油菜花色遺傳研究進(jìn)展

陳志愛 韓配配 倪正斌 孫紅芹 萬(wàn)林生

（江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所 江蘇 鹽城 224002）

花色是十字花科作物重要的形態(tài)特征之一[1]。 花色可以用在品種純度檢測(cè)及測(cè)定一些品種的自然異交率等方面，并且有望在未來(lái)發(fā)揮更大價(jià)值。 目前生產(chǎn)上常見（或者生產(chǎn)上大面積種植）的油菜花瓣顏色主要有金黃色、鮮黃色、檸檬黃和乳黃色，而乳白色、白色、微紫色及黃白嵌合等顏色的花瓣則較為少見，橘紅色油菜品種與上述的油菜花色相比更為少見，紫色的油菜花和紅色的油菜花在油菜品種中極為稀有[2]。 油菜花色豐富多彩，可用于觀光農(nóng)業(yè)，推動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展， 為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收的同時(shí)帶動(dòng)旅游業(yè)的發(fā)展[3]。 因此，油菜花色的研究已成為油菜領(lǐng)域研究的重要內(nèi)容之一。 本文作者對(duì)油菜花色的來(lái)源、油菜花色與其他性狀的關(guān)聯(lián)性、油菜花色遺傳、油菜花色分子機(jī)制等方面的研究進(jìn)行綜述， 以期為彩色油菜的選育提供參考。

1 油菜花色變異來(lái)源

油菜花色變異來(lái)源廣泛。 不同的花瓣具有不同的性狀來(lái)源，表現(xiàn)出不同的遺傳關(guān)系，前人對(duì)油菜花色變異的來(lái)源主要?dú)w納為以下3 類[4]。

第一類是自然變異， 即油菜在自然環(huán)境且沒有人為控制條件下發(fā)生的變異， 如甘藍(lán)型油菜的白色花瓣自然突變體。 自然變異產(chǎn)生不同的甘藍(lán)型油菜花色材料， 如利用細(xì)胞質(zhì)恢復(fù)系為研究材料， 李莓等[5]發(fā)現(xiàn)油菜花色為橘紅色的突變體，在甘藍(lán)型油菜中張潔夫等[6]獲得97 088 份黃色材料；在甘藍(lán)型油菜和芥菜型油菜中，吳新杰[7]、Rahman 等[8]發(fā)現(xiàn)了乳白色突變體； 在甘藍(lán)型油菜雜交種C022 不育系中，于澄宇等發(fā)現(xiàn)了黃白嵌合體花瓣[9]。

第二類是人工誘變，即人為利用化學(xué)誘變（如秋水仙素、亞硝酸等）和物理誘變（如紫外線、激光等）誘發(fā)油菜花色發(fā)生的變異，如趙永福等[10]利用甲基磺酸乙酯（EMS）和疊氮化鈉（NaN3）等化學(xué)試劑對(duì)油菜進(jìn)行誘變，獲得淡黃色花瓣突變體；Wang 等[11]、石從廣[12]、黃永娟[13]利用EMS 分別獲得了白花突變體、淡黃花突變體、黃白雙色花突變體；彭家成[15]利用N+離子束輻照獲得淡黃色花的突變體[14]；孫加焱等利用800 Gy（60Co-γ）射線輻照產(chǎn)生白色花瓣突變體。

第三類是基因轉(zhuǎn)育，主要通過(guò)遠(yuǎn)緣雜交、染色體加倍等方法， 將植物花色基因?qū)胗筒酥谢蚝铣尚滦陀筒似废怠?種間雜交主要是指通過(guò)不同物種進(jìn)行的遠(yuǎn)緣雜交，如蘿卜與甘藍(lán)雜交，由于后代可能出現(xiàn)敗育，經(jīng)染色體加倍得到白花材料，再通過(guò)人工轉(zhuǎn)育等操作也可以獲得甘藍(lán)型油菜白花新材料[2]。 陳寶元等[16]也利用同樣的技術(shù)，獲得了白花芥藍(lán)與黃籽沙遜形成的白花黃籽人工合成油菜No.2127； 牛應(yīng)澤等[17]則獲得了白花芥藍(lán)和白菜的遠(yuǎn)緣雜交白花甘藍(lán)型油菜。 趙志剛[18]、丁力[19]利用諸葛菜與甘藍(lán)型油菜華雙3 號(hào)材料， 在人工干預(yù)的情況下通過(guò)體細(xì)胞融合技術(shù)，再結(jié)合多代回交、 染色體加倍等獲得帶有橘紅色花瓣的諸葛菜-甘藍(lán)型油菜二體附加系。 蒲曉斌等[20]通過(guò)甘藍(lán)型油菜近緣植物的遠(yuǎn)緣雜交， 在后代中發(fā)現(xiàn)紅色花瓣單株，經(jīng)過(guò)大量轉(zhuǎn)育后獲得橘紅花材料，后又經(jīng)過(guò)雜交轉(zhuǎn)育，獲得橘紅、桃紅、蘿紫、粉黛、純白、翠綠和嵌合花色等一大批不同花色新材料。

2 油菜花色與其他性狀的關(guān)聯(lián)性

分析油菜花色與其他性狀間的關(guān)系是培育和豐富種質(zhì)資源的關(guān)鍵。 大量研究表明，甘藍(lán)型油菜白花性狀與芥酸含量密切相關(guān)[21-22]。 Qiu 等[23]研究發(fā)現(xiàn)，N13 染色體上含有一個(gè)控制芥酸含量的主要基因。劉雪平等[24]通過(guò)集團(tuán)分離分析法篩選到一個(gè)與甘藍(lán)型油菜黃花和低芥酸均連鎖的RAPD 標(biāo)記S92-1400。 Kato 等[25]和Tokumasu[26]認(rèn)為，油菜花色與胚發(fā)育密切相關(guān)，只有當(dāng)配子中僅存在黃花基因時(shí)，胚才更有利于發(fā)育成有活性的種子， 而當(dāng)配子中存在白花基因時(shí)，胚發(fā)育受阻，種子活性降低，植株結(jié)實(shí)率下降。 除此之外，Lommen 等[27]也發(fā)現(xiàn)，白花型油菜胞質(zhì)不育系生存力差、硫含量高等。

3 油菜花色遺傳

油菜花色的遺傳研究早有報(bào)道， 但由于花色研究材料和性狀來(lái)源不同， 所表現(xiàn)的遺傳關(guān)系也不相同。 1927 年，Sylvén[28]首次提出2 對(duì)基因的互作會(huì)引起甘藍(lán)型油菜花色差異；1929 年，Pearson[29]提出白花相對(duì)于黃花來(lái)說(shuō)是顯性性狀， 且白花受顯性單基因控制；隨后，在不同類型油菜研究中，不同學(xué)者對(duì)花色遺傳提出不同看法。 1945 年，Sun[30]提出芥菜型油菜的乳白花受2 對(duì)基因控制，該結(jié)果與Singh 等[31]的研究結(jié)果一致，且Singh 等認(rèn)為芥菜型油菜的黃花和乳白花均由2 對(duì)基因控制，黃花對(duì)乳白花為隱性。 然而1977 年Heyn 在甘藍(lán)型油菜花色研究中提出相反觀點(diǎn)，認(rèn)為甘藍(lán)型油菜黃花對(duì)乳白花為顯性，但多位學(xué)者認(rèn)為甘藍(lán)型油菜白花受顯性單基因控制[33-35]。 田露申等[36]研究表明，在人工合成的甘藍(lán)型油菜中，白花受W1和W2兩個(gè)不完全顯性基因控制，W1對(duì)W2具有隱性上位作用。 也有研究認(rèn)為，在甘藍(lán)型油菜黃白嵌合突變體中，隱性基因控制了白色性狀的表達(dá)，并且只在一部分區(qū)域進(jìn)行表達(dá)[9]。 對(duì)于甘藍(lán)型油菜橘紅色和金黃色，李莓等[37]和張潔夫等[38]認(rèn)為二者均是由2 對(duì)隱性基因控制的，而朱家成等[39]則發(fā)現(xiàn)甘藍(lán)型油菜鮮黃色和橘黃色受2 對(duì)重疊基因控制， 且鮮黃花對(duì)橘黃花為顯性。 另有研究發(fā)現(xiàn)，在顯性核不育的純合橙黃色甘藍(lán)型油菜品種中， 其橙黃色表型與鮮黃色油菜品種對(duì)比為隱性性狀，并且是由2 對(duì)核基因控制的， 只是這2 個(gè)基因的物理位置是重疊的[40]。Zhang 等[41]認(rèn)為人工合成的甘藍(lán)型油菜中，花瓣顏色的變化受到2 個(gè)方面的影響， 分別是細(xì)胞核基因的控制和細(xì)胞質(zhì)基因的影響。 在結(jié)球甘藍(lán)研究中，劉玉梅等[42]發(fā)現(xiàn)白花是由隱性單基因控制的。

4 油菜花色分子機(jī)制

近年來(lái)，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，遺傳標(biāo)記在遺傳圖譜構(gòu)建、基因定位、分子標(biāo)記輔助育種等方面得到了廣泛應(yīng)用。 在已建立的遺傳連鎖圖譜基礎(chǔ)上，逐步挖掘出一些與花色性狀相關(guān)的位點(diǎn)。 田露申[43]的研究表明，在黃色花瓣中BnaPSY基因表達(dá)較高，而在白花花瓣中表達(dá)較低，在乳白色花瓣中表達(dá)量居中。 Zhao 等[44]研究發(fā)現(xiàn)，甘藍(lán)型油菜花色受BnPSY、BnPDS、BnNCED3等多個(gè)類胡蘿卜素代謝相關(guān)基因的影響。張豹等[45]在C03 染色體上定位到一個(gè)控制白花的顯性基因， 并獲得其候選基因BnaC03.CCD4，深入研究發(fā)現(xiàn)BnaC03.CCD4基因編碼區(qū)存在一個(gè)7.62 kb 的轉(zhuǎn)座子插入，轉(zhuǎn)基因功能驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)該候選基因可使黃花轉(zhuǎn)變?yōu)榘谆ā?淡亞彬[46]在A09 染色體上定位到一個(gè)甘藍(lán)型油菜橘紅花的基因，Yao 等[47]在C09 染色體上定位到一個(gè)橙色花基因， 區(qū)間為151 kb，區(qū)間內(nèi)包含33 個(gè)候選基因。 Liu 等[48]對(duì)橙色花基因進(jìn)行基因定位， 認(rèn)為OF1在C09 染色體上25 kb 的區(qū)域，OF2在A09上196 kb 的區(qū)域，并成功克隆2 個(gè)基因。趙君偉[49]將白菜型油菜花色基因初步定位在A02 染色體上，接著進(jìn)行精細(xì)定位，最終將白花基因定位在A 基因組的2 號(hào)染色體上，SNP 標(biāo)記378～1 100 之間。 陳雪初步推斷控制甘藍(lán)型油菜白花性的基因位于C03 染色體上， 再利用F2群體將白花候選基因精細(xì)定位在InDel 標(biāo)記2 和SSR 標(biāo)記139之間，2 個(gè)標(biāo)記之間的物理距離為254 kb[50]。張亞妮[51]利用橘紅花色品系X118 與黃花品系R258 雜交產(chǎn)生BC5II 群體為研究對(duì)象，對(duì)Bnpc2進(jìn)行精細(xì)定位及其課題組前期研究表明甘藍(lán)型油菜橘紅花性狀為隱性性狀， 由基因Bnpc1、Bnpc2控制， 利用分子標(biāo)記將Bnpc1基因定位于C 基因組9 號(hào)染色體151 kb 的區(qū)間范圍內(nèi)， 將Bnpc2基因定位到A 基因組9 號(hào)染色體3.721～3.748 Mb 的區(qū)間內(nèi)。 張向向[52]通過(guò)對(duì)芥菜型油菜白花遺傳規(guī)律進(jìn)行分析，白花為隱性性狀，由基因Bjpc1和Bjpc2控制， 接著利用重測(cè)序技術(shù)將BjPC2基因初步定位在芥菜型油菜B 基因4 號(hào)染色體上， 在候選區(qū)間進(jìn)一步開發(fā)分子標(biāo)記， 最終將BjPC2基因定位在31 kb 物理區(qū)間內(nèi)。 Zhang 等[45]利用分子標(biāo)記技術(shù)找到了與白花顯性基因緊密連鎖的2 個(gè)標(biāo)記， 通過(guò)2 個(gè)連鎖標(biāo)記定位白花基因，2 個(gè)連鎖標(biāo)記與白花基因的物理距離分別為3.0 cm 和3.2 cm。

郭青青[53]以甘藍(lán)型油菜雙單倍體純系黃花Y05和橘紅花R08 為研究材料,研究結(jié)果表明橘紅花性狀受1 對(duì)顯性主效基因控制, 全基因組重測(cè)序定位橘紅花性狀基因候選區(qū)間結(jié)果與轉(zhuǎn)錄組測(cè)序定位結(jié)果高度一致, 均位于法國(guó)甘藍(lán)型油菜Darmor-bzh A07染色體18～19 Mb。 楊茹涵[54]利用芥藍(lán)（白花）與野生甘藍(lán)（黃花）構(gòu)建F2分離群體為研究材料，研究表明甘藍(lán)花色性狀由C03 染色體上一個(gè)部分顯性主效QTL 位點(diǎn)控制， 并受到C02 上一個(gè)微效加性QTL 的影響；主效QTL 候選基因BoCCD4編碼區(qū)778～780 bp處3 個(gè)堿基的插入極可能導(dǎo)致BoCCD4功能喪失，從而呈現(xiàn)黃色表型。蔣娜娜[55]以甘藍(lán)型油菜品種中雙11 為親本1 和紅色花的紅花油菜（H121）株系為親本2，由紅花油菜（H121）與黃花油菜中雙11 號(hào)雜交獲得F1，然后F1進(jìn)行自交獲得F2，由F2構(gòu)建了CRY1和CRY2 兩個(gè)群體， 根據(jù)比對(duì)結(jié)果得到的物理位置信息， 最終將QTL 定位于甘藍(lán)型油菜A7 的21140986～21186265 區(qū)間內(nèi)，區(qū)間大小45 kb。 周蓉[56]以甘藍(lán)型油菜黃花Y05和橘紅花R08及子代群體為研究材料，將甘藍(lán)型油菜橘紅花顯性基因定位在A07染色體，候選區(qū)間為17～23Mb。 并推測(cè)橘紅花候選基因?yàn)榛駼naA07g33370D。賈樂(lè)動(dòng)[57]以不同色系花瓣材料中具有代表性的甘藍(lán)型油菜橘紅花品系OrP、白花品系WP 和黃花品種ZS11、WYA47 及DHM42 等為研究材料將橘紅花性狀候選基因精細(xì)定位在Darmor-bzh 參考組A07 染色體164.389 kb 區(qū)間內(nèi)，預(yù)測(cè)期候選基因?yàn)锽naA07.PAP2。 并將白花性狀候選基因定位在Darmor-bzh 參考組C03染色體的52 ～54 Mb 區(qū)間內(nèi)，預(yù)測(cè)其候選基因?yàn)锽naC03.NCED4。

5 展望

油菜是我國(guó)主要的油料作物。 一方面隨著人們?nèi)粘Ｉ钯|(zhì)量的愈加提高， 對(duì)觀光旅游也愈加興趣濃厚，不同顏色的油菜花大面積種植，同時(shí)利用不同顏色搭配形成靚麗的圖畫，吸引了眾多觀光者，促進(jìn)了鄉(xiāng)村旅游業(yè)的發(fā)展， 也成為農(nóng)民增收的重要途徑之一。 另一方面，油菜花色顏色很容易被肉眼辨別，受環(huán)境的影響不大，作為一種指標(biāo)，在種間性狀轉(zhuǎn)移技術(shù)的可行性檢驗(yàn)、自然異交率、種子純度、去除雜株等諸多田間應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。 如果將油菜彩花性狀與雜種優(yōu)勢(shì)利用相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)彩花、品質(zhì)、產(chǎn)量及抗逆性的同步提升和綜合協(xié)調(diào)， 滿足油菜多功能利用和多樣化發(fā)展的產(chǎn)業(yè)需求， 對(duì)油菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展和鄉(xiāng)村振興的促進(jìn)意義重大。