因子。Hernandez等[8]對(duì)辣椒成熟果實(shí)紅色和白色品種進(jìn)行遺傳分析，確認(rèn)了辣椒成熟果實(shí)顏色遺傳受3對(duì)相互獨(dú)立的基因y、c1和c2控制。此后，用不同遺傳背景的辣椒成熟果實(shí)紅色和白色品種雜交后代群體進(jìn)行遺傳分析時(shí)[9-11]，雖然認(rèn)同辣椒成熟果實(shí)顏色的形成是由3對(duì)獨(dú)立的基因控制的理論，但成熟果實(shí)顏色的基因型與表現(xiàn)型并不完全符合Hernandez等提出的遺傳模型，指出可能是由于試驗(yàn)所使用的辣椒種質(zhì)資源不同，導(dǎo)致雜交群體的遺傳背景不同，并最終影響成熟果實(shí)顏色的分離。

本研究以線辣椒黃色突變體H0809為母本，以野生型XHB(紅色)及高代自交系CP1211-1、CP12332-5、CP1235-11、CP1245-6、CP1256-10、CP1271-3為父本，構(gòu)建辣椒不同果實(shí)顏色遺傳分離群體，對(duì)辣椒紅色和黃色果實(shí)顏色遺傳規(guī)律進(jìn)行研究，以進(jìn)一步闡釋辣椒黃色果實(shí)形成的遺傳機(jī)制，同時(shí)為不同辣椒果實(shí)顏色新品種選育、相關(guān)基因的定位、克隆以及早期分子標(biāo)記輔助育種提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以線辣椒黃色突變體H0809為母本材料，野生型HXB(紅色)及其紅色高代自交系CP1211-1、CP12332-5、CP1235-11、CP1245-6、CP1256-10和CP1271-3為父本材料，雜交組合CP1211-1×H0809、CP1232-5×H0809、CP1235-11×H0809、CP1245-6×H0809、CP1256-10×H0809、CP1271-3×H0809和XHB×H0809的F1代和F2代分離群體用于辣椒果實(shí)遺傳規(guī)律研究。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)材料于2014-03-10在青海省農(nóng)林科學(xué)院園藝所試驗(yàn)溫室播種，5月10日定植,采用起壟栽培，壟寬40 cm，高10～15 cm，壟間距70 cm，小區(qū)面積10 m2，采用雙行錯(cuò)位定植法，同行株距為30～40 cm。每壟保苗50～60株，試驗(yàn)地周邊設(shè)2行以上保護(hù)行。每個(gè)親本及F1代種植一壟，F(xiàn)2代分離群體的種子全部種植，采用常規(guī)田間管理措施。

1.3 數(shù)據(jù)分析

在辣椒果實(shí)成熟期調(diào)查親本、F1和F2代分離群體各單株的果實(shí)顏色性狀，采用 EXCEL 2016和DPS 9.50軟件進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 親本與F1代果實(shí)成熟色表現(xiàn)

以線辣椒黃色突變體H0809為母本，與其他7份紅色果實(shí)成熟色的材料配制雜交組合，對(duì)其F1代群體果實(shí)成熟色進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出，母本材料H0809果實(shí)成熟色表現(xiàn)為黃色，7個(gè)父本材料的果實(shí)成熟色均表現(xiàn)紅色，獲得的7個(gè)F1代群體的果實(shí)成熟色均表現(xiàn)紅色，辣椒果實(shí)顏色性狀未產(chǎn)生分離現(xiàn)象，表明線辣椒果實(shí)成熟色紅色對(duì)黃色為顯性，這與前人的研究結(jié)果一致。

2.2 F2代分離群體果實(shí)顏色性狀調(diào)查

在果實(shí)成熟期，對(duì)上述7個(gè)雜交組合的F2代分離群體(群體數(shù)量80～120株)的各單株果實(shí)顏色進(jìn)行調(diào)查。

將上述7個(gè)雜交組合的F2代分離群體(群體數(shù)量80～120株)，在果實(shí)成熟期對(duì)各個(gè)單株果實(shí)顏色進(jìn)行調(diào)查。可以看出，不同組合F2代分離群體果實(shí)顏色性狀表現(xiàn)出明顯分離，主要表現(xiàn)為紅色、黃色和極少數(shù)橙黃色果實(shí)(圖1)。由于橙黃色和黃色在田間表現(xiàn)非常細(xì)微，因此在分析時(shí)都將其視為黃色，Kim等[12]對(duì)辣椒果實(shí)顏色進(jìn)行遺傳分析時(shí)也采取同樣措施。進(jìn)而將F2代分離群體的果實(shí)顏色分為2類：紅色和黃色，表現(xiàn)為質(zhì)量性狀特性。并對(duì)7個(gè)不同組合F2代單株果實(shí)顏色進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)圖2。

表1 親本及F1代果實(shí)成熟色Table 1 Mature fruit color of parents and F1 generation

注：Y表示黃色，R表示紅色。

Note:Y stands for yellow,R stands for red.

2.3 卡方檢驗(yàn)

3 結(jié)論與討論

在紅色和黃色辣椒果實(shí)顏色的遺傳方面，多數(shù)學(xué)者都認(rèn)為是單基因控制的質(zhì)量性狀，且紅色為顯性。Huh 等[13]利用紅色辣椒TF68 和橙色辣椒Habanero 雜交，F(xiàn)1表現(xiàn)為紅色，F(xiàn)2代紅色和橙色3∶1 分離，Kim等[12]對(duì)100株F9重組自交系的果實(shí)顏色性狀進(jìn)行分析，結(jié)果紅色和橙色植株的比例也符合3∶1的分離比例，本研究通過(guò)不同遺傳分離群體果實(shí)顏色性狀的統(tǒng)計(jì)分析，也進(jìn)一步證實(shí)了以上結(jié)論。

圖1 部分親本及F2代群體果實(shí)顏色Fig.1 Partial parents and F2 population fruit color

圖2 不同組合F2群體單株的果實(shí)顏色直觀圖Fig.2 Visual color chart of the fruits of F2individuals in different combinations

在辣椒果實(shí)成熟過(guò)程中，存在4 個(gè)主要基因決定果實(shí)顏色，分別是控制成熟果實(shí)黃色基因y，類胡蘿卜素抑制基因c1和c2，以及葉綠素沉積基因cl。y、c1、c2和cl及其等位基因的不同組合，控制了辣椒成熟果實(shí)顏色的形成[14]。Lefebvre 等[15]認(rèn)為，Ccs可能是y基因；也有研究結(jié)果表明，CCS基因啟動(dòng)子區(qū)域的變異，導(dǎo)致不同栽培種辣椒色素積累水平的差異[16]；Laura等[17]的研究結(jié)果表明，部分辣椒材料有野生型的CCS基因，但是一些種類的轉(zhuǎn)錄調(diào)控阻止CCS的表達(dá)，使果實(shí)呈現(xiàn)橙色，因此，他們認(rèn)為辣椒果色受多種水平調(diào)節(jié)，非結(jié)構(gòu)基因或許控制著果色的形成。c2位點(diǎn)可能調(diào)控辣椒橙色果色的形成，并與PSY基因連鎖[13]； Kim 等[12]也證實(shí)橙色果實(shí)中PSY基因的移碼突變使八氫番茄紅素合成酶活性受損，導(dǎo)致該突變體果實(shí)呈橙色； Lang 等[18]認(rèn)為在紅色與橙色果中均檢測(cè)到PSY基因，他們推斷PSY基因不是造成果實(shí)紅色與橙色差異的主要原因。c1位點(diǎn)基因可能具有修飾y和c2位點(diǎn)基因的作用[19]，但尚未見(jiàn)到相關(guān)基因克隆的報(bào)道。cl位點(diǎn)與CaSGR基因密切相關(guān)。通常辣椒果實(shí)中葉綠素隨著果實(shí)的成熟逐漸降解，CaSGR基因發(fā)生突變的辣椒，果實(shí)成熟過(guò)程中葉綠素降解受到抑制，成熟果實(shí)因同時(shí)含葉綠素和紅色類胡蘿卜素(或黃色類胡蘿卜素)而呈褐色(或綠色)[20-21]，但關(guān)于CaSGR基因通過(guò)何種機(jī)制降解葉綠素還不清楚。

截至目前，已經(jīng)克隆了幾種參與辣椒果實(shí)中類胡蘿卜素生物合成途徑的關(guān)鍵酶基因，并報(bào)道了相應(yīng)的基因序列。然而，關(guān)于該生物合成途徑分子調(diào)控機(jī)制的研究信息非常有限。因此，進(jìn)一步分析其分子調(diào)控機(jī)制，對(duì)全面闡述辣椒果實(shí)顏色形成及辣椒果色育種具有重要的理論及實(shí)際意義。

表2 F2代群體果實(shí)顏色分離單株卡方檢驗(yàn)Table 2 Chi square test of pepper fruit color