朱吉風，張俊英，楊立勇，蔣美艷，江建霞，李延莉，王偉榮，周熙榮

（上海市農業(yè)科學院，上海 201403）

油菜作為世界四大油料作物之一，在人類生活中占據(jù)重要地位。我國油菜常年種植面積約761萬公頃、年均總產量約118.5億千克，居世界首位；我國菜籽油年均產量約450萬噸，占國內植物油總消費量的19.7%，是當前我國國產食用植物油的主要來源［1]。在三大油用油菜（甘藍型油菜、芥菜型油菜與白菜型油菜）中，甘藍型油菜（Brassica napus L.）因籽粒產量高、株型好，是目前我國油菜生產中的最大栽培類型［2，3]。

1 甘藍型油菜基因組學研究進展

甘藍型油菜（AnAnCnCn，2n＝4x＝38）屬十字花科（Cruciferae）蕓薹屬（Brassica），為異源四倍體，基因組大小約1130 Mb［4]。甘藍型油菜兼具油用、菜用、蜜用、肥用以及飼用等多重功能［5]。加強油菜基因組學研究，對有效利用現(xiàn)代分子生物學手段推進油菜遺傳改良具有重要意義。

構建遺傳圖譜是基因組學研究的重要環(huán)節(jié)，是基因定位與基因功能研究的基礎，是分子育種的重要依據(jù)。國內外通過開發(fā)大量的RAPD、AFLP和RFLP等油菜分子標記構建了甘藍型油菜遺傳圖譜，如：1991年Landry等發(fā)表了甘藍型油菜第一張包含103個RFLP標記的遺傳連鎖圖譜［6]；2001年Lombard和Delourme在前人構建的圖譜基礎上，利用同工酶標記和3種DNA標記（AFLP、RFLP與RAPD）構建了一張遺傳整合圖譜［7]。隨著分子技術的發(fā)展，遺傳圖譜構建所用的標記類型也由傳統(tǒng)的RFLP、RAPD等標記發(fā)展到SSR、EST-SSR和DArT、SNP等多種類型的分子標記（表1），構建的甘藍型油菜遺傳圖譜有了很大的改觀。如2012年Raman等構建了圖譜長度為2288 cM、包含135個SSR和437個DArT標記的遺傳連鎖圖譜［9]；2013年Liu等構建了一張覆蓋甘藍型油菜全基因組的高密度遺傳連鎖圖譜［10]；2016年Nurhasanah和Ecke基于AFLP與SSR標記構建了圖譜長度為2003 cM、包含568個遺傳位點的遺傳圖譜［11]，等等。

隨著測序技術的不斷發(fā)展，研究者開始利用全基因組測序開發(fā)分子標記。2012年Hu等利用454測序技術開發(fā)了655個SNP標記［16]；2016年Mahmood等通過重測序技術開發(fā)了538 691個In／Del標記，構建了包含108個In／Del和89個SSR標記的遺傳連鎖圖譜［17]，使得甘藍型油菜遺傳圖譜的質量進一步提升。2014年Chalhoub等聯(lián)合完成了對甘藍型油菜典型材料“ZS11”的全基因組測序工作，構建了甘藍型油菜基因組草圖［20]。新型標記的應用以及甘藍型油菜全基因組測序的完成為構建高密度遺傳連鎖圖譜、定位包括花色在內的重要性狀基因提供了強有力的工具，同時也為甘藍型油菜重要性狀基因克隆以及分子標記輔助育種創(chuàng)造了機遇。

表1 部分甘藍型油菜遺傳連鎖圖譜Table 1 Part of genetic linkage maps of rapeseed

2 油菜花色研究進展

花瓣顏色作為植物重要的表型性狀，因具備表型直觀、遺傳穩(wěn)定、不易受環(huán)境影響等優(yōu)點，一般作為一種指示標記應用于田間品種的選育。油菜花色是指其成熟花瓣的顏色，主要有金黃色、橙黃色、桔紅色、鮮黃色、乳白色、白色、微紫絲白色以及黃白嵌合體等［2]?；ㄊ怯筒说纳称鞴?，花色不僅可以作為一種指示性狀用于育種，還能夠引導昆蟲取食、授粉，降低病毒病的發(fā)生和危害［2，21，22]。

2.1 油菜花色變異來源

甘藍型油菜花瓣顏色存在豐富的遺傳變異。其變異來源主要分為3類：（1）自然變異，如甘藍型油菜的白色花瓣自然突變體［23]；（2）人工誘變，包括化學誘變與物理輻射；（3）基因轉育，主要通過遠緣雜交、染色體加倍等方法，將蘿卜、白菜、甘藍等花色基因滲入到甘藍型油菜中或合成新型甘藍型油菜［2，24]。

2.2 油菜花色與其他性狀的關聯(lián)性

油菜育種目標主要為高產、優(yōu)質、高抗。雙低（低芥酸、低硫甙）是優(yōu)質油菜選育的目標。劉雪平等研究認為，甘藍型油菜白花性狀與高芥酸連鎖緊密，并篩選到一個與黃花和低芥酸基因均連鎖的RAPD標記S92-1400［25]。所以，可將花色作為指示性狀進行田間低芥酸油菜品種選育。也有研究發(fā)現(xiàn)，油菜白花胞質不育系生活力差、硫甙含量高以及僅有白花基因的種子活性差等［2，22]。此外，部分研究報道油菜花色與不育基因雖獨立遺傳，但可利用花色進行田間去雜，以保證制種親本的純度［22，26，27]。

2.3 油菜花色遺傳研究

1929年Pearson首次對油菜花色在遺傳水平上進行了研究。隨著研究者對油菜花色遺傳規(guī)律的深入研究，發(fā)現(xiàn)油菜花色不僅種類多，其遺傳也較為復雜。已有的研究成果表明，若選用不同的材料研究花色性狀，所獲得的遺傳規(guī)律可能不同。較多學者認為油菜白花屬于單基因遺傳，為質量性狀［28～30]，但田露申等認為油菜白花是受兩對基因和多個微效基因控制的數(shù)量性狀［23]。于澄宇等研究發(fā)現(xiàn)，甘藍型油菜黃白嵌合突變體中白色是隱性基因控制，并在局部表達［31]。Zhang等對某些人工合成的甘藍型油菜研究發(fā)現(xiàn)，花色可能受到細胞核和細胞質基因的共同影響［32]。周熙榮等在甘藍型油菜顯性核不育橙黃花純合兩型系選育過程中發(fā)現(xiàn)，橙黃色對鮮黃色為隱性，由兩對重疊核基因控制［27]。另外，有的研究者認為花色表型可能與染色體組成和數(shù)目有關，如，Tisakal等通過細胞融合技術得到具有白花性狀的融合植株（47條染色體），而當回交至38條染色體時，花瓣又恢復至黃色［33]，等等。

2.4 油菜花色基因研究

近年來，隨著分子生物學技術的快速發(fā)展，遺傳標記已被廣泛應用于遺傳圖譜構建、基因／QTL定位、分子標記輔助育種等。基于已經構建的遺傳連鎖圖譜，一些與花色性狀連鎖的標記位點被逐步挖掘（表2）。如：董育紅等在甘藍型油菜中開發(fā)了與白花基因連鎖的RAPD標記［34]；劉雪平等篩選到一個與黃花緊密連鎖的RAPD標記［25]；Huang等通過性狀—標記關聯(lián)分析，獲得了與白色花瓣基因緊密連鎖的分子標記，并用于分子標記輔助育種［35]。上述研究僅是針對油菜花色基因進行初定位研究，直到2014年才有了油菜花瓣顏色功能基因的報道。Lee等通過性狀—標記關聯(lián)分析在白菜型油菜A9染色體上獲得花瓣乳黃色基因BrCRTISO1，該基因屬于類胡蘿卜素異構酶基因，編碼589個氨基酸［36]；Zhang等通過圖位克隆技術在甘藍型油菜染色體C3上獲得控制花瓣白色性狀的功能基因BnaC3.CCD4，該基因屬于類胡蘿卜素裂解雙加氧酶基因，編碼597個氨基酸［37]；Zhang等分別針對芥菜型油菜A2染色體上的白花性狀基因BjPC1與B4上白花突變體基因Bjpc2進行了精細定位，并預測其對應的花色性狀候選基因，同時開發(fā)了共分離標記用于分子標記輔助選擇［38，39]。

3 問題與展望

油菜作為我國第一大油料作物，其穩(wěn)產與高產對我國乃至世界食用植物油安全具有重要影響。目前我國種植的甘藍型油菜主要以雜交品種為主。雜交品種的純度會直接影響油菜的產量，因此，育種中需要通過田間去雜以保證親本的純度。在田間去雜過程中可能會面臨雜株與親本性狀相似而難以分辨的問題，需要借助花色等指示性狀進行辨別。周熙榮等［27]依據(jù)花色遺傳規(guī)律，將橙黃花與顯性核不育進行結合，在油菜三系制種過程中借助橙黃花去除全不育系中的雜株，從而有效地保證了雜交種的純度。因此，加強油菜花色的遺傳研究，利用油菜花色與其他性狀（如高芥酸、雄性不育等）的關聯(lián)性，對 提高育種效率意義重大。

表2 與油菜花色基因相關的分子標記Table 2 Molecular markers of rape flower color

3.1 存在的主要問題

近年來，甘藍型油菜功能基因組學研究已取得很大進展，必將加快油菜育種的步伐。然而，由于甘藍型油菜為異源四倍體，其基因組龐大，且富含大量重復序列，兩個亞基因組（A和C）之間還存在著豐富的基因或DNA序列置換現(xiàn)象［20，40]，這些復雜的遺傳背景使得甘藍型油菜遺傳研究遠遠落后于擬南芥、水稻、大豆、玉米等二倍體植物，嚴重制約了甘藍型油菜的功能基因發(fā)掘與分子育種工作。迄今為止，相較于其他二倍體植物，甘藍型油菜主要農藝性狀的控制基因克隆的極少，針對主要農藝性狀開發(fā)的分子標記多為RAPD、AFLP等不能區(qū)分雜合位點的顯性標記。此外，由于針對目標性狀開發(fā)的分子標記在實際應用過程中可能會存在一些限制，如不同群體中標記—性狀連鎖的緊密程度不一致、遺傳距離很近但物理距離卻相距很遠，這些問題均阻礙了油菜重要性狀機制研究與分子育種進展。特別是種類繁多的花色性狀，與其他植物花色研究相比，油菜花色研究極其不足。

綜上，目前油菜花色研究中存在的障礙主要有四點：（1）油菜花色與其他主要農藝性狀關聯(lián)性研究不足；（2）甘藍型油菜參考基因組信息量缺乏；（3）基因驗證技術體系不完備；（4）基礎研究與育種結合不緊密，已開發(fā)的功能標記在育種中應用極少。

3.2 展望

花色是輔助人工去雜或田間選育的有利工具，為充分發(fā)揮油菜花色在分子育種或品種選育中的應用潛力，必需加強油菜花色遺傳研究。雖然甘藍型油菜遺傳背景復雜，但在遺傳研究中可借助油菜的兩個基本種甘藍和白菜，克隆目標基因、解析基因的功能等。隨著測序技術的快速發(fā)展以及測序成本的不斷降低，可利用簡化基因組測序等方法來發(fā)掘花色基因，通過比較基因組學借助模式植物擬南芥的基因組信息來解析油菜候選基因功能，以深入挖掘油菜花色基因與其他重要農藝性狀之間的相關性，將油菜花色基因與現(xiàn)代育種技術相結合，以保障油菜花色作為一種指示性狀在田間品種選育過程中的有效應用。