醋栗番茄Solanum pimpinellifolium遗传多样性分析

野生种醋栗番茄包含丰富的变异,具有众多优良性状。本研究对从世界不同地区收集的433份醋栗番茄遗传资源进行了表型鉴定及遗传多样性分析。表型鉴定结果表明,在收集的433份醋栗番茄中约有14%为樱桃番茄,370份典型醋栗番茄中约22%的材料存在不同程度的分离。群体变异分析表明,不同性状间变异系数存在较大差异,其中柱头变异系数最大,为56.716%;花瓣数遗传稳定,变异系数最小,为2.082%;相关分析表明,多个性状间存在显著相关性;利用表型和基因型数据聚类均将醋栗番茄群体划分为两大类群;主成分分析表明,坐果率、单果重、可溶性固形物对变异的贡献率较大。研究结果将为利用醋栗番茄进行栽培种番茄遗传改良奠定一定的基础。

醋栗番茄核心种质芽期耐盐性评价

对基于全基因组重测序数据构建的41份野生醋栗番茄核心种质,在150 mmol·L-1 NaCl胁迫下进行芽期耐盐性评价。结果表明:醋栗番茄种质资源的耐盐性存在较大差异,有丰富的遗传多样性,鉴定出耐盐材料13份,盐敏感材料20份。其中N27、N34、N35、N38、N39、N41等6份材料耐盐性较好,相对发芽率达95%以上,显著高于其他醋栗番茄和栽培种Moneymaker、M82。进化树分析结果表明耐盐材料分布在不同类群,推测醋栗番茄耐盐性状受有限的数量性状位点控制。

NaCl胁迫对醋栗番茄、樱桃番茄和番茄幼苗生长、叶片气体交换和离子平衡的影响

以醋栗番茄(Solanum pimpinellifolium Linn.)、樱桃番茄品种‘秦皇贵妃红’(S.lycopersicum var.cerasiforme‘Qinhuangguifeihong’)和番茄品种‘浙粉202’(S.lycopersicum‘Zhefen 202’)幼苗为材料,研究了0(对照)、100、200mmol·L-1Na Cl胁迫对其生长、叶片气体交换参数和离子平衡的影响。结果表明:在100和200 mmol·L-1Na Cl胁迫下,‘秦皇贵妃红’和‘浙粉202’幼苗单株总干质量的降幅较大,醋栗番茄的降幅较小。Na Cl胁迫明显增加醋栗番茄幼苗的根冠比,但不同胁迫条件下‘秦皇贵妃红’和‘浙粉202’幼苗的根冠比差异不显著。与对照相比,在100mmol·L-1Na Cl胁迫下,醋栗番茄幼苗叶片的净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)的降幅明显低于‘秦皇贵妃红’和‘浙粉202’,而醋栗番茄幼苗叶片气孔导度(Gs)的降幅明显高于后二者;在200 mmol·L-1Na Cl胁迫下,三者叶片Pn、Gs、Ci和Tr值的降幅接近。在100和200 mmol·L-1Na Cl胁迫下,醋栗番茄、‘秦皇贵妃红’和‘浙粉202’幼苗叶片的水分利用效率和气孔限制值均较各自对照显著升高,其中‘秦皇贵妃红’的增幅最大。在100和200 mmol·L-1Na Cl胁迫下,醋栗番茄、‘秦皇贵妃红’和‘浙粉202’幼苗根、茎和叶中Na+含量均较各自对照显著升高,而K+含量和K+/Na+比总体上较各自对照显著降低。与对照相比,经不同浓度Na Cl处理后醋栗番茄幼苗根、茎和叶的Na+含量增幅以及K+含量降幅在供试3种植物中均最小,而其不同部位的K+/Na+比总体上较高。上述研究结果表明:醋栗番茄的耐盐性较强,‘秦皇贵妃红’次之,‘浙粉202’较弱。Na Cl胁迫显著抑制‘秦皇贵妃红’和‘浙粉202’幼苗根的生长,但显著促进醋栗番茄幼苗根的生长,使其维持较强的耐盐性,且Na Cl胁迫下醋栗番茄对Na+的吸收和运输减少,以维持体内的离子平衡及较强的光合作用。

野生种醋栗番茄抗晚疫病资源的筛选与分析

利用从世界各地收集的182份野生种醋栗番茄(Solanum pimpinellifolium L.),采用喷雾接种法接种我国晚疫病主流生理小种T0,1和T1,2,旨在筛选出抗晚疫病的遗传资源。结果表明,182份种质资源中有25份种质对T0,1小种表现稳定抗性,占总数的13.74%,其中免疫(I)1份,高抗(HR)5份,中抗(MR)19份;对T1,2小种表现抗性的种质资源为22份,占12.09%,其中高抗种质3份,中抗19份。通过分析抗性种质的地理位置,发现抗性种质分布相对集中,主要来源于秘鲁首都利马。利用18个SNP分子标记对抗性种质进行聚类分析,将抗性种质分为两大类群,其中第Ⅰ类群包含13份种质,地理分布相对集中,抗性水平差异较小;第Ⅱ类群包含9份种质,地理分布相对分散,抗性水平差异较大。试验获得的抗晚疫病种质资源,尤其是高抗种质PI390730、LA1604、L03707,可作为优异抗源应用于番茄抗晚疫病育种。

醋栗番茄LA2093渐渗系的构建及花序相关性状QTL分析

为了创制一批携带优良农艺性状的番茄种质资源新材料,以栽培番茄品种'Jina'(Solanum lycopersicum)为受体亲本,以野生醋栗番茄LA2093(S.pimpinellifolium)为供体亲本,利用杂交、3次回交和InDel、SSR分子标记辅助选择方法构建了一套以栽培番茄'Jina'为遗传背景、含LA2093的基因的渐渗系。从BC1群体构建的遗传图谱中选择均匀分布于12条染色体的96对InDel、SSR分子标记追踪野生番茄的渗入片段,在BC3代共留选渐渗系材料51份,其中单片段材料14份、双片段材料27份、三片段材料10份;共得到渗入片段98个,平均单个渗入片段长度为35.69cM;51份渐渗系平均渗入供体基因片段占受体基因组的比例为5.6%,完全覆盖12条染色体。利用BC3F1群体检测到与首花序节位、花序间隔节位、单花序花数3个农艺性状相关的6个QTL位点,单个位点的贡献率为4.33%~47.93%。

不同类型番茄叶酸及其衍生物含量的初步分析

采用高效液相色谱-串联质谱技术(HPLC-MS/MS),对不同类型番茄果实的叶酸及其衍生物含量进行初步分析。结果表明,栽培种和野生种不同基因型番茄果实中总叶酸含量均差异显著,栽培种番茄总叶酸含量为1532.79~4530.72μg·kg^-1,野生种番茄总叶酸含量为2587.85~4035.93μg·kg^-1。基于全基因组数据选取的17份醋栗番茄总叶酸含量为1934.81~5050.13μg·kg^-1。栽培种M82和野生种LA0443的叶酸含量较高,分别为4530.72μg·kg^-1和5050.13μg·kg^-1。对12种叶酸衍生物的分析结果表明,不同基因型番茄的叶酸衍生物种类也存在一定差异,大部分资源至少含有9种叶酸衍生物。其中醋栗番茄资源叶酸变异更为丰富:5份资源具有12种叶酸衍生物,而四氢叶酸(THF)、四谷氨酸5-甲酰四氢叶酸(5-F-THFGlu4)、叶酸(FA)、10-甲酰叶酸(10-F-FA)等在一些资源中含量较低或未能检测到。总体而言,番茄与大多数作物类似,5-甲基四氢叶酸(5-M-THF)是果实中的主要叶酸形式,其次是5-甲酰四氢叶酸(5-F-THF),二者呈现显著负相关。

Relative Response of Four Tomato Species to <i>Rotylenchulus reniformis</i>Infestation

The reniform nematode (Rotylenchulus reniformis) is among the most economically damaging plant pathogens in the United States. This nematode is mostly known for its damage to cotton but tomato is also well-within its vast host range that includes 314 plant species across 77 plant families. Nematode-resistant genotypes offer an effective, environmentally safe alternative to agro-chemicals for reniform nematode management. Resistance genes can be introgressed into cultivars through plant improvement efforts. Tomato is a diploid species which is more amenable to identification of resistance genes in contrast to cotton where cultivars are either tetraploid or hexaploid.This greenhouse study examined cultivated and wild Solanum species represented by 40 tomato accessions, to identify resistance and susceptibility responses to R. reniformis. Accessions were evaluated by using single plants in six replicates. Seeds were germinated in sterile soil and inoculated with mixed vermiform R. reniformis. After seven weeks, eggs and vermiform stages were extracted from the root system and counted. A susceptible control S. lycopersicum “Rutgers” (LA1090) was included. Seven putatively resistant tomato genotypes were identified. These genotypes in increasing order of resistance are S. chilense (LA1029), S. lycopersicum (LA1792), S. chilense (LA1932), S. peruvianum var. humifusum (LA0385) S. pimpinellifolium (LA2934), S. peruvianum f. glandulosum (LA1283) and S. pimpinellifolium (LA1579).

醋栗番茄的研究与利用现状

醋栗番茄(Solanum pimpinellifolium)与栽培种番茄(Solanum lycopersicum)亲缘关系很近,可与其直接杂交,达到快速转育优良性状的目的。就醋栗番茄的分布、特性、遗传多样性、进化、抗生物和非生物胁迫、优良园艺性状、分子遗传图谱、基因挖掘、全基因组测序等研究和利用现状进行了概述;对其利用过程中的问题进行了分析;对进一步挖掘其潜在的优良基因进行了探讨,旨在为进一步挖掘和利用醋栗番茄优良性状提供信息和理论基础。

野生番茄SpIDD1基因的表达分析及其VIGS载体构建

为鉴定野生番茄的SpIDD1基因并探究其功能,以野生醋栗番茄‘PI365967’为试验材料,利用RT-PCR克隆得到SpIDD1基因的CDS序列,全长1 020 bp,编码339个氨基酸,与普通番茄参考基因组序列相比,SpIDD1只存在一个核苷酸位点的差异。蛋白序列比对和结构分析表明,Sp IDD1含有1个核定位信号和4个保守锌指结构域(C2H2·C2H2·C2HC·C2HC),是一个典型的IDD蛋白。系统进化分析表明,SpIDD1与马铃薯和辣椒的IDD蛋白亲缘关系最近。荧光定量PCR显示,SpIDD1在叶、顶芽和果实中的表达较高,并受干旱胁迫的显著诱导。利用TRV-VIGS系统构建了Sp IDD1的基因沉默载体,并成功侵染番茄。研究结果表明,SpIDD1作为一个典型的IDD基因,很可能参与了番茄的干旱胁迫。本研究为进一步研究该基因的功能及作用机理提供理论依据。

利用高代回交群体定位醋栗番茄发芽期与幼苗期耐冷QTL

以醋栗番茄LA722和普通番茄9706为材料,利用发芽期大规模低温胁迫筛选方法和AB-QTL方法对野生醋栗番茄发芽期和幼苗期的耐冷性QTL进行了定位研究,构建了包括273个BC3S1株系的高代回交作图群体,以种子相对发芽指数和苗期耐冷指数作为耐冷指标,检测到5个与发芽期耐冷性相关的QTLs,分别位于第1、2、5、11染色体上,2个与幼苗期耐冷性相关的QTLs,分别位于第2和第8染色体上。其中,控制发芽期耐冷性的qRGI-2-1和qRGI-5-1贡献率分别为12.8%和32.9%。有12个单株的自交后代(BC3S2)在发芽期和幼苗期的耐冷性都达到或优于LA722的水平,且果实质量等农艺性状均接近或优于普通番茄9706,可作为番茄耐冷育种材料。

醋栗番茄染色体水平基因组组装

利用HiFi长片段测序技术对醋栗番茄PI365967的基因组进行测序和从头组装,共构建了924个连续的重叠群序列,N50长度高达12.8Mb,获得了PI365967染色体水平长度为834M的高质量基因组序列。与栽培番茄Heinz1706基因组进行比较分析发现,二者存在倒位、缺失等大量结构变异。GO富集分析揭示了发生结构变异的基因可能的生物学功能。

64份醋栗番茄核心种质萌发期耐盐碱评价

土壤盐碱化严重影响作物生产。野生种在适应外界环境的过程中,演化出较好的应对非生物胁迫的能力。鉴于当前在耐盐碱资源挖掘方面存在的不足,本研究对收集的野生醋栗番茄核心种质在Na_(2)CO_(3)胁迫条件下的萌发特性进行了评价。结果表明:Na_(2)CO_(3)溶液对番茄种子的萌发具有明显的抑制作用,但不同资源对Na_(2)CO_(3)胁迫的耐受性存在显著差异。在60 mmol·L^(-1)的高Na_(2)CO_(3)浓度条件下,综合相对发芽势、相对发芽率与相对发芽指数,共鉴定出P8、P9、P12、P13、P25、P30、P40、P50、P51、P53、P56、P61、P62和P63等14份耐盐碱材料与22份盐碱敏感材料,耐盐碱材料相对发芽率与相对发芽势可达85%以上,其中P51与P61相对发芽率与相对发芽势达到100%,具有极强的耐盐碱能力。通过全基因组数据及已报道的来自醋栗番茄的耐盐碱SlScaBP8基因变异分析,推测这些资源的耐盐碱性状由不同基因控制,一些资源包含耐盐碱新位点,且耐盐和耐碱可能存在不同的调控机制。研究结果为利用野生资源进行耐盐碱遗传改良和机制解析提供了新依据。