苦瓜DNA分子标记研究进展

摘    要：我国苦瓜品种资源较丰富，南北各地均有分布与栽培，多见于南方各省市。苦瓜DNA分子标记研究开展相对较晚，标记类型应用较少，分子标记辅助育种成果鲜有报道。总结了RAPD、AFLP、SSR、ISSR、SRAP及SNP等第二代和第三代DNA分子标记在苦瓜品种和种子纯度鉴定、亲缘关系分析、遗传图谱构建、QTL定位等方面的研究进展，以期为苦瓜遗传育种等研究提供参考依据。同时在苦瓜现有研究基础上进行展望，认为应加快挖掘功能性基因，开发功能性分子标记及全基因组SNP芯片，这对后续研究具有重大意义。

关键词：苦瓜；品种资源；DNA分子标记

中图分类号：S642.5                          文献标志码：A                    文章编号：1673-2871（2023）06-010-06

Research progress on DNA molecular marker of bitter melon

SU Guozhao1，2， LI Aiai2， CHEN Yuhua3， HAN Beibei2， WU Xingting2， DENG Chao2， XU Zhenjiang1

（1. College of Agriculture， South China Agricultural University， Guangzhou 510642， Guangdong， China; 2. Development Center of Science and Technology， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Beijing 100176， China; 3. Crop Research Institute， Fujian Academy of Agricultural Sciences， Fuzhou 350013， Fujian， China）

Abstract： China is rich in variety resources of bitter melon. This vegetable is distributed all over the country， mostly in the southern part. The research on DNA molecular markers of bitter melon started relatively late. The types of DNA marker applied in bitter melon are few， and the application of marker-assisted breeding are rarely reported. Here we summarized the research progress and applications of the second and the third generation of DNA makers， such as RAPD， AFLP， SSR， ISSR， SRAP and SNP， in variety and seed purity identification， genetic relationship analysis， genetic map construction， QTL mapping in bitter melon. Based on these information， it is expected that the exploration of functional genes， development of functional molecular markers and whole-genome SNP chips should be accelerated.

Key words： Bitter melon; Variety resources; DNA molecular markers

DNA分子标记指DNA水平的遗传标记，可反映物种整个基因组的遗传多样性。随着现代分子技术不断发展，DNA分子标记技术已有数十种[1]。从1980年Botstein创立第一代基于分子杂交的标记RFLP（restriction fragment length polymorphism）[2]，到第二代基于DNA片段PCR扩增的分子标记RAPD（random amplified polymorphism DNA）[3]、AFLP（amplified fragment length polymorphism）[4]、SSR（simple sequence repeat）[5]、ISSR（inter simple sequence repeat）[6]、SRAP（sequence-related amplified polymorphism）[7]，再到基于高通量测序的第三代分子标记SNP（single nucleotide polymorphism）[8]等，各类分子标记被广泛应用在作物种质鉴定[9]、种子纯度鉴定[10]、遗传多样性分析[11]、重要农艺性状QTL定位[12]等方面。

苦瓜属于葫芦科（Cucurbitaceae）苦瓜属（Momordica charantia L.），广泛分布在热带、亚热带和温带地区，我国最早见于明代朱橚编撰的《救荒本草》。其味苦性寒，具有清热解暑、清心明目、降血糖、降血压等重要功能[13]，是我国重要的药食两用蔬菜。笔者介绍了国内苦瓜品种资源分布情况，综述了RAPD、AFLP、SSR、ISSR、SRAP和SNP等多种DNA分子标记在苦瓜品种和种子纯度鉴定、亲缘关系分析、遗传图谱构建等方面的应用，以期为苦瓜分子辅助育种、种质资源保护和利用等提供参考。

1 品种资源概况与分布

关于苦瓜的起源，学界尚未定论。有认为苦瓜起源于非洲[14]，并在亚洲经过了长久驯化；也有认为苦瓜起源于印度及东南亚等地区[15-16]。根据果实的表型特征，可将苦瓜分为不同类型[17]：例如，基于瓜形分为大顶瓜和非大顶瓜；对于非大顶瓜，可根据表皮瘤状突起特征分为油瓜和珍珠瓜（前者存在从顶部到尾部的完整长棱，后者不存在完整长棱）（图1）。我国具有较为丰富的苦瓜种质资源，全国各地均有栽培。《中国蔬菜品种志》（2001年）收录51个苦瓜品种，《中国蔬菜品种资源目录》第一册与第二册（1992年与1998年）共收录182个苦瓜品种。中国种业大数据平台（http：//202.127.42.145/bigdataNew/home/index）显示，截至2022年底，生产经营备案的苦瓜商品品种有300余个（表1），申请新品种权的苦瓜品种有158个。此外，还有部分近年来文献报道及各省（市）通过审（认/鉴）定的新品种[18]，多见于南方福建、广东和四川，以及北方山东、辽宁和北京等地。国内已有多家科研单位和企业致力于苦瓜新品种选育，培育出了一系列苦瓜新品种。

2 苦瓜DNA分子标记研究进展

苦瓜DNA分子标记的研究开展相对较晚，主要是第二代和第三代分子标记，如RAPD、AFLP、SSR、ISSR、SRAP和SNP等，多应用于苦瓜品种鉴定、杂交种纯度鉴定、遗传相似性分析等方面。

2.1 RAPD分子标记

RAPD是最早基于PCR技术的分子标记[3，19]，该技术通过任意核苷酸序列的单引物扩增随机DNA片段，具有广泛性和种间通用的特点。RAPD标记已被应用于苦瓜遗传多样性分析、杂交种纯度鉴定和遗传变异分析等方面。高山等[20]采用10对RAPD引物将38份苦瓜材料聚类为3个类群6组，与以瓜瘤性状分类的结果相近。张少平等[21]从52对RAPD引物中获得1对引物，可区分如玉5号杂交种与其父本机械性混杂的假杂交种子。TRIVEDI等[22]利用RAPD分子标记对诱变后的苦瓜材料进行分析，发现经诱变后的苦瓜材料形态学产生变化，引物多态性亦有所提高。

2.2 AFLP分子标记

AFLP技术从基因组中扩增限制性片段，不仅克服了RFLP信息量少、稳定性差、标记呈显隐性等缺点，还具有更高的可靠性和重现性[23]。在苦瓜遗传多样性研究中表现出多态性较好的特点，并且在品种鉴定中也呈现出一定效果。YAN等[24]采用8对AFLP引物在36个苦瓜品种中扩增出992个多态性条带，每对引物多态性条带占比82%～89%。BEHERA等[25]使用RAPD、ISSR和AFLP标记对苦瓜品种进行遗传多样性分析，AFLP标记也表现出多态性较高、位点较多的优点。此外，有研究者利用AFLP标记有效区分苦瓜高抗和低抗枯萎病品种[26]。

2.3 SSR分子标记

SSR分子标记又称微卫星标记，广泛分布于基因组中，其起始DNA数量少，易被PCR检测和扩增，具有可重复性强、多态性好等特点[27]，在苦瓜品种与种子纯度鉴定、亲缘关系分析中有较好应用。王国莉等[28]使用8对SSR引物在11份苦瓜材料中扩增条带860条，多态性条带占比68.0%，3对SSR引物组合可区分11个苦瓜品种。SSR标记区分能力较强，可以区分亲缘关系紧密的品种[29]。姚春鹏等[30]发掘出2对SSR引物，可将杂交种长绿2号与其父母本区分开，并可用于种子纯度鉴定。SSR标记在地理起源明显差异的苦瓜材料中表现出良好的亲缘关系分析结果。DHILLON等[31]研究表明，来自亚洲的114份苦瓜品种能被50个SSR标记聚为5个类群，分别来源于印度、孟加拉国和巴基斯坦，柬埔寨、越南、印度尼西亚和菲律宾，老挝和泰国，斯里兰卡，中国台湾。CUI等[32]使用21对SSR引物将世界各地的212个苦瓜品系聚类为3类，来自拉丁美洲、坦桑尼亚、南亚和中国等地的大部分样本被区分开。利用SSR标记多等位性质和共显性遗传等特点，可以检测苦瓜中的等位变异数量，例如，李光光等[33]使用16对引物在50份苦瓜品种资源中共检测出90个等位变异。有研究者对苦瓜SSR标记种间通用性进行了验证，发现基于苦瓜种基因文库设计的40对SSR引物可应用到同属的其他6个种间进行扩增[34]。另外，崔竣杰等[35]基于SSR标记和表型性状构建了34份苦瓜核心种质，可以提高育种家对种质资源的利用效率。以上研究结果表明，SSR分子标记不仅多态性好，能在一定程度上反映地理起源差异，而且具有一定的种间穿梭性[36]，是鉴定苦瓜品种、构建指纹图谱的有效分子标记技术。

2.4 ISSR分子标记

ISSR作为SSR的延伸，以随机微卫星序列为锚定引物，简化了引物设计程序。KARAMAN等[37]对12个不同基因型的苦瓜品种进行分子和表型分析，15个ISSR标记的聚类分析结果与果实长度和直径、叶长等表型特征的分类结果相近。在苦瓜杂交种纯度鉴定中，陈龙正等[38]使用2对ISSR引物可区分F1代和母本，以及父本机械性混杂。此外，有研究者使用ISSR标记对引起苦瓜枯萎病的尖孢镰刀菌进行研究[39]，为苦瓜抗枯萎病育种提供了参考价值。ISSR引物设计不需要基因组信息，但PCR扩增反应的最适条件较为严格，亦有前人对苦瓜ISSR-PCR反应体系进行优化[40]，为苦瓜ISSR标记提供参考。ISSR标记在苦瓜种质中的研究相对较少，可加快ISSR在苦瓜品种资源评价、遗传多样性与亲缘关系分析及遗传图谱构建等方面的应用。

2.5 SRAP分子标记

SRAP标记利用独特引物对基因的特定区域进行扩增，无需序列信息，在第二代分子标记技术中，具有简单、高效、重复性好等特点[41]。苦瓜作为异花授粉作物，杂种优势明显。在杂种优势分子预测方面，吴立东等[42]利用SRAP标记发现双亲间遗传距离与第一雌花节位杂种优势呈显著负相关，认为可应用SRAP标记预测第一雌花节位的杂种优势。在遗传多样性和亲缘关系分析中，赵秀娟等[43]采用61对引物将43份苦瓜品种资源分为野生种与半栽培种，以及栽培种。张景云等[44]利用33对SRAP引物结合14对SSR引物将46份苦瓜材料分为地理分布差异明显的4个类群，第1类群以江西品种为主，第2类群主要是广东品种，第3类群主要包含湖南和江西品种，第4类群主要是广东和台湾品种。前人使用SRAP标记对48份苦瓜自交系进行聚类分析，认为控制瓜瘤和瓜色的基因间存在某种程度的连锁[45]。以上研究结果表明，SRAP标记在苦瓜品种资源评价中表现出良好效果，可应用性较强。