《分子植物育种》：作物基因聚合育种的研究进展（南京农业大学园艺学院）

分子植物育种,2017年,第15卷,第4期,第1445-1454页 M olecular P lntB reeding, 2017, Vol15, No4, 1445-1454 评述与展望 Review and progress 作物基因聚合育种的研究进展 鲁秀梅张宁陈劲枫*钱春桃* 南京农业大学园艺学院,作物遗传与种质创新国家重点实验室,南京,210095 *通讯作者, chuntao n au. edu.cn; cheng n iu. edu.cn 摘要聚合多个有效基因,不仅可以提高作物的抗性,而且可以提高作物的产量和营养品质。尤其是在抗 病方面,单基因长时间反复利用容易丧失其抗病性,多基因聚合有利于拓宽抗谱,提高作物的抗性。此外,基 因聚合育种与常规育种方法相结合已经成为今后育种主要方法。本研究介绍了作物基因聚合育种的主要方法、 聚合基因的互作以及聚合基因在育种上的应用,对目前作物聚合育种存在的不足进行了分析,并对未来的聚 合育种目标进行了展望,以期推动作物聚合育种的研究。基因聚合育种主要集中应用在大田作物上,在园艺 作物上的研究应用较少,因此,需要加强对基因聚合育种的了解,促进基因聚合育种在园艺作物上的研究。 关键词作物,聚合育种,抗病,基因互作 The r esearch progress in C rops pyram iding b reed ing Lu X im ei Zhang n ing Chen Jinfeng Q ian Chun tao Sate Key Laboratory ofC rop g enetics and G em plasm Enhancem ent, College ofH orticulture, N an jing A griculturalU niversity, N an jing, 210095 Correspond ing au thors, chun taoge n Bu. edu. cn: icheng n au.edu.cn D0I10.13271/jmpb.015001445 Abstract Pyram id ing m ultip le effective genes can im prove not on ly the resistance of p lan ts, but also the yield nd nutritional quality of p lants. e specially in the field of disease resistance, it is easy to lose the disease resistance of p lants by repeated ly using the single gene for a long tim e. On the contrary, pyram id ing m ultip le genes is beneficial to broaden ing the resistance spectrum and in prov ing the resistance of plants. Furtherm ore, the com bination of pyram iding breed ing and conven tional breed ing m ethods has becom e the m ain m ethod for breeding in the future. In this research, the prim ary m ethods of pyram id ing breeding, in teraction betw een pyram id ing genes and app lication of pyram id ing gene in breeding w ere review ed. d eficiency about present p lant pyram iding breed ing have also been analyzed in this paper. In addition, the aim s of pyram id ing breed ing in the future w ere discussed, in order to contribute to the research on the pyram iding breeding. Pyram iding breeding is m ain ly app lied to field crops, buton ly a few ofhorticu lturalp lants are invo lved in pyram iding breeding. Therefore, it is necessary to strengthen understanding of pyram iding breed ing, so as to prom ote the research on the pyram id ing breed ing of horticu ltural p lan ts Keywords P lant, Pyram iding breed ing, D isease resistance, G ene interaction 自然界中许多作物的抗性、品质和产量性状都活水平的提高,对作物品质的关注度也逐渐增加,粮 是由多个基因共同控制的。在多个基因共同作用下,食作物类和水果蔬菜既要求高产,又要求高质同时 多种蛋白质或酶得以表达,从而决定生物的表型。育还要兼具抗病,然而往往高产的作物品质都不是很 种家通过回交、远缘杂交、物理化学诱变等手段培育高,而品质高的作物又容易感病,病虫害必然会影响 出优质高产并且兼具多种抗性的品种。随着人们生作物的品质和产量,严重时甚至会导致绝产 hang et 基金项目:本研究由国家自然科学基金新疆联合基金项目01178307)资助 3I Rs: Lu X.M., Zhang N, Chen J F, and Q ian C T, 2017, The research progress in crops pyram id ing breeding, Fenzi Zhiwu Y uzhong M olecu lar Plant B needing),15④):1445-1454鲁秀梅,张宁,陈劲枫,钱春桃,2017,作物基因聚合育种的研究进展,分子 植物育种,154):1445-454) 21994-2017ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net

分子植物育种，2017 年，第 15 卷，第 4 期，第 1445-1454 页 Molecular Plant Breeding, 2017, Vol.15, No.4, 1445-1454 评述与展望 Review and Progress 作物基因聚合育种的研究进展 鲁秀梅 张宁 陈劲枫 * 钱春桃 * 南京农业大学园艺学院, 作物遗传与种质创新国家重点实验室, 南京, 210095 * 通讯作者, chuntaoq@njau.edu.cn; jfchen@njau.edu.cn 摘 要 聚合多个有效基因，不仅可以提高作物的抗性，而且可以提高作物的产量和营养品质。尤其是在抗 病方面，单基因长时间反复利用容易丧失其抗病性，多基因聚合有利于拓宽抗谱，提高作物的抗性。此外，基 因聚合育种与常规育种方法相结合已经成为今后育种主要方法。本研究介绍了作物基因聚合育种的主要方法、 聚合基因的互作以及聚合基因在育种上的应用，对目前作物聚合育种存在的不足进行了分析，并对未来的聚 合育种目标进行了展望，以期推动作物聚合育种的研究。基因聚合育种主要集中应用在大田作物上，在园艺 作物上的研究应用较少，因此，需要加强对基因聚合育种的了解，促进基因聚合育种在园艺作物上的研究。 关键词 作物, 聚合育种, 抗病, 基因互作 The Research Progress in Crops Pyramiding Breeding Lu Xiumei Zhang Ning Chen Jinfeng * Qian Chuntao * Sate Key Laboratory of Crop Genetics and Germplasm Enhancement, College of Horticulture, Nanjing Agricultural University, Nanjing, 210095 * Corresponding authors, chuntaoq@njau.edu.cn; jfchen@njau.edu.cn DOI: 10.13271/j.mpb.015.001445 Abstract Pyramiding multiple effective genes can improve not only the resistance of plants, but also the yield and nutritional quality of plants. Especially in the field of disease resistance, it is easy to lose the disease resistance of plants by repeatedly using the single gene for a long time. On the contrary, pyramiding multiple genes is beneficial to broadening the resistance spectrum and improving the resistance of plants. Furthermore, the combination of pyramiding breeding and conventional breeding methods has become the main method for breeding in the future. In this research, the primary methods of pyramiding breeding, interaction between pyramiding genes and application of pyramiding gene in breeding were reviewed. Deficiency about present plant pyramiding breeding have also been analyzed in this paper. In addition, the aims of pyramiding breeding in the future were discussed, in order to contribute to the research on the pyramiding breeding. Pyramiding breeding is mainly applied to field crops, but only a few of horticultural plants are involved in pyramiding breeding. Therefore, it is necessary to strengthen understanding of pyramiding breeding, so as to promote the research on the pyramiding breeding of horticultural plants. Keywords Plant, Pyramiding breeding, Disease-resistance, Gene interaction 基金项目：本研究由国家自然科学基金新疆联合基金项目(U1178307)资助 引用格式：Lu X.M., Zhang N., Chen J.F., and Qian C.T., 2017, The research progress in crops pyramiding breeding, Fenzi Zhiwu Yuzhong (Molecular Plant Breeding), 15(4): 1445-1454 (鲁秀梅, 张宁, 陈劲枫, 钱春桃, 2017, 作物基因聚合育种的研究进展, 分子 植物育种, 15(4): 1445-1454) 自然界中许多作物的抗性、品质和产量性状都 是由多个基因共同控制的。在多个基因共同作用下， 多种蛋白质或酶得以表达，从而决定生物的表型。育 种家通过回交、远缘杂交、物理化学诱变等手段培育 出优质高产并且兼具多种抗性的品种。随着人们生 活水平的提高，对作物品质的关注度也逐渐增加，粮 食作物类和水果蔬菜既要求高产，又要求高质同时 还要兼具抗病，然而往往高产的作物品质都不是很 高，而品质高的作物又容易感病，病虫害必然会影响 作物的品质和产量，严重时甚至会导致绝产(Zhang et

分子植物育种 1446 M olecu lar P lntB reed aL,1997)。使用农药不仅会污染环境,而且长时间使同亲本中的优异基因聚合到同一基因组,从而达到 用同一种农药会使作物产生抗药性,出现恶性病原育种目标的一种手段何光明等,2004;秦钢等,2006; 菌,同时产生农药残留 N orton and Cosper,1989;Ke-徐兵划,2014)。基因聚合育种的程序主要分为两部 nath and z itter,199)。为了解决这一问题,国内外研分,第一部分是目的基因的搜集聚合,第二部分是聚 究者相继提出通过聚合基因育种来提高作物的抗合基因的固定,即聚合基因的纯合。基因聚合育种主 性,产量和品质。培育出优质、高产、抗病虫、抗非生要包括传统聚合育种、分子标记辅助选择聚合育种 物胁迫的优良作物品种是育种家们一直努力的目以及遗传转化聚合育种3种方法。传统的聚合育种 标,近十年来基因聚合越来越受到重视图1)。聚合方法由于需要多次回交,因此选育目标植株的时间 育种的价值不可低估,尤其是可以提高对各种病害久,成本高,需要大量的人力物力 fetal,2013,同 的抗性,可以减少流行病引起的危害 rosanna etal,时由于连锁累赘,回交几代后往往难以突破,因此通 2014),培育出抗性相对持久的优良品种 ingh et al过传统育种方法聚合基因是困难的( Tanksley et al, 200),基因聚合育种已经成为现代作物育种的一个199,.并且易受环境评价标准等因素的影响。而分 重要手段。 子标记辅助选择聚合育种具有能够对基因型直接选 45 择,快速准确,不易受环境影响等优点,可以在田间 B35 生长的任何时期进行,有效缩短了育种年限,有利于 快速有效定向改良骨干系的抗病性,并为抗病新品 0505050 种选育提供了良好的亲本材料(邓其明等,2006)。因 此,通过分子标记辅助选择基因聚合是更有效的遗 传改良方法。并在水稻秦钢等,2007; Pradhan etal 2015)、小麦(张增艳等,2002;朱晓嫏等,2008)、黑麦 w arow ska etal,2005)玉米(李莉等,2012)等作物 中取得了较好的效果 图1 Pubm ed数据库2005年2015年基因聚合相关文章数量 此外,遗传转化聚合育种也是聚合育种的一种 Figure 1 The num bersofarticles aboutpyram iding gene in pub ed手段,传统育种的一个潜在的限制是只有相近的品 database from 2005 to 2015 种之间基因转移才能被完成。但是通过转基因的方 但是并不是所有的基因聚合都能够成功,作物法,2个完全无关的品种间的基因也能够被转入,并 个体表型的可靠性,目标基因的表达,聚合基因间的且与传统育种和分子标记辅助育种相比,遗传转化 遗传模式,目标性状和其他性状之间的基因多效性育种可以更快的将目标基因聚合到一起。并在印度 等都会影响基因聚合的效果 a e and Sm itl,2009)。如芥菜 ao etal,2008、拟南芥 Poirieret al,200)水 果目标基因和影响其他性状的不好的基因相连锁,稻(李进斌等,2007)、烟草苏宁等,2002)等作物中广 那么就有可能会影响育种目标,此外,当野生种作为泛应用,取得了较好的效果。虽然转基因已经为聚合 供体与栽培种杂交后,染色体发生重组也会影响聚育种做出了巨大贡献,但是这些当中的大部分都是 合基因的效率;聚合基因的持久性和育种成本之间实验室的研究结果,仍需在田间进行试验鉴定。而且 也需要一个权衡:人为因素也会影响聚合基因的效对于一些作物而言,由于作物自身原因,遗传转化聚 果,如育种家鉴定理想基因型的能力等。而且目前对合育种比较难以实现。 于基因聚合提高抗性、品质产量等方面的机制并不了 解,为了更好的研究作物基因聚合育种,本研究对基2聚合基因之间的互作效应 因聚合育种的主要方法、聚合基因间的相互作用以及 虽然许多研究发现聚合基因育种可以提高作物 聚合基因育种的主要应用进行了简单的阐述,以期的抗病性、抗虫性、对非生物胁迫的抗性以及品质和 待为作物聚合基因育种提供一些研究基础与参考。产量,但是并不是所有的基因聚合效果都是简单的 1作物基因聚合育种的主要方法 相加,各聚合基因之间的互作有的是累加的加性效 应,有的是大于累加的上位效应,有的甚至是小于累 基因聚合育种就是利用传统的回交、杂交、复交加的上位效应,结果往往小于它们单独存在时的效 等手段将多个有利的基因聚合到一起,将分散在不果。只有对不同QTL或基因间互作关系进行清晰的 21994-2017ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net

分子植物育种 Molecular Plant Breeding al., 1997)。使用农药不仅会污染环境，而且长时间使 用同一种农药会使作物产生抗药性，出现恶性病原 菌，同时产生农药残留(Norton and Cosper, 1989; Ke￾inath and Zitter, 1998)。为了解决这一问题，国内外研 究者相继提出通过聚合基因育种来提高作物的抗 性，产量和品质。培育出优质、高产、抗病虫、抗非生 物胁迫的优良作物品种是育种家们一直努力的目 标，近十年来基因聚合越来越受到重视(图 1)。聚合 育种的价值不可低估，尤其是可以提高对各种病害 的抗性，可以减少流行病引起的危害(Prasanna et al., 2014)，培育出抗性相对持久的优良品种(Singh et al, 2001)，基因聚合育种已经成为现代作物育种的一个 重要手段。 同亲本中的优异基因聚合到同一基因组，从而达到 育种目标的一种手段(何光明等, 2004; 秦钢等, 2006; 徐兵划, 2014)。基因聚合育种的程序主要分为两部 分，第一部分是目的基因的搜集聚合，第二部分是聚 合基因的固定，即聚合基因的纯合。基因聚合育种主 要包括传统聚合育种、分子标记辅助选择聚合育种 以及遗传转化聚合育种 3 种方法。传统的聚合育种 方法由于需要多次回交，因此选育目标植株的时间 久，成本高，需要大量的人力物力(Yi et al., 2013)，同 时由于连锁累赘，回交几代后往往难以突破，因此通 过传统育种方法聚合基因是困难的(Tanksley et al., 1989)，并且易受环境、评价标准等因素的影响。而分 子标记辅助选择聚合育种具有能够对基因型直接选 择，快速准确，不易受环境影响等优点，可以在田间 生长的任何时期进行，有效缩短了育种年限，有利于 快速有效定向改良骨干系的抗病性，并为抗病新品 种选育提供了良好的亲本材料(邓其明等, 2006)。因 此，通过分子标记辅助选择基因聚合是更有效的遗 传改良方法。并在水稻(秦钢等, 2007; Pradhan et al., 2015)、小麦(张增艳等, 2002; 朱晓娜等, 2008)、黑麦 (Twardowska et al., 2005)、玉米(李莉等, 2012)等作物 中取得了较好的效果。 此外，遗传转化聚合育种也是聚合育种的一种 手段，传统育种的一个潜在的限制是只有相近的品 种之间基因转移才能被完成。但是通过转基因的方 法，2 个完全无关的品种间的基因也能够被转入，并 且与传统育种和分子标记辅助育种相比，遗传转化 育种可以更快的将目标基因聚合到一起。并在印度 芥菜(Cao et al., 2008)、拟南芥(Poirier et al., 2000)、水 稻(李进斌等, 2007)、烟草(苏宁等, 2002)等作物中广 泛应用，取得了较好的效果。虽然转基因已经为聚合 育种做出了巨大贡献，但是这些当中的大部分都是 实验室的研究结果，仍需在田间进行试验鉴定。而且 对于一些作物而言，由于作物自身原因，遗传转化聚 合育种比较难以实现。 2 聚合基因之间的互作效应 虽然许多研究发现聚合基因育种可以提高作物 的抗病性、抗虫性、对非生物胁迫的抗性以及品质和 产量，但是并不是所有的基因聚合效果都是简单的 相加，各聚合基因之间的互作有的是累加的加性效 应，有的是大于累加的上位效应，有的甚至是小于累 加的上位效应，结果往往小于它们单独存在时的效 果。只有对不同 QTL 或基因间互作关系进行清晰的 图 1 Pubmed 数据库 2005 年 ~2015 年基因聚合相关文章数量 Figure 1 The numbers of articles about pyramiding gene in pubmed database from 2005 to 2015 但是并不是所有的基因聚合都能够成功，作物 个体表型的可靠性，目标基因的表达，聚合基因间的 遗传模式，目标性状和其他性状之间的基因多效性 等都会影响基因聚合的效果(Ye and Smith, 2009)。如 果目标基因和影响其他性状的不好的基因相连锁， 那么就有可能会影响育种目标，此外，当野生种作为 供体与栽培种杂交后，染色体发生重组也会影响聚 合基因的效率；聚合基因的持久性和育种成本之间 也需要一个权衡；人为因素也会影响聚合基因的效 果，如育种家鉴定理想基因型的能力等。而且目前对 于基因聚合提高抗性、品质产量等方面的机制并不了 解，为了更好的研究作物基因聚合育种，本研究对基 因聚合育种的主要方法、聚合基因间的相互作用以及 聚合基因育种的主要应用进行了简单的阐述，以期 待为作物聚合基因育种提供一些研究基础与参考。 1 作物基因聚合育种的主要方法 基因聚合育种就是利用传统的回交、杂交、复交 等手段将多个有利的基因聚合到一起，将分散在不 1446

作物基因聚合育种的研究进展 1447 The r esearch Progress in C iops Pyram id ng B reeding 认识,才能够合理的对QTL和基因进行组合,有效稻纯合系(陈锦珠,2014),抗病的不育系新材料ρerez 改良品种皦股跃军等,2008)。 E shed和 Zam ir (1996)发etaL,2008等;聚合基因还可以用于研究基因间的互 现番茄中与产量性状相关的基因互作是加性效应和作,下面主要介绍一下聚合基因在育种中的应用。 小于累加的负上位效应: zhuang等200)报道在对31抗病聚合育种 水稻的产量QTLs进行聚合时显示加性效应和上位 效应; M leaner等②2006)发现小麦抗赤霉病的3个 多数实践表明,不管何种作物,品种的抗病性并 QTLs中的两个QTLs聚合时表现小于累加的负上位不能持久,尤其是大面积种植单一品种时,会加速病 效应; M arcel等008)聚合小麦抗叶锈病QTLs显示原菌小种的定向化选择,从而使优势小种种群增长, 加性效应;Tan等009)报道聚合土豆北方根结线虫导致生产上抗病品种大面积应用一定年限之后往往 Rm和RmMA抗性基因后,与单个抗性基因相比并丧失原有的抗病性,失去其应用价值。对于单一病害 没有明显减少虫卵的繁殖数量;许峰等②015)研究发而言,作物持久抗病的遗传学基础分为两类,一类由 现小麦抗赤霉病 QTL Fhb4和hb5之间存在明显的抗病基因的数量决定,基因越多抗病性越持久;另 加性效应。 类由抗病基因的质量决定,由于有些抗病基因的结 除了聚合基因之间的互作关系影响聚合效果之构、抗病机制比较复杂,就要求有一个抗性持久的品 外,聚合基因的途径、基因型互作之间的方向、作物种。一个具有持久的抗性品种不但要求具有较多的 生长时期以及聚合基因的数量可能都会影响聚合基抗病基因和较好质量的基因或者二者具其一,而且 因的效果, Coup land迫995)发现在聚合同一途径的拟还需要具有抗多种病害的基因,才能保证品种能够 南芥开花基因时并不会影响拟南芥开花的时间,但使用较长的时间。因此,许多育种家开始将多个抗病 是通过聚合不同途径的拟南芥开花基因时可以促进基因聚合到同一个品种中,延长品种的使用寿命 其提前开花;殷跃军等②2008)研究发现聚合3个水稻军等,2011;殷得所等,2011)。研究发现,将不同抗性 抗纹枯病QTL的植株的抗性并没有显著高于某些的基因聚合到同一品种中,有利于提高品种的抗性 聚合2个抗水稻纹枯病QTL的植株;赵芳明等以及扩大抗谱,用于培育抗性持久与广谱抗性的品 2011)利用单片段代换系和双片段代换系分析水稻种许勇等,2000 I assum oto etal,2012)。因此,聚合 粒型性状QTL的加性效应和上位效应,发现同一个抗病育种是抗病育种中的一个重要育种目标。 粒长QTL与不同的单片段代换系聚合时,产生的互 Gra981)和 Katzir等996)相继提出随着栽培 作效应不同,只有与加性效应方向相同的粒长上位环境和病原菌致病性的改变,携带有单一抗性基因 性互作时才可以有效改良水稻粒长;Boer等e014)的品种已经不能提供足够的、持久的抗病性进行抗 在研究莴苣抗霜霉病QTLs互作时发现与聚合2个病育种。为了解决作物单一抗源不足的问题,国内外 QTLs相比,聚合3个QTLs的植株的感病水平并没研究者先后提出通过复合抗源来提高作物对病害 有显著降低,但是聚合4个QTLs的植株的感病水平的抗性 WW ako et al,2002; Lou etal,2013)。苑冬冬 显著降低,并发现不同组合的QTL之间的互作不②012)利用SsR标记获得了多个聚合不同陆地棉抗 同,而且聚合抗霜霉病莴苣在幼苗期和成株期的抗黄萎病QTL组合的株系,发现聚合不同QTL组合 性不同。有关聚合基因之间的互作,国内的研究较所获得的植株抗性不同,其中一部分组合表现为高 少,国外研究占大多数。这些研究结果表明,在利用抗水平;董娜等014)利用SCAR标记获得了聚合小 各目的基因进行聚合育种时,要考虑到目的基因聚麦抗白粉病基因Pm21和Pm3的植株,与单株相 合时的有效性和合理性,与聚合3个基因相比,有时比,聚合植株的抗性更高;赵天龙等2015)结合分子 候聚合两个基因的性价比更高。 标记将水稻白叶枯病抗病基因Xa2和Xa23聚合到 3基因聚合在育种中的应用 恢复系明恢86中,并最终得到9株含Xa21、Xa23基 因的聚合植株,聚合植株的抗性明显增强; Pradhan 众多研究表明聚合不同的有利基因,可以进行等②2015)利用分子标记把3个水稻白叶枯病抗性基 品种改良,有效提高作物的抗性、品质产量及改善农因Xa21、xal3和xa5聚合到 JaIm agna品种中,聚合 艺性状 Bharani et al,2010; Fu etal,2011; Singh et这三个抗性基因的 JaIm agna品种对白叶枯病表现出 al,2012)。此外,基因聚合产生了一批有价值的育种高抗并且具有 Jam agna的农艺性状:毕研飞等(2015) 基础材料,可以用于今后的育种研究,如高赖氨酸水利用分子标记聚合了甜瓜蔓枯病抗性基因Gsb-6 21994-2017ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net

认识，才能够合理的对 QTL 和基因进行组合，有效 改良品种(殷跃军等, 2008)。Eshed 和 Zamir (1996)发 现番茄中与产量性状相关的基因互作是加性效应和 小于累加的负上位效应；Zhuang 等(2002)报道在对 水稻的产量 QTLs 进行聚合时显示加性效应和上位 效应；Miedaner 等(2006)发现小麦抗赤霉病的 3 个 QTLs 中的两个 QTLs 聚合时表现小于累加的负上位 效应；Marcel 等(2008)聚合小麦抗叶锈病 QTLs 显示 加性效应；Tan 等(2009)报道聚合土豆北方根结线虫 RMh-tar 和 RMh-chcA 抗性基因后，与单个抗性基因相比并 没有明显减少虫卵的繁殖数量；许峰等(2015)研究发 现小麦抗赤霉病 QTL Fhb4 和 Fhb5 之间存在明显的 加性效应。 除了聚合基因之间的互作关系影响聚合效果之 外，聚合基因的途径、基因型互作之间的方向、作物 生长时期以及聚合基因的数量可能都会影响聚合基 因的效果，Coupland (1995)发现在聚合同一途径的拟 南芥开花基因时并不会影响拟南芥开花的时间，但 是通过聚合不同途径的拟南芥开花基因时可以促进 其提前开花；殷跃军等(2008)研究发现聚合 3 个水稻 抗纹枯病 QTL 的植株的抗性并没有显著高于某些 聚合 2 个抗水稻纹枯病 QTL 的植株；赵芳明等 (2011)利用单片段代换系和双片段代换系分析水稻 粒型性状 QTL 的加性效应和上位效应，发现同一个 粒长 QTL 与不同的单片段代换系聚合时，产生的互 作效应不同，只有与加性效应方向相同的粒长上位 性互作时才可以有效改良水稻粒长；Boer 等(2014) 在研究莴苣抗霜霉病 QTLs 互作时发现与聚合 2 个 QTLs 相比，聚合 3 个 QTLs 的植株的感病水平并没 有显著降低，但是聚合 4 个 QTLs 的植株的感病水平 显著降低，并发现不同组合的 QTL 之间的互作不 同，而且聚合抗霜霉病莴苣在幼苗期和成株期的抗 性不同。有关聚合基因之间的互作，国内的研究较 少，国外研究占大多数。这些研究结果表明，在利用 各目的基因进行聚合育种时，要考虑到目的基因聚 合时的有效性和合理性，与聚合 3 个基因相比，有时 候聚合两个基因的性价比更高。 3 基因聚合在育种中的应用 众多研究表明聚合不同的有利基因，可以进行 品种改良，有效提高作物的抗性、品质产量及改善农 艺性状(Bharani et al., 2010; Fu et al., 2011; Singh et al., 2012)。此外，基因聚合产生了一批有价值的育种 基础材料，可以用于今后的育种研究，如高赖氨酸水 稻纯合系(陈锦珠, 2014)，抗病的不育系新材料(Perez et al., 2008)等；聚合基因还可以用于研究基因间的互 作，下面主要介绍一下聚合基因在育种中的应用。 3.1 抗病聚合育种 多数实践表明，不管何种作物，品种的抗病性并 不能持久，尤其是大面积种植单一品种时，会加速病 原菌小种的定向化选择，从而使优势小种种群增长， 导致生产上抗病品种大面积应用一定年限之后往往 丧失原有的抗病性，失去其应用价值。对于单一病害 而言，作物持久抗病的遗传学基础分为两类，一类由 抗病基因的数量决定，基因越多抗病性越持久；另一 类由抗病基因的质量决定，由于有些抗病基因的结 构、抗病机制比较复杂，就要求有一个抗性持久的品 种。一个具有持久的抗性品种不但要求具有较多的 抗病基因和较好质量的基因或者二者具其一，而且 还需要具有抗多种病害的基因，才能保证品种能够 使用较长的时间。因此，许多育种家开始将多个抗病 基因聚合到同一个品种中，延长品种的使用寿命(王 军等, 2011; 殷得所等, 2011)。研究发现，将不同抗性 的基因聚合到同一品种中，有利于提高品种的抗性 以及扩大抗谱，用于培育抗性持久与广谱抗性的品 种(许勇等, 2000; Matsumoto et al., 2012)。因此，聚合 抗病育种是抗病育种中的一个重要育种目标。 Gjr (1981)和 Katzir 等(1996)相继提出随着栽培 环境和病原菌致病性的改变，携带有单一抗性基因 的品种已经不能提供足够的、持久的抗病性进行抗 病育种。为了解决作物单一抗源不足的问题，国内外 研究者先后提出通过复合抗源来提高作物对病害 的抗性(Wako et al., 2002; Lou et al., 2013)。苑冬冬 (2012)利用 SSR 标记获得了多个聚合不同陆地棉抗 黄萎病 QTL 组合的株系，发现聚合不同 QTL 组合， 所获得的植株抗性不同，其中一部分组合表现为高 抗水平；董娜等(2014)利用 SCAR 标记获得了聚合小 麦抗白粉病基因 Pm21 和 Pm13 的植株，与单株相 比，聚合植株的抗性更高；赵天龙等(2015)结合分子 标记将水稻白叶枯病抗病基因 Xa21 和 Xa23 聚合到 恢复系明恢 86 中，并最终得到 9 株含 Xa21、Xa23 基 因的聚合植株，聚合植株的抗性明显增强；Pradhan 等(2015)利用分子标记把 3 个水稻白叶枯病抗性基 因 Xa21、xa13 和 xa5 聚合到 Jalmagna 品种中，聚合 这三个抗性基因的 Jalmagna 品种对白叶枯病表现出 高抗并且具有 Jalmagna 的农艺性状；毕研飞等(2015) 利用分子标记聚合了甜瓜蔓枯病抗性基因 Gsb-6 作物基因聚合育种的研究进展 The Research Progress in Crops Pyramiding Breeding 1447

分子植物育种 1448 M olecu lar P lntB reed 和Gb-1,并将其转育到感病品种“白皮脆”中,有效抗蚜虫基因 ragle和rqg3的株系比其他基因聚合株 提高了其对蔓枯病的抗性并且具有“白皮脆”的优良系的抗性更高。在进行抗病虫聚合育种时,要考虑到影 性状。除了聚合同一抗性基因拓宽抗谱,提高抗性及响抗性持久性的因素,如抗性基因本身的特点,害虫 持久性之外,还可以通过聚合不同的抗病基因,实现的生物类型以及影响害虫生长和繁殖的环境条件。 作物对多种病害的抗性 3.3抗非生物逆境聚合育种 在实际生产过程中,一些作物往往会出现多种 病害同时发生或相继发生的情况,因此,兼抗多种病 作物对非生物逆境的抗性研究越来越受到人们 害的优良品种才能具有较好的适应性。朱明涛等的重视,尤其是提高作物的非生物逆境抗性的同时 e010)利用分子标记获得了抗烟草花叶病、抗枯萎不减少作物的产量,据估计,全球每年由于干旱、盐 病、抗根结线虫和抗叶霉病4个基因的番茄材料,所害、涝害引起的年产量损失约占60% uhura an and 获得的植株都达到了抗性水平以上:余辉等②014)利 Balasubram ani詛n,2009)。因此,培育出能够抗多种非 用分子标记和回交转育的手段获得了兼抗丝黑穗病生物逆境的品种是如今的主要育种目标之一。 和茎腐病的玉米材料,聚合成功的植株的抗病性显 Schneider等(997)利用5个抗旱性的RAPD标 著高于单抗的植株:田大刚等014)利用分子标记辅记对大豆进行改良,获得的改良系在同等干旱条件 助选择成功培育出聚合水稻抗稻瘟病基因P9和水下产量有所提高;王娟010)通过有性杂交的方法获 稻抗白叶枯病基因Xa23改良系,聚合后的改良系抗得了聚合两个基因bet4和TsP的棉花植株,在干 性显著提高;陈宗祥等￠012)利用分子标记辅助选择旱胁迫下,聚合植株比单基因植株具有更高的耐旱 聚合水稻抗纹枯病 QTL gSB9和抗条纹叶枯病基性;张士龙等2014)聚合玉米抗虫基因Cny1C*和耐 因Sυ,聚合株系对纹枯病和条纹叶枯病的抗性水渍基因VHb,创制出一批抗玉米螟同时耐渍害的新 平显著提高。这些研究都为聚合抗病育种提供了较品系;zhu等②015)将AEDT、HDCl和Cry2Aa2聚 好的研究基础与指导,为抗病品种的选育和进一步合转入辣椒中,提高了辣椒的耐旱性和抗虫性,并且 聚合抗病基因提供了材料。 产量不会下降;Yang等2016)聚合水稻耐冷性QTLs, 3.2抗虫聚合育种 发现聚合株系可以有效提高水稻在萌芽期和苗期的 耐冷性:Hur等②016)通过聚合水稻抗白叶枯病基因 在实际生产过程中,虫害也经常伴随着病害 Xa3、Xa4以及耐冷QTL,有效提高了水稻对白叶枯 起发生,当害虫破坏作物组织对其造成伤口后,病害病的抗性以及耐冷性。许多作物利用遗传转化聚合 便容易从伤口处侵害植株,产生病害。此外,像蚜虫育种的方法聚合了多个抗非生物逆境基因,作物表 类、飞虱类的害虫还容易传染各种病毒,造成病毒病现出对抗多种非生物逆境并且具有巨大的潜在商业 的扩散。与病害类似,虫害同样会降低作物的品质和价值亿 hang etal,2013)。这些研究为进一步进行作 产量,过度的使用农药来控制虫害会使害虫产生抗物抗非生物逆境聚合育种提供了一大批优良的基础 药性 W uet al,,200),形成超级害虫,并且会造成农材料,在进行抗非生物逆境聚合育种的过程中,要考 药残留,因此许多研究者通过聚合多个抗虫基因提虑到不同环境不同时期对抗逆性的影响。 高作物的抗性和持久性。 Hu等013)将水稻抗褐飞虱基因Bph14Bph15、34合品质育种 Bph18转入到恢复系9311中,聚合株系的抗虫性要随着人们生活质量的不断提高,对作物的风味 高于携带单个抗性基因的株系;刘开雨等②2013)成功营养等品质的要求也越来越高,尤其是水稻、玉米、 聚合了水稻抗白叶枯病基因Xa21、Xa23和抗褐飞虱小麦等大田作物,如低直链淀粉含量的稻米食味品 基因Bph24(),聚合株系对白叶枯病达到高抗水平,质更好,具有保健作用的稻米浏玲珑等,2005,富含 对褐飞虱的抗性接近高抗水平;马文清等②2014)选育β-胡萝卜素的水稻 eyeretal,2002)等聚合一些与 出聚合了抗稻瘟病基因P9和抗褐飞虱基因Bph18)品质相关基因的研究应运而生 的水稻植株,并且对稻瘟病和褐飞虱的抗性水平接 B ergm an等2000利用与直链淀粉密切相关的 近抗病亲本或抗虫亲本的恢复系; Chandrasena015)SSR标记,改良了水稻品种 C adet和 Jain to,有效改 聚合了大豆抗蚜虫基因rqg3、 .raglb、g4以及rgle,善了水稻的口感张光恒等2007)通过将转基因水稻 并对各组合聚合基因株系进行鉴定,发现聚合大豆中超123与水稻巨胚1号进行杂交,并利用分子标 21994-2017ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net

分子植物育种 Molecular Plant Breeding 和 Gsb-1，并将其转育到感病品种“白皮脆”中，有效 提高了其对蔓枯病的抗性并且具有“白皮脆”的优良 性状。除了聚合同一抗性基因拓宽抗谱，提高抗性及 持久性之外，还可以通过聚合不同的抗病基因，实现 作物对多种病害的抗性。 在实际生产过程中，一些作物往往会出现多种 病害同时发生或相继发生的情况，因此，兼抗多种病 害的优良品种才能具有较好的适应性。朱明涛等 (2010) 利用分子标记获得了抗烟草花叶病、抗枯萎 病、抗根结线虫和抗叶霉病 4 个基因的番茄材料，所 获得的植株都达到了抗性水平以上；余辉等(2014)利 用分子标记和回交转育的手段获得了兼抗丝黑穗病 和茎腐病的玉米材料，聚合成功的植株的抗病性显 著高于单抗的植株；田大刚等(2014)利用分子标记辅 助选择成功培育出聚合水稻抗稻瘟病基因 Pi9 和水 稻抗白叶枯病基因 Xa23 改良系，聚合后的改良系抗 性显著提高；陈宗祥等(2012)利用分子标记辅助选择 聚合水稻抗纹枯病 QTL qSB-9TQ 和抗条纹叶枯病基 因 Stv-bi ，聚合株系对纹枯病和条纹叶枯病的抗性水 平显著提高。这些研究都为聚合抗病育种提供了较 好的研究基础与指导，为抗病品种的选育和进一步 聚合抗病基因提供了材料。 3.2 抗虫聚合育种 在实际生产过程中，虫害也经常伴随着病害一 起发生，当害虫破坏作物组织对其造成伤口后，病害 便容易从伤口处侵害植株，产生病害。此外，像蚜虫 类、飞虱类的害虫还容易传染各种病毒，造成病毒病 的扩散。与病害类似，虫害同样会降低作物的品质和 产量，过度的使用农药来控制虫害会使害虫产生抗 药性(Wu et al., 2009)，形成超级害虫，并且会造成农 药残留，因此许多研究者通过聚合多个抗虫基因提 高作物的抗性和持久性。 Hu 等(2013)将水稻抗褐飞虱基因 Bph14、Bph15、 Bph18 转入到恢复系 9311 中，聚合株系的抗虫性要 高于携带单个抗性基因的株系；刘开雨等(2013)成功 聚合了水稻抗白叶枯病基因 Xa21、Xa23 和抗褐飞虱 基因 Bph24 (t)，聚合株系对白叶枯病达到高抗水平， 对褐飞虱的抗性接近高抗水平；马文清等(2014)选育 出聚合了抗稻瘟病基因 Pi9 和抗褐飞虱基因 Bph18 (t) 的水稻植株，并且对稻瘟病和褐飞虱的抗性水平接 近抗病亲本或抗虫亲本的恢复系；Chandrasena (2015) 聚合了大豆抗蚜虫基因 rag3、rag1b、rag4 以及 rag1c， 并对各组合聚合基因株系进行鉴定，发现聚合大豆 抗蚜虫基因 rag1c 和 rag3 的株系比其他基因聚合株 系的抗性更高。在进行抗病虫聚合育种时，要考虑到影 响抗性持久性的因素，如抗性基因本身的特点，害虫 的生物类型以及影响害虫生长和繁殖的环境条件。 3.3 抗非生物逆境聚合育种 作物对非生物逆境的抗性研究越来越受到人们 的重视，尤其是提高作物的非生物逆境抗性的同时 不减少作物的产量，据估计，全球每年由于干旱、盐 害、涝害引起的年产量损失约占 60% (Muthurajan and Balasubramanian, 2009)。因此，培育出能够抗多种非 生物逆境的品种是如今的主要育种目标之一。 Schneider 等(1997)利用 5 个抗旱性的 RAPD 标 记对大豆进行改良，获得的改良系在同等干旱条件 下产量有所提高；王娟(2010)通过有性杂交的方法获 得了聚合两个基因 betA 和 TsVP 的棉花植株，在干 旱胁迫下，聚合植株比单基因植株具有更高的耐旱 性；张士龙等(2014)聚合玉米抗虫基因 Cry1C* 和耐 渍基因 VHb，创制出一批抗玉米螟同时耐渍害的新 品系；Zhu 等(2015)将 AtEDT1、HDG11 和 Cry2Aa2 聚 合转入辣椒中，提高了辣椒的耐旱性和抗虫性，并且 产量不会下降；Yang 等(2016)聚合水稻耐冷性 QTLs， 发现聚合株系可以有效提高水稻在萌芽期和苗期的 耐冷性；Hur 等(2016)通过聚合水稻抗白叶枯病基因 Xa3、Xa4 以及耐冷 QTL，有效提高了水稻对白叶枯 病的抗性以及耐冷性。许多作物利用遗传转化聚合 育种的方法聚合了多个抗非生物逆境基因，作物表 现出对抗多种非生物逆境并且具有巨大的潜在商业 价值(Zhang et al., 2013)。这些研究为进一步进行作 物抗非生物逆境聚合育种提供了一大批优良的基础 材料，在进行抗非生物逆境聚合育种的过程中，要考 虑到不同环境不同时期对抗逆性的影响。 3.4 聚合品质育种 随着人们生活质量的不断提高，对作物的风味、 营养等品质的要求也越来越高，尤其是水稻、玉米、 小麦等大田作物，如低直链淀粉含量的稻米食味品 质更好，具有保健作用的稻米(刘玲珑等, 2005)，富含 β- 胡萝卜素的水稻(Beyer et al., 2002)等聚合一些与 品质相关基因的研究应运而生。 Bergman 等(2000)利用与直链淀粉密切相关的 SSR 标记，改良了水稻品种 Cadet 和 Jacinto，有效改 善了水稻的口感；张光恒等(2007)通过将转基因水稻 中超 123 与水稻巨胚 1 号进行杂交，并利用分子标 1448

作物基因聚合育种的研究进展 The Research Progress in Crops Pyram ing B reeding 1449 记辅助选择技术,育成了千粒重高并且籽粒饱满同方面的研究,以目前的大田作物研究为基础,可以将 时具有降血压作用的功能稻新品系;陈涛等②015)将大田作物关于基因聚合的方法应用于园艺作物上; 武育粳3号与抗水稻条纹叶枯病且低直链淀粉含量第四,单片段代换系是利用回交和分子标记辅助选 髙的日本抗病、优质粳稻品种关东194进行杂交、回择相结合的方法构建的,因此确保了所获得的单片 交,筛选出改良的武育粳3号,性状与其相似但更为段代换系的遗传背景与受体亲本相一致 hang etal, 优良且口感更好;杨梯丰等2010)利用GS3基因分别2004),消除了遗传背景的干扰,是研究QTL间上位 与位于1、6、7和8号染色体上来自8个不同供体的效应的理想材料赵芳明等,2012)。因此,可以利用单 直链淀粉含量Wx)、香味gx-8)、粒宽Gu-8)、粒重片段代换系,在同一背景聚合不同的基因,研究基因 Gwt)和早熟Ⅵd-1)等优良基因QTL)进行了聚合,有间的相互作用赵芳明等,2007;赵芳明等,2008)。由 效改良了华粳籼74的外观品质,但是对于它的品质于一些作物自身的原因以及一些作物的遗传转化的 和产量性状还有待进一步改良。相似的基因聚合在体系还不成熟,有些作物并不适合遗传转化基因聚 小麦(胡云,2008)和玉米(张文龙,2010)上也有研究,合的育种方式。有些在基因聚合后并没有有效降低 为聚合品质育种奠定了较好的研究基础。 病虫感染率的研究可能被认为是失败的,因此并没 有被报道出来,这就造成了关于聚合基因的报道多 4展望 数只有提高各种抗性、产量及品质的,而鲜少有聚合 虽然目前对作物基因聚合的研究较多,也取得不能有效提高各种抗性、产量和品质的报道,导致了 了较好的研究进展,但是仍然存在一些问题。首先,对基因聚合效果的认识不全面。通过基因聚合创制 大多数仍停留在实验室研究,通过基因聚合育成的的优质、高产、多抗的农作物,具有较高的经济效益 能在生产上大面积应用的农作物品种并不多,导致和社会效益,但是仍有许多方面需要加强研究 许多优良的品种并不能被广泛推广应用;其次,在抗 作者贡献 性育种中存在只利用个别抗性基因的现象,导致许 多其他抗性基因得不到很好的利用,而且长时间利鲁秀梅完成了论文初稿的写作;钱春桃是项目 用个别抗性基因容易导致抗性降低甚至丢失;此外,的构思者及负责人,陈劲枫、钱春桃和张宁指导论文 基因聚合在水稻宝全,2008; K urokaw aetal,2016)、写作与修改。全体作者都阅读并同意最终的文本。 玉米咪文龙,2010)、小麦(姚宏鹏等,2015;王心宇等, 200)等大田作物上的研究较多,在园艺作物上的研致谢 究较少,只在甜瓜华毕研飞等,2015)、辣椒 hu et al 本研究由国家自然科学基金新疆联合基金项目 2015)、番茄侏朱明涛等,2010)、豆0 alton eta2013)01180)资助 些作物上有少数研究。另外,对基因聚合之间各个 基因相互作用的机理研究也比较少,而且许多作物参考文献 聚合基因虽然有效提高了抗性,但是基因之间如何 作用提高抗性的原因还不明确。许多研究发现同 ergm an C,J, F ellstrom R G, and M ching A M. 2000, A ssocr ation betw een am y lose content and a m icrosatellite m arker 抗病基因的不同抗性基因的抗性水平不同,聚合抗 across exotic rice gem p lasm, In: K hush G.S., B rarD, S, and 性基因的效果也不同,并且隐性基因对抗性也有影 H ardy B.(eds ) A dvance in rice genetics, RRI, M akati 响(邓其明,2005; Chandrasena,2015),甚至一些抗性Ciy, Philipp ines, pp307a08 基因聚合后抗性提高但是产量下降( v tarda et al., Beyer P, A Habilis,Yex, Lucca p, Schaub p., W eisch R, 2012),这些问题都亟待解决 and Potrykus L, 2002, G olden rice :Introducing the B-caIo- 针对以上问题,第一,应该让实验室研究与实际 tene biosyn thesis pathw ay int rice endosperm by geneti 生产相结合,以推进已育成的基因聚合材料在实际 engineering to defeat vitam in a deficiency, Joumal ofn utri 生产中的应用,加强对聚合育种产生的新品种的宣 tion,1323):506-510 传:第二,由于受基因专利和品种权等问题的限制 B haraniM. N agara an P, R abindranr, Saras athiR, Balasub nian P, and R am lingam h, 2010, B acterial leaf b light 许多优异的资源并不能得到很好的利用,需要建立 resistance genes (a21, xa13 and xas) pyram iding through 个合作与交流的平台打破这种障碍,让优异资源 lecular arker assisted selection in to rice cultivars, a rch- 得到较好利用;第三,需要加强园艺作物在基因聚合 ives ofPhy patho bgy PlantProtection, 43(0): 1032-1043 21994-2017ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net

记辅助选择技术，育成了千粒重高并且籽粒饱满同 时具有降血压作用的功能稻新品系；陈涛等(2015)将 武育粳 3 号与抗水稻条纹叶枯病且低直链淀粉含量 高的日本抗病、优质粳稻品种关东 194 进行杂交、回 交，筛选出改良的武育粳 3 号，性状与其相似但更为 优良且口感更好；杨梯丰等(2010)利用 GS3 基因分别 与位于 1、6、7 和 8 号染色体上来自 8 个不同供体的 直链淀粉含量(Wx)、香味(fgr-8)、粒宽(Gw-8)、粒重 (Gwt)和早熟(Hd-1)等优良基因(QTL)进行了聚合，有 效改良了华粳籼 74 的外观品质，但是对于它的品质 和产量性状还有待进一步改良。相似的基因聚合在 小麦(胡云, 2008)和玉米(张文龙, 2010)上也有研究， 为聚合品质育种奠定了较好的研究基础。 4 展望 虽然目前对作物基因聚合的研究较多，也取得 了较好的研究进展，但是仍然存在一些问题。首先， 大多数仍停留在实验室研究，通过基因聚合育成的 能在生产上大面积应用的农作物品种并不多，导致 许多优良的品种并不能被广泛推广应用；其次，在抗 性育种中存在只利用个别抗性基因的现象，导致许 多其他抗性基因得不到很好的利用，而且长时间利 用个别抗性基因容易导致抗性降低甚至丢失；此外， 基因聚合在水稻(权宝全, 2008; Kurokawa et al., 2016)、 玉米(张文龙, 2010)、小麦(姚宏鹏等, 2015; 王心宇等, 2001)等大田作物上的研究较多，在园艺作物上的研 究较少，只在甜瓜(毕研飞等, 2015)、辣椒(Zhu et al., 2015)、番茄(朱明涛等, 2010)、土豆(Dalton et al., 2013) 一些作物上有少数研究。另外，对基因聚合之间各个 基因相互作用的机理研究也比较少，而且许多作物 聚合基因虽然有效提高了抗性，但是基因之间如何 作用提高抗性的原因还不明确。许多研究发现同一 抗病基因的不同抗性基因的抗性水平不同，聚合抗 性基因的效果也不同，并且隐性基因对抗性也有影 响(邓其明, 2005; Chandrasena, 2015)，甚至一些抗性 基因聚合后抗性提高但是产量下降(Wiarda et al., 2012)，这些问题都亟待解决。 针对以上问题，第一，应该让实验室研究与实际 生产相结合，以推进已育成的基因聚合材料在实际 生产中的应用，加强对聚合育种产生的新品种的宣 传；第二，由于受基因专利和品种权等问题的限制， 许多优异的资源并不能得到很好的利用，需要建立 一个合作与交流的平台打破这种障碍，让优异资源 得到较好利用；第三，需要加强园艺作物在基因聚合 方面的研究，以目前的大田作物研究为基础，可以将 大田作物关于基因聚合的方法应用于园艺作物上； 第四，单片段代换系是利用回交和分子标记辅助选 择相结合的方法构建的，因此确保了所获得的单片 段代换系的遗传背景与受体亲本相一致(Zhang et al., 2004)，消除了遗传背景的干扰，是研究 QTL 间上位 效应的理想材料(赵芳明等, 2012)。因此，可以利用单 片段代换系，在同一背景聚合不同的基因，研究基因 间的相互作用(赵芳明等, 2007; 赵芳明等, 2008)。由 于一些作物自身的原因以及一些作物的遗传转化的 体系还不成熟，有些作物并不适合遗传转化基因聚 合的育种方式。有些在基因聚合后并没有有效降低 病虫感染率的研究可能被认为是失败的，因此并没 有被报道出来，这就造成了关于聚合基因的报道多 数只有提高各种抗性、产量及品质的，而鲜少有聚合 不能有效提高各种抗性、产量和品质的报道，导致了 对基因聚合效果的认识不全面。通过基因聚合创制 的优质、高产、多抗的农作物，具有较高的经济效益 和社会效益，但是仍有许多方面需要加强研究。 作者贡献 鲁秀梅完成了论文初稿的写作；钱春桃是项目 的构思者及负责人，陈劲枫、钱春桃和张宁指导论文 写作与修改。全体作者都阅读并同意最终的文本。 致谢 本研究由国家自然科学基金新疆联合基金项目 (U1178307)资助。 参考文献 Bergman C.J., Fjellstrom R.G., and Mcclung A.M., 2000, Associ￾ation between amylose content and a microsatellite marker across exotic rice germplasm, In: Khush G.S., Brar D.S., and Hardy B. (eds.), Advance in rice genetics, IRRI, Makati City, Philippines, pp.307-308 Beyer P., Al-Babili S., Ye X., Lucca P., Schaub P., Welsch R., and Potrykus I., 2002, Golden rice :Int roducing the β-caro￾tene biosynthesis pathway into rice endosperm by genetic engineering to defeat vitamin a deficiency, Journal of Nutri￾tion, 132(3): 506-510 Bharani M., Nagarajan P., Rabindran R., Saraswathi R., Balasub￾ramanian P., and Ramalingam J., 2010, Bacterial leaf blight resistance genes (Xa21, xa13 and xa5) pyramiding through molecular marker assisted selection into rice cultivars, Arch￾ives of Phytopathology & Plant Protection, 43(10): 1032-1043 作物基因聚合育种的研究进展 The Research Progress in Crops Pyramiding Breeding 1449

分子植物育种 1450 M olecu lar P lntB reed BiY F, XuBH.Q an C T, G uo J, Zhang Y B, Y iH. P, and al blight in hybrid rice by using m olecu lar m arker assisted Chen J.F., 2015, Pyram id ing disease resistance genes and selection, Zhongguo Shuidao K exue Chinese JoumalofRi variety im provem ent by m olecu ar m arkerassisted selection ce science),20￠):153-158邓其明,王世全,郑爱萍,张红 in m eln (Cucumis melon L), Zhongguo N ongye K exue 宇,李平,2006,利用分子标记辅助育种技术选育高抗白 cientia A gricultural s inica),48():523533(毕研飞,徐 叶枯病恢复系,中国水稻科学,20②2):153-1 兵划,钱春桃,郭静,张永兵,伊鸿平,陈劲枫,2015,分子 D eng Q M, Zhou y.J, Jiang ZX,WanY.x, Zhao B, Y ang L 标记辅助甜瓜抗蔓枯病基因的聚合及品种改良,中国农 and LiP, 2005, Pyram iing bacterialblight BB)resistance 业科学,486):523533) genes (a21, Xa4 and Xa23)in to rice and its effects analy- BoerE, D, Pelgrom K.T. B, Zhang n W. v isserR,G F, N ikes R sis, Zuow uxue B ao cta A gronom ica Sin ica), 319):1241 E, and Jeuken M.J.W. 2014, Effects of stacked quantitative 1246(邓其明,周宇爝,蒋昭雪,万映秀,赵斌,杨莉,李平, resistances to dow ny m ildew in lettuce do not sim p ly add 2005,白叶枯病抗性基因Xa21、Xa4和Xa23的聚合及其 up, T heor. A ppl G enet, 1278): 1805-1816 效应分析,作物学报,31):1241246) C ao J, Shelton A, M. and Eare E D, 2008, Sequential transfor- D ong N, Zhang Y., Zhang JG, and Ru Z.G., 2014, M olecu lar m ation to pyram id t o Bt genes in vegetable Indian m ustard m arker assisted pyram id breeding of pow dery m i]dew resis- Brassica juncea L )and its potential for control of di- tance gene pm2/ and Pm13, M ailei Zuow uxue B ao (Joumal m ondback m oth larvae, PlantC ellR eports, 27 3): 479-87 of Triticeae C rops),3402):1639-1644董娜,张亚娟,张军 Chandrasena DL, 2015, Pyram id ing rag, raglb, rag4, and raglc 刚,茹振钢,2014,分子标记辅助小麦抗白粉病基因Pm2l aphid-resistant genes in soybean gem plasm, Crop Science, 和Pm3聚合育种,麦类作物学报,3402):1639-1644) 2):256-264 Eshed Y,, and Zam irD, 1996, Less than-additive epistatic inter Chen J.Z., 2014, B reed ing and evahiation of pyram iding trans- actions of quan titative trait loci in tom ato, G enetics, 143 (4) gen ic rice w ith high lysine, Thesis for M. S, Y angzhou U ni 1807-817 versity, Supervisor:LiQ.Q,pp.2陈锦珠,2014,多基因FuC.Y,WuT.,LiW.G, and H uang Y.J,2011, G enetic in 聚合的高赖氨酸转基因水稻的选育及评价,硕士学位论 provem ent of resistance to b last and bacteral b light of the 文,扬州大学,导师:刘巧泉,pp.2) elite m an tainer line rongfeng b in hybrid rice Oryza sativa Chen T, W u h. zhang Y D. Zhu Z, Zhao Q.Y., Zhou L H L )by using m arker-assisted selection, A frican Joumal of Y ao S, Zhao L, Yu x, Zhao C F, and w ang C L, 2015 io techno logy,1167):13104-13114 Im prov ing resistance to rice stripe disease and eating quality G rS, 1981, A dditional sources of resistance to gum my stem of W uyu jing 3 by pyram iding Stnt' and Wxmg, Zhongguo blightofm uskm ebn, PlantD isease, 653): 253-255 Shuidao K exue(Chinese Joumal of R ie Science), 295): He G M, Sun C.Q., Fu Y C, Fu Q, Zhao K.J., W ang C L 67-474陈涛,吴吴,张亚东,朱镇,赵庆勇,周丽慧,姚姝, Zhang Q, Ling Z.Z., and W ang X K, 2004, Pyram ing of 赵凌,于新,赵春芳,王才林,2015,聚合Snb和 Wamg senescence-inhibition IPT gene and Xa23 for resistance to 基因改良武育粳3号条纹叶枯病抗性和食味品质,中国 bacterial blight i rice (Oryza sativa L), Y ichuan X uebao 水稻科学,296):467-474) A cta G enetica s in ica),318):836841何光明,孙传清,付 Chen Z.x., Zuo S.M. Zhang Y F, Zhu J.K., W ang L P. Feng F. 永彩,付强,赵开军,王春连,章琦,凌忠专,王象坤,2004, M aY Y, and Pan X B, 2012, R ice pyram id ing breed ng us 水稻抗衰老PT基因与抗白叶枯病基因Xa23的聚合研 sheath b light resistance QTL gSB- g and stripe disease究,遗传学报,318):836641) resistance gene Stut, Zuow uxue B ao (A cta a gronom ica Si Huj, C heng M. X, G ao G J, Zhang Q L, X io JH and HeY niea),38():1178-186宗祥,左示敏,张亚芳,朱俊凯, Q, 2013, Pyram iing and evalation of three dom inant 王龙平,冯凡,马玉银,潘学彪,2012,水稻抗纹枯病QTL brow n planthopper resistance genes in the elite indica rice qSB-o和抗条纹叶枯病基因Sb的聚合育种,作物学 II and its hybrids, Pest M anagem ent Science, 69(7): 报,38():1178-1186) 802608 Coup land G, 1995, G enetic and env ionm ental controlof flow- Hu Y, 2008, Study on pyram iding m ultigene by m olecular ing tim e in A rabidopsis, Trends G enet, 11 (10): 393-397 m arker-assisted selection to high protein con tent, quality Dalton E, G riffin D. G allagher T F, V etten N, and M ilboume subunit and pow dery m ildew resistance gene in com m on 2013, The effect of pyram id ing tw o potato cyst nem a w heat, Thesis for M.S., G uizhou U niversity, Superv isor: Xu tode resistance loci t Globodera pallida Pa2/ in potato H,pp.2-胡云,2008,小麦高蛋白基因,优质亚基和抗 M olecular B reeding, 31(4): 921-930 白粉病基因聚合及分子标记研究,硕士学位论文,贵州大 eng Q.M. W ang S.Q., Zheng A P Zhang H. Y, and LiP, 学,导师:徐如宏,pp.2-7) 2006, B reeding restorer lines w ith high resistance to bacteri Hur YJ, Cho J.H. Park H.S., Noh T H, Park D S, Lee Y B. 21994-2017ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net

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作物基因聚合育种的研究进展 The R esearch Progress in C rops Pyram iding B reeding 1453 5)30-35许峰,闫素辉,张从宇,时侠清,李文阳张子学, nese Joumal of ice Science),24):340-346(殷跃军,左 2015,基于高代回交分离群体的小麦抗赤霉病QTL Fhb44 示敏,王辉,陈宗祥,马玉银,张亚芳,顾世梁,潘学彪, 和Fhb5的遗传互作模式分析,华北衣学报,305):30-35)2008,利用近等基因系研究3抗水稻纹枯病QTL的聚 xuy Zhang. ang GB.. ang. .J. and Chen.,2000,合效应,中国水稻科学,224):340-346) Studies of M olecu arm arker assisted-selection forresistance Yu H., Song., Zhao JR., W ang F.G., and W u J.F., 2014, Two to Fusariun w ilt in w aterm ebn Citrullus lanatus )breeding, majr resistance genes pyram iding on maize inbred line Y ichuan X uebao (A cta G enetica Sin ica), 27 2):151-157 Jing24 w ith m arker assisted se lection, FenziZhiw Y uzhong 勇,张海英,康国斌,王永键,陈杭,2000,西瓜抗枯萎病育 olecu lar Plant reed ing),12)240-245(余辉,宋伟,赵 种分子标记辅助选择的研究,遗传学报,272):151-157) 久然,王格,吴金凤,2014,分子标记辅助选择玉米自交 Yang Zhang Zhao Li Huangmao, ong,系京24两种抗病主效基因的聚合,分子植物育种,122): W ang X., Zhang G., and Liu B., 2016, Identification and 240-245) pyram iding of QTLs for cold to lerance at the bud bursting Yuan D.D., 2012, Pyram iding resistance QTL related to verticih and the seedling stages by use of single segm ent substitution lum w ilt by SSR m arker assisted selection in up land cotton, lines in rice Oryza sativa L.), olecu larB reed ing, 36 (7) 1-10 Thesis for M .S., N an jing A gricultural U niversity, Supervi Yang. Tf. Zeng R..zhuh.t., Chen, Zhang Z.M.mdinx.sor:guow..pp.2-7(冬冬,2012,SsR分子标记辅助 H., LiW.T., and Zhang G.Q., 2010, Effect of grain length 聚合陆地棉抗黄萎病QTL,硕士学位论文,南京农业大 gene GS3 in pyram iding breed ing of rice, Fenzi Zhiw u 学,导师:郭旺珍,pp.2-7) Y uzhong M olecu lar P lant B reed ing), 41): 59-66 ( Zhang G.H., Zeng D.L., Guo L.B., Liu H.J., Hu J, G ao Z.Y., H ua 曾瑞珍,朱海涛,陈岚,张泽民,丁效华,李文涛,张权,. 2010,水稻粒长基因GS3在聚合育种中的效应,分子植物 polym erizing ADP-G lcose pyrophosphory lase GP)and 育种,8(1):5966) giant em bryo (ge) genes, Zhongguo Shuidao exue (Chin- yaoh.p.anz. Zhang Y.S.. ang W.X.. and Lin.q015, ese Joumal ofR ice Science),216):67572张光恒,曾大 M arkerassisted selection of w heat leaf rust resistance genes 力,郭龙彪,刘慧娟,胡江,高振宇,华志华,钱前,2007,葡 ,胡江, in the pyram id ing m iddle m aterials of w heat, Fenzi Zhiw u 萄糖焦磷酸酶基因与巨胚基因聚合创制营养功能稻,中 Yuzhong olecu lar Plant Breeding13(1):242228国水稻科学216):567-572 (姚宏鹏,安哲,张毓妹,杨文香,刘大群,2015,小麦抗叶 Zhang G.. Zeng R..z. Zhang Z..mdinx.liw.tlug 锈病聚合品种中间材料的分子标记辅助选择,分子作物M,Hh, Tulikar A.. uang C..f.xiz.yqnl.jshi 育种,13(11):2421-2428) J.Q., Zhao F.M., Feng M .J, Shan Z.L., Chen L., G uo X.Q., YeG. and Sm ith K., 2009, M arkerassisted gene pyram iding Zhu H .T., and Lu Y.G., 2004, The construction of a library or cultivar develbpm ent, Plant Breeding Review s, 33: of sing le segm ent substitu tion lines in rice (Oryza sativa L.), fo 219-256 Rice G enet ew sl, 21: 85-87 YiD.., CuiL., W ang L., Liu Y .M., Zhuang, Zhang Y.Y., Zhang S.L., He Z.H., Zhang Z.X. Q F.Z., and H uang Y.Q. Zhang, Lang Z.H., Zhang Z.X., Fang.., and Y ang L.M 2014, Creating m aize new gen plasm s w ith borer resistant 2013, Pyram iding of B tcrylla8 and cry1Ba3 genes into cab and w aterlogging-to lerant by pyram id ing CrylC* and VHb bage (Brassica oleracea L. var. capitata) confers effective gene, Y um iK exue GoumalofM aize Sciences), 222): 46-52 con trol againstd iam ondback oth, PlantCellTi rgan 张士龙,贺正华,张祖新,邱法展,黄益勤,2014,聚合 cult,115:419-428 Cry1C*和VHb基因玉米抗虫耐渍新种质的创新,玉米科 Y in D.S., M .Y., LiJB., an B.L., Zha Z.P., D u x.., and Q, 222): 46-52) H.X., 2011, D evelopm entof STS m arker linked to rice blast Zhang W.L., 2010, Polym erizing tw o high lysine genes o2, o16 resistance gene Pi9 in m arker assisted selection breeding, and wary gene of m aize by m olecu lar m arker assisted selec- Zhongguo Shuidao exue (Ch inese Joumal of R ice Scie- tion, D issertation for Ph.., Southw est U niversity, Supervi nce),25)25300得所,夏明元,李进波,万丙良,查中 sor CaiYpp27龙,2010,分子标记辅助选择聚 萍,杜雪松,戚华雄,2011,抗稻瘟病基因Pi9的STS连锁合玉米两个高赖氨酸基因o2,o16及糯质基因x,博士学 标记开发及分子标记辅助育种中的应用,中国水稻科学,位论文,西南大学,导师:蔡一林,pp.2-7) 25(1):25-30) Zhang.M . Li Y.J., Ren.,., Liang G.M., Song F.P., M a Y.Y., Zhang Y.F., BaiS.., and W ang JH., 2013, verexpression of a novel Y in Y., Zuo S.M.., W ang, Chen ding effects of three Crylle gene confersiesistance to CrylA Cresistant cotton Gu S.L., and Pan X.B., 2008, Pyram quan titative traits boci for resistance to sheath b light using bollw om in transgenic lines of m aize, PlantCell T issue Or near isogen ic lines of rice, Zhongguo Shuidao K exue Chr gan Cult, 115 2): 151158 n 21994-2017 China Academic Journal Electronic publishing house. all rights reserved. http://www.cnki.net

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分子植物育种 1454 M olecu lar P lntB reed Zhang Y P, kyle M, anagnostou K Z itter t..1997 a gronom ic im portance and analysis of their stabilities using Screen ing m eln Cucumis melo L. forresistance to gum m y SSSLs in rice, Zhongguo N ongye K exue (Scientia a gricuh tem b light in the greenhouse and fiel, Hortscience A Pub- tura s inica),40③):447-456赵芳明,朱海涛,丁效华,曾瑞 lication of the A m erican Society for H orticu ltural Science 珍,张泽民,李文涛,张桂权,2007,基于SSSL的水稻重要 320):117-21 性状QTL的鉴定及稳定性分析,中国农业科学,40): Zhang Z.Y., C hen X, Zhang C, x in Z Y, and Chen X.M., 2002, 447-56) Selecting the pyram ids of pow dery m ildew resistance genes Zhao T L, Fan Y L, W ang YJ, Jiang D. LiM R, Zhai W. x Pm4b, PM13 and Pm2I in w heat assisted by m olecular and xia Z.H., 2015, Study on pyram ing bacterial blight m arker, Zhongguo n ongye K exue Scientia a gricultralSini resistance gene Xa21 and Xa23 into rice, FenziZhwu Yu a,35():789-93(增艳,陈孝,张超,辛志勇,陈新民, zhong M olecular P lantB reeding),13):513-517赵天龙 2002,分子标记选择小麦抗白粉病基因Pm4b,PM3和 范玉龙,王艺洁,姜达,李明容,翟文学,夏志辉,2015,白 Pm2/聚合体,中国农业科学,350):789793) 叶枯病抗病基因Xa21与Xa23的聚合育种研究,分子植 Zhao F.M., Li G F,, Zhu H.T. d ing x H, Zeng r z, zhang z. 物育种,136):513517 M. LiW.T, and Zhang G Q, 2008, U conditional and con- Zhu M. T, Sun Y L, Zheng S, Zhang X L,, W ang T.T. Ye Z.B. ditional QTL m apping by using single segm ent substitu tion and LiH. X. 2010, P yram id ing disease resistance genes by lines for tiller num ber at various stages in rice (Oryza sativa m olecu lar m arkerassisted selection in tom ato, Y uanyixue L ) Zhongguo n ongye K exue Scientia A gricultura Sinica), Bao cta H orticulturae Snica),379):1416-1422侏朱明涛, 41②):32230瞇赵芳明,刘桂富,朱海涛,丁效华,曾瑞珍, 孙亚林,郑莎,张晓黎,王涛涛,叶志彪,李汉霞,2010,分 张泽民,李文涛,张桂权,2008,用单片段代换系对不同时 子标记辅助聚合番茄抗病基因育种,园艺学报,37) 期水稻分蘖数QTL的非条件和条件定位,中国农业科学 1416-1422) 412):322330) Zhu x n, Chen Y, F CaoT, LiC. L. Ren h.L..Yu L and bi Zhao F.M., Zhang G. Q, Zeng R.Z., Y ang Z L, L ing Y H sang Y.H., 2008, Pyram iding of resistance genes to stripe rust in X C, and He G.H., 2011, A nalysis of epistatic and additive w heat and m olecular m arkers of resistance gene to CY32 ffects ofQ Tls for grain shape using sing le segm ent substi- X bein onglin K eid axue X uebao (Joumal ofN orthw estA tution lines in rice (Oryza sativa L ) Zuow uxue B ao (A cta F University N ational Science Edition)), 366):187-191 a gronom ica Sinica),37③):469-76赵芳明,张桂权,曾瑞 (朱晓娜,陈耀锋,曹婷,李春莲,任慧莉,于玲,白延红, 珍,杨正林,凌英华,桑贤春,何光华,2011,基于单片段代 2008,小麦抗条锈基因聚合及抗条中32号基因分子标 换系的水稻粒型QTL加性及上位性效应分析,作物学报 记筛选,西北农林科技大学学报自然科学版),36(3) 37):469476) 187-191) Zhao F.M., Zhang G Q, Zeng R z, Y nag Z.L., Ling YH Sang Zhu Z,,Xu x, C ao B, Chen C, Chen Q,x ang C, Chen G X C, and He G H 2012, Epistatic and additive effects of and Lei J, 2015, Pyram iing of A EDTIADG ll and Q TLs for y ieH-related traits using sing le segm ent substitu Cry2A a2 into pepper Capsicum annuum L )enhances dro ion lines of rice (Oryza sativa L ) Zuow uxue Bao (A cta ught to lerance and insect resistance w ithout yield decrease, A gronom ica Sinica),38a1):2007-2014赵芳明,张桂权, PlantcelIt issue0 rgan Cult,120():919932 曾瑞珍,杨正林,凌英华,桑贤春,何光华,2012,利用单片 Zhuang jY,FanY.Z.,RaoZ.M,WuJL,XiY.W, and zheng 段代换系研究水稻产量相关性状QTL加性及上位性效 L, 2002, A nalysis on additive effects and additive-by ad- 应,作物学报,3801):20072014) dative epistatic effects of Q TLs for yiel traits in a recom br Zhao F.M., Zhu H.T., d ing X H, Zeng r.Z., Zhang Z.M., LiW nt inbred line popu lation of rice, Theor. A ppl G enet, 105 T. and Zhang g. Q, 2007, D etection ofQ Tls for traits of 8):1137-145 21994-2017ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net

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