园艺学报 ›› 2023, Vol. 50 ›› Issue (7): 1429-1443.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2022-0695
沈心彦1, 侯晓雷1, 孙培楠1, 刘敏敏1, 唐亚萍1,2, 李宁2, 卢永恩1, 叶志彪1, 欧阳波1,*()
收稿日期:
2022-08-17
修回日期:
2023-01-29
出版日期:
2023-07-25
发布日期:
2023-07-26
通讯作者:
基金资助:
SHEN Xinyan1, HOU Xiaolei1, SUN Peinan1, LIU Minmin1, TANG Yaping1,2, LI Ning2, LU Yong’en1, YE Zhibiao1, OUYANG Bo1,*()
Received:
2022-08-17
Revised:
2023-01-29
Published:
2023-07-25
Online:
2023-07-26
摘要:
以耐旱番茄M1040为供体,加工番茄里格尔87-5和M3为受体,利用耐旱分子标记ID68对回交材料进行连续4代选择,最终获得改良系里格尔87-5D和M3D。对改良系的苗期耐旱性进行全面评估,结果表明:改良系在重度干旱后的复水存活率显著高于轮回亲本,旱害指数显著低于轮回亲本;在中度干旱胁迫下,改良系的生长、生理和生化指标全面优于轮回亲本。农艺性状比较结果表明,改良系基本恢复到轮回亲本的遗传背景。
沈心彦, 侯晓雷, 孙培楠, 刘敏敏, 唐亚萍, 李宁, 卢永恩, 叶志彪, 欧阳波. 分子标记辅助选择改良加工番茄的耐旱性[J]. 园艺学报, 2023, 50(7): 1429-1443.
SHEN Xinyan, HOU Xiaolei, SUN Peinan, LIU Minmin, TANG Yaping, LI Ning, LU Yong’en, YE Zhibiao, OUYANG Bo. Drought Tolerance Improvement of Processing Tomato by Molecular Marker Assisted Selection[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2023, 50(7): 1429-1443.
名称 Name | 引物序列(5′-3′) Sequence | 物理位置/bp Physical position |
---|---|---|
ID20 | F:AGAGGCCGCATGTAACGACG;R:CGAGTCTCAGACGAAAGGTGAAAG | 47 955 901 |
ID28 | F:ATATCGGGGTCAGGTGGTACTATG;R:TGGTACTGCCCTCCTTTTGTTCT | 49 922 901 |
ID32 | F:ACTTCCGTCTCCCTAACAATCACT;R:ACAGAGCAACTCTCAACACCCAG | 50 920 601 |
ID38 | F:CATACAATGTCACTCCACACGACC;R:TTCTGAACCCAAGTTCCAAAGG | 51 943 201 |
ID41 | F:GATGACGGCTGCTGCTGAAC;R:TCTTGCTGCTACCATTGGGAC | 52 936 401 |
ID59 | F:TAACAGCTCTTTGAGGCGTAAGTG;R:CCGTCTTCGGATGTATTTGAATC | 48 185 801 |
ID68 | F:GTCAAACCAGACCCCTAACACC;R:GTACAACCCCAAGAACCACCAG | 49 648 201 |
ID83 | F:GTTTGATAGCCGAGCGAATTG;R:AACGTGTTTCGTGTTGTATGCC | 53 854 001 |
表1 多态性分子标记
Table 1 Polymorphic molecular markers
名称 Name | 引物序列(5′-3′) Sequence | 物理位置/bp Physical position |
---|---|---|
ID20 | F:AGAGGCCGCATGTAACGACG;R:CGAGTCTCAGACGAAAGGTGAAAG | 47 955 901 |
ID28 | F:ATATCGGGGTCAGGTGGTACTATG;R:TGGTACTGCCCTCCTTTTGTTCT | 49 922 901 |
ID32 | F:ACTTCCGTCTCCCTAACAATCACT;R:ACAGAGCAACTCTCAACACCCAG | 50 920 601 |
ID38 | F:CATACAATGTCACTCCACACGACC;R:TTCTGAACCCAAGTTCCAAAGG | 51 943 201 |
ID41 | F:GATGACGGCTGCTGCTGAAC;R:TCTTGCTGCTACCATTGGGAC | 52 936 401 |
ID59 | F:TAACAGCTCTTTGAGGCGTAAGTG;R:CCGTCTTCGGATGTATTTGAATC | 48 185 801 |
ID68 | F:GTCAAACCAGACCCCTAACACC;R:GTACAACCCCAAGAACCACCAG | 49 648 201 |
ID83 | F:GTTTGATAGCCGAGCGAATTG;R:AACGTGTTTCGTGTTGTATGCC | 53 854 001 |
图1 分子标记辅助耐旱加工番茄的回交选育 a:耐旱QTL和分子标记位置示意图(黑色代表来自野生番茄的渗入片段,白色代表背景材料M82的染色体片段;插入/缺失(InDel)标记以ID加数字命名)。b:回交育种技术路线图(ID68 MAS表示ID68分子标记辅助选择)。c:轮回亲本87-5的ID68检测结果(M:5000 Plus marker,D:耐旱供体M1040,S:轮回亲本87-5,H:杂合材料)。d:轮回亲本M3的BC3F1世代(1 ~ 13)检测结果。e:M3的BC4F2世代(1 ~ 21)检测结果。f:覆盖耐旱QTL的多个InDel分子标记检测改良系M3D。
Fig. 1 Backcross breeding of drought-tolerant processing tomato with molecular marker a:Schematic diagram of the drought-tolerant quantitative trait loci(QTL)and molecular marker position(Black bar represents the introgressed fragment from wild tomato species,and white bar represents the background chromosome of M82. Insertion/Deletion(InDel)markers are marked with ID followed by a number). b:Backcross breeding technique roadmap(ID68 MAS stands for marker assisted selection with ID68). c:Test result of recurrent parent 87-5 by ID68(M:5000 Plus marker. D,S and H represent the amplicon from drought-tolerant donor,recurrent parent 87-5 and heterozygous material,respectively). d:Test result of BC3F1 generation(1-13)of the recurrent parent M3. e:Test result of BC4F2 generation(1-21)of M3. f:Test result of the improved line M3D by multiple InDel markers covering the QTLs.
图2 番茄经干旱处理后的旱害指数(A)、复水存活率(B)和胁迫后10 d地上部表型(C) M1040:耐旱供体;M3和87-5:轮回亲本;M3D和87-5D:改良系。数据为平均值 ± 标准差。复水存活率数据通过反正弦转换后采用单因素方差分析和邓肯氏多重比较,不同小写字母表示差异显著(P < 0.05)。
Fig. 2 Drought injury index(A),survival rate after rehydration(B)and aboveground phenotype at 10 d(C)of tomato lines after drought treatment M1040:Drought-tolerant donor;M3 and 87-5:Recurrent parent;M3D and 87-5D:Improved lines. Data are mean ± SD. For survival rate,One-way analysis of variance(ANOVA)with Duncan’s multiple range test was performed after arcsine conversion of the original data. Different small letters on top of the bar indicate significant difference at P < 0.05.
图3 加工番茄改良系中度干旱胁迫后的相对生长量 M1040:耐旱供体;M3和87-5:轮回亲本;M3D和87-5D:改良系。相对株高和相对茎粗为中度干旱处理/对照。数据为平均值 ± 标准差,百分数数据通过反正弦转换后采用单因素方差分析和邓肯氏多重比较,不同小写字母表示差异显著(P < 0.05)。
Fig. 3 Relative growth of the improved processing tomato lines under moderate drought stress M1040:Drought-tolerant donor;M3 and 87-5:Recurrent parent;M3D and 87-5D:Improved lines. Relative plant height and stem diameter are expressed as the ratio of treatment to control under moderate drought stress. Data are mean ± SD. For relative leaf area,One-way analysis of variance(ANOVA)with Duncan’s multiple range test was performed after arcsine conversion of the original percentage data. Different small letters on top of the bar indicate significant difference at P < 0.05.
图4 加工番茄改良系中度干旱胁迫下的叶片相对含水量(RWC)、水分利用效率(WUE)和叶绿素含量 M1040:耐旱供体;M3和87-5:轮回亲本;M3D和87-5D:改良系。* 表示t检验差异显著(α = 0.05)。
Fig. 4 Leaf relative water content(RWC),water use efficiency(WUE)and chlorophyll content of the improved processing tomato lines under moderate drought stress M1040:Drought-tolerant donor;M3 and 87-5:Recurrent parent;M3D and 87-5D:Improved lines.* indicates significant difference at α = 0.05 level using Student’s t-test.
图5 加工番茄改良系中度干旱胁迫下的光合参数和叶绿素荧光参数 M1040:耐旱供体;M3和87-5:轮回亲本;M3D和87-5D:改良系。* 表示表示t检验显著差异显著(α = 0.05),** 表示差异极显著(α = 0.01)。
Fig. 5 Photosynthetic parameters and chlorophyll fluorescence parameters of the improved processing tomato lines under moderate drought stress M1040:Drought-tolerant donor;M3 and 87-5:Recurrent parent;M3D and 87-5D:Improved lines. * and ** indicate significant difference at α = 0.05 and α = 0.01 level,respectively,using Student’s t-test.
图6 加工番茄改良系中度干旱胁迫下的生化指标差异 M1040:耐旱供体;M3和87-5:轮回亲本;M3D和87-5D:改良系。* 表示差异显著(α = 0.05)。
Fig. 6 Differences of related biochemical indicators in the improved processing tomato lines under moderate drought stress M1040:Drought-tolerant donor;M3 and 87-5:Recurrent parent;M3D and 87-5D:Improved lines. * indicates significant difference at α = 0.05 level using Student’s t-test.
材料 Material | 株高/cm Plant height | 茎粗/mm Stem diameter | 株幅/cm Plant width | 复叶形状 Compound leaf shape | 单果质量/g Single fruit weight |
---|---|---|---|---|---|
耐旱供体 M1040 Drought-tolerant donor M1040 | 133.87 ± 3.08 a | 9.82 ± 0.09 c | 60.41 ± 2.03 a | 细叶 Narrow leaf | 26.86 ± 5.10 c |
改良系M3D Improved line M3D | 112.68 ± 3.97 b | 10.98 ± 0.17 a | 47.32 ± 1.52 d | 宽叶 Wide leaf | 54.33 ± 5.87 ab |
轮回亲本M3 Recurrent parent M3 | 117.82 ± 2.96 b | 10.98 ± 0.10 a | 49.27 ± 1.43 cd | 宽叶 Wide leaf | 52.11 ± 4.08 b |
改良系87-5D Improved line 87-5D | 104.01 ± 3.42 c | 10.52 ± 0.11 b | 52.95 ± 1.57 b | 细叶 Narrow leaf | 59.54 ± 4.67 a |
轮回亲本87-5 Recurrent parent 87-5 | 100.98 ± 2.68 c | 10.43 ± 0.19 b | 51.51 ± 1.68 bc | 细叶 Narrow leaf | 55.75 ± 3.93 ab |
表2 加工番茄改良系和轮回亲本的农艺性状比较
Table 2 Comparison of the agronomic traits between the improved processing tomato lines and recurrent parents
材料 Material | 株高/cm Plant height | 茎粗/mm Stem diameter | 株幅/cm Plant width | 复叶形状 Compound leaf shape | 单果质量/g Single fruit weight |
---|---|---|---|---|---|
耐旱供体 M1040 Drought-tolerant donor M1040 | 133.87 ± 3.08 a | 9.82 ± 0.09 c | 60.41 ± 2.03 a | 细叶 Narrow leaf | 26.86 ± 5.10 c |
改良系M3D Improved line M3D | 112.68 ± 3.97 b | 10.98 ± 0.17 a | 47.32 ± 1.52 d | 宽叶 Wide leaf | 54.33 ± 5.87 ab |
轮回亲本M3 Recurrent parent M3 | 117.82 ± 2.96 b | 10.98 ± 0.10 a | 49.27 ± 1.43 cd | 宽叶 Wide leaf | 52.11 ± 4.08 b |
改良系87-5D Improved line 87-5D | 104.01 ± 3.42 c | 10.52 ± 0.11 b | 52.95 ± 1.57 b | 细叶 Narrow leaf | 59.54 ± 4.67 a |
轮回亲本87-5 Recurrent parent 87-5 | 100.98 ± 2.68 c | 10.43 ± 0.19 b | 51.51 ± 1.68 bc | 细叶 Narrow leaf | 55.75 ± 3.93 ab |
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