“十三五”我國蘿卜遺傳育種研究進展

胡海嬌 汪精磊 胡天華 王益奎 黎 炎 王五宏 魏慶鎮 嚴亞琴 包崇來*

（1 浙江省農業科學院蔬菜研究所，浙江杭州 310021；2 廣西壯族自治區農業科學院蔬菜研究所，廣西南寧 530007）

蘿卜（），是十字花科蘿卜屬一年生或二年生作物，是我國重要的傳統蔬菜，并在世界各地廣泛種植。目前我國蘿卜常年種植面積約120 萬hm（1 800 萬畝），市場常見的蘿卜類型主要有白蘿卜、綠蘿卜、櫻桃蘿卜和紅心蘿卜等類型（包崇來 等，2019）?！笆濉逼陂g，在大宗蔬菜產業技術體系、國家重點研發計劃、國家自然科學基金以及各省市科技計劃項目的支持下，我國蘿卜新品種培育工作和育種新技術研究取得了快速發展。在新品種選育方面，國內育種單位新育成主要蘿卜品種共32 個，并對地方品種進行了改良，通過國家地理標志保護登記蘿卜品種10 個；在育種新技術研究方面，各研究單位對蘿卜重要性狀開展了基因定位、克隆和育種技術研究，并開發了可用于輔助選擇的分子標記，顯著提升了我國蘿卜遺傳育種水平。

1 種質資源鑒定及創新

1.1 種質資源的鑒定與篩選

“十三五”期間，通過國內收集與國外引進，國家種質資源庫蘿卜種質資源達到3 000 余份，種質資源精準鑒定與深度發掘是各單位重點開展的工作，主要集中在篩選抗病和耐抽薹材料。

抗病材料篩選主要集中在抗三大病害：病毒病、根腫病和黑腐病。在病毒病中，蕪菁花葉病毒（TuMV）為主要病原，其抗源材料也比較豐富。邱孝軍等（2020）使用小RNA 深度測序技術首次在蘿卜中檢測到RNA virus 1（BnRV1），60 份種質TuMV 檢出率100%，2 種以上病原復合侵染率為83.33%；甘彩霞等（2020）從264 份蘿卜核心種質資源及育種品系中篩選到抗病毒病材料103 份，其中高抗材料64 份，免疫材料25 份；楊好慧等（2017）從150 份蘿卜種質資源中篩選出23 份抗病毒病材料，其中1 份免疫。在抗根腫病材料篩選方面，甘彩霞等（2017）從100 份蘿卜種質資源篩選出抗病種質13 份；楊好慧等（2019）在404 份種質中獲得免疫材料17 份，高抗材料5 份。有關蘿卜黑腐病的研究較少，僅劉釗（2018）從30 份蘿卜種質中篩選出高抗黑腐病材料2 份，抗病材料11 份。

我國蘿卜種質資源中耐抽薹資源缺乏，尤其是綠蘿卜和心里美蘿卜。徐文玲等（2020）對105 份蘿卜種質進行抽薹鑒定篩選，得到22 份耐抽薹種質，除了4 份為紅皮白肉蘿卜外，其余皆為白皮白肉蘿卜，且大部分耐抽薹資源來源于日本和韓國；姚南（2019）從73 份蘿卜材料中篩選出最耐抽薹材料是韓國大根。

此外，張麗等（2020a）研究了Ogura CMS 細胞核育性恢復基因（）在129 個蘿卜品種中的分布，發現其在東亞大長蘿卜中分布最多（89.16%）。

1.2 優異種質創新

多倍體誘導創制的種質資源多表現出葉、花、果的巨大性，以及對病原的抗性和對環境的適應性提高。因此，多倍體誘導是植物重要的育種途徑之一?！笆濉逼陂g，蘿卜化學誘變育種以秋水仙素及EMS 誘導變異為主。黃俊豪（2016）、呂煒等（2016）、茆吉?。?016）和Pei 等（2019）分別利用秋水仙素成功誘導創制出了四倍體蘿卜，與二倍體蘿卜相比，四倍體蘿卜肉質根長和肉質根質量增幅可達20%以上，差異明顯。李世升等（2019）以黃州蘿卜為試材，通過EMS 誘變，得到100%不育的雄性不育突變體。

種間遠緣雜交可以拓寬遺傳基礎，為育種創造新的種質資源。Jin 等（2020）分別將蘿卜和蕪菁、蘿卜和芥藍雜交獲得異源四倍體。Lou 等（2017）通過利用8 份蘿卜和12 份蕪菁進行遠緣雜交，共獲得24 份屬間雜種，所有的雜交種均花粉不育，花瓣呈白色，與親本相比，大多數形態特征都處于中間狀態。Zhan 等（2017）通過遠緣雜交已經成功地將蘿卜-芥藍異源四倍體（RRCC）中的根腫病抗性轉育到油菜中，但通過遠源雜交技術將其他物種優良性狀轉育到蘿卜中的研究尚未見報道。

2 品種創新與選育

2.1 新品種選育

根據文獻資料統計，“十三五”期間，國內育種單位新選育的主要蘿卜品種共32 個（表1），總體上表現出以下特點：一是生態類型豐富，可分為6 個類型，白蘿卜數目最多，有14 個，占比最大；其次為綠蘿卜，共有10 個；其他類型蘿卜還包括葉用蘿卜、紅蘿卜、紅皮蘿卜和櫻桃蘿卜。二是新選育品種以雜交種為主，常規種較少，利用雄性不育系雜交選育的新品種較多（15 個）。三是部分選育的白蘿卜耐抽薹性強，達到進口品種水平，如國家大宗蔬菜產業技術體系蘿卜品種改良崗位團隊選育的耐抽薹、抗病優質的一代雜種浙蘿6 號，在浙江地區3 月中旬露地直播一般不產生先期抽薹。

表1 “十三五”期間國內選育的蘿卜新品種

2.2 地方品種改良

我國蘿卜地方品種豐富，但由于多為常規種，且長期以來一直是農民自己留種，品種純度難以保持，蘿卜外形大小不一，品質參差不齊，商品性差，品種退化現象嚴重。“十三五”期間，育種單位在收集鑒定地方品種資源的基礎上，對其加以改良選育，培育出更符合市場的品種，如七星蘿卜、紫青1 號、天驛青翠等。近年來，各地政府對地方品種保護也逐步重視，“十三五”期間通過國家地理標志保護登記蘿卜品種10 個（表2），有力地推動了蘿卜產業品牌化、特色化、標準化發展。

表2 “十三五”期間通過國家地理標志保護登記蘿卜品種

3 前沿育種科技創新

3.1 構建多份遺傳圖譜，定位一批控制重要性狀的QTL 或基因

遺傳圖譜是以基因或者遺傳標記之間的連鎖和重組交換值構建的圖譜，是QTL 定位的基礎。蘿卜遺傳圖譜構建在“十三五”期間快速發展，基于二代測序技術的高密度遺傳圖譜相繼發表，為蘿卜重要性狀基因挖掘奠定了基礎。Wang 等（2018）及曲麗君等（2020）分別基于Indel 和SSR 標記構建了蘿卜遺傳圖譜，覆蓋長度分別為934.5 cM 和894.9 cM。Gan 等（2019）、Luo 等（2020）和Wu等（2020）分別利用高通量測序技術構建了3 張蘿卜超高密度遺傳圖譜。

花青素不僅賦予蘿卜鮮艷的外觀品質，而且具有很高的營養價值，我國地方蘿卜含有豐富的紅皮或紅肉蘿卜資源，皮色或肉色是蘿卜品質育種的重要性狀之一。Liu 等（2019a）、Luo 等（2020）及Fan 等（2020）分別將控制蘿卜紅皮的基因定位在2 號和7 號染色體，并發掘了控制蘿卜皮色的3 個不同基因：、和。此外，Wang 等（2020）將控制蘿卜肉色的基因定位在7號染色體，并確定調控紅肉蘿卜花青素積累的候選基因為。

抗病是蘿卜品種選育的主要目標性狀之一?！笆濉逼陂g，國內學者主要在根腫病和黑腐病抗性基因定位與分子標記開發方面取得了進展。Gan 等人（2019）利用高密度遺傳圖譜對抗根腫病QTL 定位，最終獲得5 個QTL 位點，分別位于8 號和9 號染色體，最大貢獻率為31.38%。池鵬（2020）等利用BSA-seq 方法將抗根腫病基因定位在5 號染色體，表現為顯性單基因遺傳，并結合轉錄組分析，預測和為候選基因。Wu 等人（2020）利用高密度遺傳圖譜定位到了兩個與黑腐病抗性相關的QTL，即位于2 號染色體的和7 號染色體的，兩個位點分別解釋26.97%和27.06%的表型變異。雖然“十三五”期間國內學者相繼定位了蘿卜根腫病和黑腐病抗病位點，為抗病分子輔助育種提供了可用的標記，但相關基因仍未克隆。

蘿卜抽薹時間為主基因和多基因控制的數量性狀，易受環境條件影響，且早抽薹對晚抽薹為不完全顯性，給耐抽薹品種選育及種質資源創制帶來較大困難。Wang 等（2018）將控制抽薹時間性狀的QTL 定位在2 號染色體，并認為是主效基因；甘彩霞等（2019）和曲麗君等（2020）則分別檢測到2 個和4 個QTL 位點與蘿卜抽薹和開花性狀相關。目前對蘿卜抽薹分子標記的研究還存在遺傳距離較大，微效位點挖掘不充分，尚不能較好地用于分子標記輔助育種的問題。

3.2 基于多組學技術解析重要性狀調控機制

心里美和胭脂紅蘿卜是我國特有的地方品種，肉質根內均為紅色，富含花青素。Sun 等（2018）、Liu 等（2019b）及Gao 等（2019，2020）分別利用轉錄組技術分析蘿卜花青素合成相關候選基因，結果表明：、、、、-、、等基因以及MYB 轉錄因子在蘿卜花青素生物合成及調控機制中發揮了重要作用。

熱脅迫和鹽脅迫嚴重影響蘿卜生長發育。Sun等（2016）分析了200 mmol·LNaCl 處理48 h 蘿卜根系與正常條件下根系轉錄組的變化，共鑒定出8 709 個差異表達基因，還初步提出了差異表達基因和miRNA 介導的蘿卜對鹽脅迫的感知和響應基因的調控模型；Yang 等（2019）基于轉錄組和小RNA 測序聯合鑒定了熱脅迫下蘿卜幼苗葉片1 802個差異表達的mRNA、169 個差異表達的lncRNA和3 個差異表達的circRNA。

耐抽薹是蘿卜品種選育的重要目標性狀，Nie等（2016）及Liu 等（2017）在蘿卜春化階段開展轉錄組分析，篩選了一系列春化相關基因，包括2個基因，并提出了蘿卜抽薹開花調控的網絡調控模型。

此外，細胞質雄性不育（CMS）已廣泛應用于蘿卜及其他十字花科蔬菜的育種。Mei 等（2016）和Xie 等（2016）對蘿卜細胞質雄性不育與可育花蕾的轉錄組進行比較分析，分別鑒定差異表達基因539 個和3 504 個，包括雄性不育基因、ATP 合酶基因、生長素反應因子（ARF）基因、查爾酮合酶（CHS）基因和MYB 等轉錄因子基因。

3.3 建立或優化重要育種技術

在遺傳轉化方面，喻曉敏等（2016）采用浸花法，使用含有綠色熒光蛋白（GFP）報告基因的根癌農桿菌浸泡生長狀態良好的蘿卜花序，結果表明GFP 能夠在蘿卜幼根中成功表達。張曉雪等（2018）構建了3 個蘿卜特異性CRISPR/Cas9 高效表達載體系統，并成功在蘿卜細胞中實現基因編輯。由于蘿卜再生困難，遺傳轉化研究進展緩慢，蘿卜遺傳體系的初步建立，一方面為解析蘿卜基因功能提供方便，另一方面可極大提高蘿卜種質改良及育種水平。

在單倍體育種研究方面，蘿卜小孢子誘導成胚后胚狀體的再生及成苗技術研究取得重要進展，張麗等（2016）以銀玉白蘿卜小孢子胚狀體為試材，研究了激素對胚狀體再生的影響；之后以北京心里美和山東心里美為供體材料進行離體小孢子培養，獲得了肉色整齊一致的心里美蘿卜新品系，有效解決了常規自交易出現淺綠肉變異株的問題（張麗等，2020b），為小孢子培養技術在蘿卜育種上的應用提供了參考。

4 “十四五”育種研究展望與建議

“十三五”期間，國內的蘿卜基礎研究取得了長足發展，特別是在重要性狀基因挖掘方面。然而研究深度不夠，創新性不足，在重要育種技術體系方面進展緩慢，與其他十字花科蔬菜研發水平相比，差距明顯。在未來的一段時間內，傳統雜交育種技術仍會是蘿卜品種選育的主要手段，但是現代生物技術也必然會在蘿卜育種中得到實際應用并逐步占據主導地位。因此，加強蘿卜育種基礎研究是“十四五”期間的當務之急。

4.1 加強蘿卜種質資源保護與利用

以國外種質、近緣種、野生資源及我國特異資源為重點對象，進行收集、評價和保存。針對生產中對品質、產量、重大病蟲害和逆境抗性等的需求，集成和研制蘿卜重要性狀標準化和精準化表型鑒定評價技術；利用單項性狀鑒定或多年多點綜合評價等方法，分步完成蘿卜種質資源核心樣本的表型精準鑒定。建立蘿卜突變群體，豐富蘿卜育種資源。以白菜、甘藍等近緣種為供體，開展遠緣雜交研究，篩選獲得具有豐富遺傳多樣性的新種質。

4.2 開展重要性狀基因挖掘與應用

在種質資源核心樣本的表型精準鑒定基礎上，開展基因型精準鑒定，通過關聯分析挖掘優異基因，深入開展蘿卜重要性狀的功能基因組、表觀基因組、代謝組與蛋白組學研究，構建多組學生物信息大數據庫，鑒定克隆調控蘿卜肉質根膨大、花青素及硫甙含量、黑腐病及根腫病抗性等重要性狀的基因，解析分子調控網絡。

4.3 開展關鍵技術研發

研究小孢子培養等單倍體育種技術，建立大規模、高效單倍體育種技術體系；通過原生質體培養、體細胞融合和細胞雜交等其他細胞工程育種技術與分子標記選擇相結合，加速遠緣物種優異目標性狀的導入及純合進度；開展蘿卜基因工程研究，重視轉基因安全；探索建立高效的蘿卜遺傳轉化體系、基因編輯技術。

4.4 加快選育優異品種

“十四五”期間蘿卜品種選育主要包括以下4 個方向：一是選育不同加工類型的蘿卜品種。如適宜腌漬的品種、適宜制作蘿卜干的品種、適宜鮮食的品種等。二是改良地方品種。我國蘿卜地方品種豐富，區域市場較大。如北京心里美蘿卜、天津沙窩蘿卜、浙江蘭溪小蘿卜、山東濰縣蘿卜、湖北黃陂脈地灣蘿卜、湖南龍山蘿卜等栽培歷史悠久。在收集鑒定地方品種資源的基礎上，應對其加以改良，培育出更符合市場需求的蘿卜品種。三是選育具有特定抗性的品種。針對云南、湖北、河南、遼寧等地區選育抗根腫病品種，針對華北地區選育抗病毒病品種，并加強對抗黑腐病品種的選育。四是選育其他用途的蘿卜品種。如油用品種、葉用品種、芽苗菜用品種、提取次生代謝產物的品種、具有觀賞價值的盆栽品種等。