李春楠，傅巧娟

(浙江省杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 園藝研究所，浙江 杭州 310024)

一串紅 (Salvia splendens Ker-Gaw1)，又名鼠尾草、西洋紅、爆竹紅、撒爾維亞等，在系統(tǒng)分類(lèi)上屬于唇形科 (Labiatae)鼠尾草屬 (Salvia)植物，綠化生產(chǎn)上常作一年生栽培。原產(chǎn)于南美巴西，現(xiàn)已廣泛分布于溫帶及亞熱帶地區(qū)，在我國(guó)各地廣為栽培。一串紅花瓣、花萼鮮紅艷麗，色澤純正，花序較大，花期長(zhǎng)，在眾多草花中表現(xiàn)突出，為我國(guó)城市園林中最普遍栽培的草本花卉，是我國(guó)節(jié)日布置的傳統(tǒng)用花。而且一串紅還具有良好的藥用價(jià)值，全株均可入藥，有涼血、清熱、消腫等功效。

分子生物學(xué)是以核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能及其相互作用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究，從分子水平上闡明生命現(xiàn)象和本質(zhì)的學(xué)科，包括基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等。近年來(lái)，分子生物學(xué)技術(shù)在動(dòng)植物的各個(gè)領(lǐng)域得到了迅猛發(fā)展，在花卉的遺傳機(jī)理、性狀改良和新品種選育中發(fā)揮的作用愈加顯著?，F(xiàn)階段我國(guó)花卉育種研究還很薄弱，尤其是現(xiàn)代生物技術(shù)在育種上的應(yīng)用還很少，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距很大，因此在傳統(tǒng)育種的基礎(chǔ)上利用現(xiàn)代生物技術(shù)尤其是利用基因工程開(kāi)展草花育種研究迫在眉睫。對(duì)于一串紅來(lái)說(shuō)，目前已經(jīng)從栽培管理［1-3］、組織培養(yǎng)［4-6］、病 原 菌 的 分 離 鑒 定［7-8］和 活 性 物 質(zhì) 提取［9-12］等基礎(chǔ)研究逐漸深入到分子水平上來(lái)，取得了一系列進(jìn)展，現(xiàn)將分子生物學(xué)技術(shù)在一串紅中的應(yīng)用情況綜述如下。

1 一串紅的遺傳多樣性

遺傳多樣性是生物多樣性的重要組成部分，是生態(tài)系統(tǒng)多樣性和物種多樣性的基礎(chǔ)。遺傳多樣性研究主要通過(guò)分子生物學(xué)技術(shù)來(lái)進(jìn)行，如隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性 DNA(random amplified polymorphic DNA，RAPD)［13-14］、限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性 (restriction fra-gment length polymorphism，RFLP)［15］、擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性 (amplified fragment length polymorphism， AFLP)［16］、 單 鏈 構(gòu) 象 多 態(tài) 性(single-strand conform-ation polymorphism，SSCP)［17］和相關(guān)序列擴(kuò)增多態(tài)性 (sequence-related amplified polymorphism，SRAP)［18］等技術(shù)。

關(guān)于一串紅的遺傳多樣性分析已有一些報(bào)道，田曄林等［19］利用RAPD技術(shù)對(duì)已收集和自育的一串紅種質(zhì)資源進(jìn)行遺傳多樣性研究。以株高和花色不同為依據(jù)，選取 8個(gè)一串紅品種 (系)，對(duì)RAPD譜帶統(tǒng)計(jì)結(jié)果的聚類(lèi)分析顯示，花色、株型相近的品種 (系)親緣關(guān)系較近，高株型品種(系)單獨(dú)聚為一類(lèi)。胡國(guó)富等［20］探討了不同花色一串紅的親緣關(guān)系，以美國(guó)進(jìn)口品種太陽(yáng)神系列中的紅、紫、紅白相間、白等4種花色一串紅為試材進(jìn)行了RAPD研究，結(jié)果可把4種花色一串紅劃分為2大類(lèi):紅色和紅白雙色聚為一類(lèi)，然后和紫色聚在一起;白色單獨(dú)為一類(lèi)。從這種劃分中可以看出，紅色和紅白雙色親緣關(guān)系較近，紫色距離紅色親緣關(guān)系較近，而白色和其他花色一串紅關(guān)系較遠(yuǎn)，但與紅白雙色的距離較近。這些結(jié)果都表明，RAPD技術(shù)是檢測(cè)一串紅品種 (系)遺傳多樣性的有效工具。楊建玉等［21］利用 AFLP標(biāo)記技術(shù)對(duì)株型突變體BN35-1、野生型BN35及4個(gè)商品種進(jìn)行親緣關(guān)系分析，以確定BN35-1與BN35的親緣關(guān)系，又對(duì)北京地區(qū)常見(jiàn)鼠尾草屬植物的7個(gè)種23份材料進(jìn)行AFLP親緣關(guān)系分析，為北京地區(qū)開(kāi)展鼠尾草屬植物的種間和種內(nèi)遠(yuǎn)緣雜交提供了理論參考。然而，從目前的研究情況來(lái)看，一串紅的實(shí)驗(yàn)材料品種 (系)最多只有8個(gè)，這對(duì)于了解一串紅種質(zhì)資源多樣性的真實(shí)情況還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。為此，本課題組收集了17個(gè)一串紅品種并以此為實(shí)驗(yàn)試材，對(duì)一串紅SRAP-PCR反應(yīng)體系中的主要因子進(jìn)行了優(yōu)化分析，建立了適合一串紅DNA的SRAPPCR擴(kuò)增體系，64對(duì)引物組合中有37對(duì)引物的擴(kuò)增產(chǎn)物在不同材料間具有明顯的多態(tài)性，其中有1對(duì)引物組合的鑒別能力最強(qiáng)，可將所有的17份材料完全區(qū)別開(kāi)，說(shuō)明SRAP能夠有效地揭示不同一串紅品種基因組間的差異，可作為一串紅品種鑒別的重要技術(shù)手段［22］。接下來(lái)利用 SRAP標(biāo)記分析了這些材料的遺傳多樣性，進(jìn)一步挖掘一串紅品種間遺傳基礎(chǔ)的多態(tài)性信息，為一串紅遺傳改良和資源創(chuàng)新提供理論基礎(chǔ)。

2 花色素苷相關(guān)酶和基因

植物的花朵表現(xiàn)出特定的顏色主要是花色素的積累效應(yīng)，花色素的存在及其變化是植物花色表現(xiàn)的化學(xué)機(jī)制?；ㄉ刂饕?lèi)黃酮、類(lèi)胡蘿卜素和生物堿［23］，其中類(lèi)黃酮類(lèi)色素是起主要決定作用的色素。與花色形成相關(guān)的類(lèi)黃酮有兩類(lèi):一類(lèi)是水溶性的花色素苷，產(chǎn)生的顏色范圍從紅色到紫色;另一類(lèi)是黃色2-苯甲川基苯呋喃酮?；ㄉ剀账嫉谋壤诤艽蟪潭壬夏軟Q定花的最終顏色［24］。一串紅的花瓣和花萼為紅色也是由花色素苷所決定，主要是一串紅花葵苷 (Savlinin)。經(jīng)ICMS分析，在其花瓣中，一串紅花葵苷占52%，在花萼中為 50%［25］。Suzuki的實(shí)驗(yàn)組［26］對(duì)一串紅花葵苷的生物合成途徑做了深入研究，發(fā)現(xiàn)丙二酰轉(zhuǎn)移酶是花葵苷形成過(guò)程的最后一個(gè)階段起催化作用的關(guān)鍵酶，包括丙二酰轉(zhuǎn)移酶Ss5MaT1和Ss5MaT2。丙二酰轉(zhuǎn)移酶Ss5MaT1是植物通用?；D(zhuǎn)移酶 (VPAT)家族的成員，Suzuki等［27］利用分子生物學(xué)手段對(duì)Ss5MaT1進(jìn)行了研究，從一串紅花瓣中提取酶的粗提物，經(jīng)過(guò)硫酸銨鹽析和多次過(guò)柱對(duì)Ss5MaT1分離純化，并克隆了它的基因Ss5MaT1。估計(jì) Ss5MaT1單體酶的分子量為46 k Da，cDNA編碼了一個(gè)462個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)。Suzuki等［28］又報(bào)道分離純化了一串紅花瓣中丙二酰轉(zhuǎn)移酶Ss5MaT2，并克隆了Ss5MaT2基因，全長(zhǎng)cDNA編碼一個(gè)417個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)，分子量46 346 Da。后 來(lái)，Li等［29］采 用 SSCP 方 法 對(duì)Ss5MaT1基因的多態(tài)性進(jìn)行了研究，用RT-PCR方法從8種不同顏色一串紅中擴(kuò)增了長(zhǎng)916 bp的Ss5MaT1基因片段，測(cè)序后發(fā)現(xiàn)8種一串紅花中都存在此結(jié)構(gòu)基因，而且同源性相當(dāng)高，在緋紅色、干紅色、白色、紅白雙色、淺紫色、紫色中，該基因序列完全相同，僅在玫瑰紅色和鮭魚(yú)肉色兩種花色中，此基因出現(xiàn)了一個(gè)點(diǎn)突變，改變了編碼氨基酸的順序，在玫瑰紅色花中744 bp處的點(diǎn)突變導(dǎo)致異亮氨酸 (Ile)突變?yōu)樘K氨酸 (Thr)，而鮭魚(yú)肉色花中678 bp處的點(diǎn)突變導(dǎo)致纈氨酸 (Va1)突變成丙氨酸 (Ala)。這些基因上出現(xiàn)的點(diǎn)突變導(dǎo)致編碼氨基酸的改變是否為花色發(fā)生變化的根本原因，還有待于進(jìn)一步探究。

3 存在問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)

在一串紅用花需求不斷增加的同時(shí)，也存在著一些問(wèn)題。如市場(chǎng)上流行的一串紅品種退化現(xiàn)象嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為株形衰弱、花量少、花色退變、花期長(zhǎng)短不一、開(kāi)花時(shí)間不一致;一串紅顏色比較單一，只有紅色系、白色系和紫色系等;要提高一串紅的園林利用價(jià)值，就必須創(chuàng)造出新的花色［25］;一串紅對(duì)溫度反應(yīng)比較敏感，溫度超過(guò)30℃，植株生長(zhǎng)發(fā)育受阻，花、葉變小，花瓣花萼極易脫落［30］。這些問(wèn)題都嚴(yán)重影響了一串紅的觀(guān)賞價(jià)值，降低了經(jīng)濟(jì)效益。因此，選育抗性較強(qiáng)、顏色多樣、株型美觀(guān)、開(kāi)花整齊、色澤艷麗的一串紅新材料，是今后一串紅品種選育和觀(guān)賞性狀改良的主要目標(biāo)。

目前對(duì)一串紅的研究還停留在基礎(chǔ)水平，分子生物學(xué)技術(shù)在一串紅遺傳改良和輔助育種上的應(yīng)用尚淺。利用分子生物學(xué)方法有望解決一串紅花色單一、不耐高溫等問(wèn)題，如利用反義RNA或共抑制技術(shù)抑制相關(guān)基因的活性。荷蘭自由大學(xué)首先用反義RNA技術(shù) (反義的ChsA基因)改變了矮牽牛的花色，轉(zhuǎn)化株出現(xiàn)了各種深淺花斑和開(kāi)白花的品種［31］，這種技術(shù)同樣可以用于一串紅的花色改良，創(chuàng)造新的花色;另外，利用植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)提高植物抗逆性已經(jīng)成為培育花卉新品種的一種趨勢(shì)，引入外源基因可定向修飾花卉的某些性狀或獲得某種能力 (如耐高溫)而不改變其他性狀，且花卉轉(zhuǎn)基因不涉及食品安全問(wèn)題而比較容易被公眾所接受。現(xiàn)在已經(jīng)獲得轉(zhuǎn)基因植株的花卉有矮牽牛(Petunia)、 香 石 竹 (Dianthus)、 菊 花(Dendranthema)、百合 (Lilium)、玫瑰 (Rose)、郁金香 (Tuip)、非洲菊 (Gerbra)、金魚(yú)草(Antirrhinum majus)、絲石竹 (Gypsophila)、月季(Rosa chinensis)、石 斛 (Dedrobium)、蝦 脊 蘭(Calanthe)、草原龍膽 (Eustoma grandiflorum)、水仙 (Narcissus)、天竺葵 (Pelargonium)、唐菖蒲、安祖花 (Anthurium)、伽藍(lán)菜 (Kalanchoe laciniata)、仙客來(lái) (Cyclamen persicum)、智利喇叭 花 (Salpiglossis sinuata)、 杜 鵑 花(Rhododendron)、向日葵 (Helianthus annus)、連翹 (Forsythia suspensa)等［32］，然而轉(zhuǎn)基因技術(shù)對(duì)一串紅的性狀改良等研究還未見(jiàn)報(bào)道。DNA分子標(biāo)記不但可以進(jìn)行品種鑒定和種質(zhì)資源親緣關(guān)系分析，還可以關(guān)聯(lián)與某些農(nóng)藝性狀相關(guān)的基因［33-34］，進(jìn)而輔助花卉育種，縮短育種年限，分子標(biāo)記關(guān)聯(lián)分析在很多花卉中已經(jīng)得到成功應(yīng)用［35-36］，但對(duì)于一串紅的研究，分子標(biāo)記僅限于親緣關(guān)系分析和品種鑒別等方面，與觀(guān)賞性狀的關(guān)聯(lián)分析仍未見(jiàn)報(bào)道。

隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，分子標(biāo)記技術(shù)將與比較基因組學(xué)和功能基因組學(xué)等學(xué)科相結(jié)合，在花卉品種鑒定、資源創(chuàng)新、輔助育種選擇等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。伴隨對(duì)花色素生物合成途徑的深入了解，以及過(guò)程中各種酶的結(jié)構(gòu)基因和調(diào)節(jié)基因功能的進(jìn)一步研究，以基因工程技術(shù)為核心的花色基因的研究，將為人為設(shè)計(jì)并創(chuàng)造花色提供了無(wú)限的可能性，展示了美好的發(fā)展前景。一串紅的分子育種工作仍處在起步階段，將基因工程、蛋白質(zhì)工程等分子生物學(xué)技術(shù)應(yīng)用到一串紅新品種選育中的前景非?？捎^(guān)，將有助于一串紅優(yōu)良觀(guān)賞性狀的定向選擇，使分子育種更具方向性，為一串紅資源創(chuàng)新提供輔助選擇工具和理論指導(dǎo)。

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