¿Cuáles son las aplicaciones de los marcadores moleculares en el estudio de los recursos de germoplasma del pimiento?
1. Identificación y clasificación de recursos de germoplasma
La tecnología de marcadores moleculares puede construir rápidamente huellas dactilares de recursos de germoplasma, lo que proporciona una base para la identificación y clasificación de recursos de germoplasma y la identificación de excelentes. Los recursos de germoplasma, la protección de la propiedad intelectual y la construcción de un banco central de genes proporcionan una base más objetiva.
(1) Identificación de la pimienta de Chaotian y el Bupleurum del Norte
La pimienta de Chaotian y la pimienta de Chaotian del Norte tienen una forma similar. Un debate de larga data en la taxonomía de Capsicum es si Capsicum annuum y Capsicum annuum son dos especies diferentes o dos tipos diferentes de la misma especie. Investigadores de la Universidad Estatal de Nuevo México en Estados Unidos descubrieron mediante análisis de marcadores RAPD (ADN polimórfico amplificado aleatorio) que el coeficiente de similitud genética promedio entre las cepas de alcachofa es 0,85, y el coeficiente de similitud genética promedio entre las cepas de alcachofa del norte es 0,80, mientras que el promedio. El coeficiente de similitud genética entre las cepas de alcachofa y alcachofa del norte es sólo de 0,38 (Bl y Bosland, 2000). Con base en esta fuerte evidencia, combinada con las diferencias en los rasgos morfológicos entre ellas y el hecho de que la descendencia híbrida tiene una fecundidad reducida, creen que las alcachofas y las alcachofas del norte son dos especies diferentes.
(2) Comparación de cultivo de genes Diversidad entre origen y centros secundarios del pimiento.
El cultivo de la pimienta (C.annuum var.annuum) tiene su origen en México, fue llevado a Europa por el navegante Colón en el siglo XV, y posteriormente se extendió por Asia y África. Asia, Europa central y meridional y África se consideran centros secundarios de pimienta. Los chiles se cultivan ampliamente en Nepal y los agricultores locales han conservado una gran cantidad de variedades locales. El análisis de conglomerados de marcadores RAPD mostró que cuando el coeficiente de similitud genética se estableció en 0,80, todas las cepas locales en Nepal se agruparon, mientras que las cepas en México se pudieron dividir en 8 grupos diferentes (Bl y Bosland, 2002). Esto muestra que, debido a la migración intercontinental, las poblaciones de pimientos nepaleses han superado un cuello de botella evolutivo y tienen un trasfondo genético limitado. También hay muchas cepas locales en Hunan, Yunnan, Sichuan, Shaanxi y otras provincias de mi país, que son el principal material genético para el cultivo de pimientos en mi país. El caso de Nepal debería inspirar la investigación sobre los recursos de germoplasma de pimiento en mi país. Es decir, mientras se recolectan recursos de germoplasma de pimiento característicos de China, se debe prestar más atención a la recolección de recursos de germoplasma mexicanos en el centro de origen de pimiento, porque el centro de origen tiene. un acervo genético más rico.
2. Mapa genético de marcadores moleculares del pimiento
El mapa genético es una herramienta básica para la investigación en mejoramiento genético y un modelo para extraer genes beneficiosos, especialmente genes de rasgos cuantitativos, en recursos de germoplasma. Antes del nacimiento de los marcadores moleculares, sólo unos pocos cultivos, como el maíz y los tomates, tenían mapas genéticos relativamente completos. La aparición de marcadores moleculares ha proporcionado una gran comodidad para la construcción de mapas genéticos. El establecimiento del mapa genético molecular del pimiento se benefició de su relación genética con el cultivo modelo del tomate. Los estudios genéticos comparativos de tomates y pimientos muestran que, aunque la evolución del genoma de los pimientos ha experimentado una gran recombinación, lo que ha dado como resultado que el genoma de los pimientos sea de 3 a 4 veces más grande que el de los tomates, y las secuencias de genes son muy diferentes, los genes de estos dos cultivos de solanáceas El contenido es muy similar. Todas las sondas de ADNc de tomate analizadas pudieron hibridarse con el ADN genómico de pimiento (Tanksley et al., 1988). Los marcadores RFLP de estas sondas forman la columna vertebral del mapa genético molecular del pimiento. Hasta el momento, los investigadores han publicado 10 mapas genéticos moleculares de los pimientos, pero los más representativos son los dos mapas publicados por la Universidad de Cornell y la Academia Francesa de Ciencias Agrícolas.
La población utilizada en el mapa de la Universidad de Cornell (CU-Map) es la población de la generación F2 del cruce interespecífico anual Cotinus cogitata × Schisandra chinensis. El mapa incluye 11 grupos de enlace grandes (76,2 ~ 192,3 cm) y 2 grupos de enlace pequeños (19,1 y 12,5 cM), con una cobertura total de 1245,7 cM. Los resultados muestran que existen 18 segmentos de enlace homólogos entre ellos, cubriendo el 98,1 % del tomate. del genoma y el 95% del genoma del pimiento. A través de este mapa y el mapa de la papa, determinaron el tipo y número de recombinaciones cromosómicas que causaron la diferenciación evolutiva de estos tres importantes cultivos de Solanáceas, y reconstruyeron un mapa teórico del mismo ancestro de estos tres cultivos. Estos reordenamientos cromosómicos incluyeron 5 translocaciones, 10 inversiones intrabrazo, 2 inversiones intrabrazo y 4 segregaciones/uniones cromosómicas. También hubo tres reordenamientos cromosómicos entre los padres de la población cartográfica.
CU-MAP*** etiquetó 677 marcadores, incluidos RFLP, RAPD, AFLP (polimorfismo de longitud de fragmentos amplificados) e isoenzimas, con un promedio de 1 marcador por 1,8 cM, pero debido a la distribución desigual de los marcadores en el cromosoma, el 54 % de los marcadores se concentraron cerca de los centrómeros, lo que hizo que la densidad del marcador del mapa del esqueleto CU-MAP fuera de 9cM/marcador (Livingstone et al., 1999). Esta densidad de marcado es ideal para el pimiento.
Las tres poblaciones utilizadas por la Academia Francesa de Ciencias Agrícolas INRA-MAP son poblaciones híbridas intraespecíficas anuales de raigrás, incluidas dos poblaciones DH (doble haploide) (HV-H3 × Vania y PY-perenne × Yolo Wonder) y una población F2 (YC-Yolo Wonder×criollo de Morelos 334). Dado que los recursos de germoplasma utilizados en el mejoramiento convencional provienen principalmente del raigrás anual, los mapas de hibridación intraespecífica pueden usarse mejor para analizar el acervo genético realmente utilizado en el mejoramiento y pueden proporcionar directamente marcadores moleculares para los servicios de mejoramiento. Por ejemplo, uno de los padres en las tres poblaciones es parcialmente resistente al CMV y al tizón, mientras que el otro padre es muy sensible a estas dos importantes enfermedades. HV y PY son grupos DH y pertenecen al grupo permanente. Pueden observar repetidamente la herencia de diversos rasgos cuantitativos durante muchos años. El grupo de mejoramiento de pimientos de la Academia Francesa de Ciencias Agrícolas, encabezado por el Dr. Palloix, también se está preparando para convertir la población YC en una población RIL (línea endogámica recombinante) permanente para estudiar el importante rasgo cuantitativo de la resistencia a las enfermedades (Palloix, comunicación personal ). * * *, se marcaron 543, 630 y 208 sitios marcadores (incluidos RFLP, RAPD, AFLP, PCR, isoenzimas y marcadores morfológicos) en los mapas PY, PY e YC respectivamente. Al integrar estos tres mapas, dibujaron un mapa integrado que contenía 12 grandes grupos de enlace, lo que era consistente con el número de cromosomas de los pimientos haploides, similar a los resultados de la investigación CU-MAP, y este mapa integrado estaba muy relacionado con el mapa del tomate. complejo (Lefebvre et al., 2002).
Muchos genes o loci de rasgos cuantitativos (QTL) que controlan rasgos hortícolas, como la resistencia a enfermedades, la madurez y la infertilidad masculina, se han mapeado en mapas genéticos de marcadores moleculares (Tabla 26-1). , color del fruto, peso del fruto e índice de forma del fruto. Esto proporciona las condiciones para la mejora e innovación de los recursos de germoplasma para muchos rasgos mediante la selección asistida por marcadores (MAS).
Tabla 26-1 Genes o loci de rasgos cuantitativos mapeados en pimiento
Tabla 26-1 Genes o loci de rasgos cuantitativos mapeados en pimiento (continuación)-1
3. Aplicación del cribado asistido molecular en la innovación y la mejora de los recursos de germoplasma
Hay dos formas de utilizar genes beneficiosos en los recursos de germoplasma: selección fenotípica y selección de genes (Tanksley y McCouch, 1997). El método de selección fenotípica es exitoso para el mejoramiento de rasgos controlados por un solo gen, como el mejoramiento de pimientos para resistencia a los nematodos agalladores. Sin embargo, debido a limitaciones en la identificación de rasgos, la selección fenotípica sólo puede operar en un número limitado de genes. Para los rasgos hortícolas cuantitativos más importantes del pimiento, como el rendimiento, la resistencia al CMV, la resistencia al marchitamiento por fusarium y los rasgos del fruto, los métodos de selección fenotípica tienen grandes limitaciones y omitirán muchos genes beneficiosos. El método de selección genética puede seleccionar múltiples loci genéticos al mismo tiempo y puede seleccionarse en la etapa de plántula para mejorar la eficiencia y pertinencia de la innovación en la mejora de los recursos de germoplasma (especialmente la mejora de rasgos cuantitativos genéticamente complejos). Hay dos requisitos previos para la selección de genes: primero, un mapa genético de marcadores moleculares de alta densidad y cobertura; segundo, la calibración de los genes y los loci de rasgos cuantitativos que se seleccionarán en el mapa. Los siguientes tres ejemplos ilustran el uso de la selección genética en el mejoramiento e innovación del germoplasma.
(1) Gen restaurador de la esterilidad masculina citoplasmática
La esterilidad masculina citoplasmática en el pimiento puede mejorar la eficiencia y la pureza de la producción de semillas híbridas y tiene amplias perspectivas de aplicación en la producción. La restauración de la fertilidad de CMS está controlada por genes y microgenes principales y se ve afectada por condiciones ambientales como la temperatura. Los restauradores se pueden encontrar en los pimientos, pero no en los pimientos morrones grandes con forma de fruta. En el proceso de introducción del gen restaurador en pimiento morrón de frutos grandes, es necesario cruzar con la línea estéril para determinar la presencia del gen restaurador. Las investigaciones muestran que es muy difícil crear líneas restauradoras de pimiento morrón de frutos grandes mediante la selección fenotípica. El grupo de mejoramiento de pimientos del Instituto de Hortalizas y Flores de la Academia China de Ciencias Agrícolas utilizó la población F2 de pimiento cuerno número 21 (rfrf) y pimiento nocturno Xiangtan (rfRf) para detectar marcadores moleculares vinculados al principal gen restaurador Rf ( Zhang et al., 2000). Dos marcadores RAPD están vinculados a Rf: OP131400 está a solo 0,34 cM de este gen principal; OW19800 está ubicado al otro lado de Rf, con una distancia genética de 8,12 cM. Ninguna de las variedades de pimiento morrón analizadas tiene estos dos marcadores, y estos dos marcadores pueden usarse para transferir los principales genes restauradores de la fertilidad de los pimientos a los pimientos morrones.
En cooperación con la Academia Francesa de Ciencias Agrícolas, la restauración de la fertilidad se posicionó como un rasgo cuantitativo en el mapa genético de marcadores moleculares construido en la población perenne () × Yolo Wonder () (Wang et al., 2004 ). El gen restaurador mayor se encuentra en el cromosoma 6 de la pimienta y se han localizado cuatro genes menores. Uno de los genes menores está situado en el cromosoma 2 y está estrechamente relacionado con el gen que controla el picante (Pun1), lo que explica por qué la frecuencia de líneas restauradoras en las líneas de pimiento es mayor.
Al mismo tiempo, se descubrió que la línea de mantenedor Yolo Wonder también tiene genes menores que pueden mejorar la recuperación de la fertilidad, lo que indica que la recuperación de la fertilidad tiene una ventaja superior para los padres. Estos resultados tienen un importante significado orientador para crear líneas estériles de alta esterilidad y líneas restauradoras de alta recuperación.
(2) Resistencia al virus del mosaico del pepino
El CMV es una de las enfermedades más graves del pimiento. Puede provocar síntomas severos de mosaico, hojas deformadas y retorcidas y daños a los frutos. naturaleza mercantil. La resistencia al CMV es un rasgo cuantitativo típico y hasta el momento no se ha encontrado ningún material que sea completamente resistente al CMV. Sin embargo, se ha encontrado cierta resistencia en cepas silvestres de pimiento cultivado y especies silvestres afines. Hay tres mecanismos principales para la resistencia o tolerancia de estos materiales al CMV: ① Inhibición de la invasión del virus en las células huésped; ② Inhibición de la reproducción del virus; ③ Inhibición del movimiento del virus; Además, existe otro mecanismo de tolerancia al CMV en las sustancias antibióticas contra el CMV de China, que es la recuperación después de una enfermedad (Palloix, comunicación personal). Apilar los genes que controlan estos mecanismos de resistencia mediante el mejoramiento es la forma inevitable de obtener variedades altamente resistentes.
Cnta et al. localizaron el QTL que inhibe la invasión de virus de plantas perennes en los cromosomas 3 y 12. El locus TG66 en el cromosoma 8 no confiere resistencia por sí solo, pero interactúa epistáticamente con el QTL en el cromosoma 12. Estos tres loci * * * explican el 57% de la variación fenotípica (Cnta et al., 1997). La línea endogámica de pimiento dulce Vania puede inhibir parcialmente la migración a larga distancia del virus. Esta resistencia la proporciona principalmente el QTL-CMV12+02 principal en el cromosoma 65438. Según el método de identificación fenotípica, este QTL explica del 45% al 63,6% de la variación fenotípica (Cnta et al., 2002; Parrella et al., 2002 observaron que Vania tiene una capacidad relativamente baja para resistir). la invasión del virus es baja, pero tiene una alta capacidad para inhibir el movimiento del virus; por otro lado, es perenne. Los resultados del mejoramiento muestran que los materiales que combinan estos dos QTL con diferentes mecanismos de resistencia a enfermedades tienen grandes ventajas superparentes (Palloix, comunicación personal).
Ben Chaim et al. localizaron otro QTL anti-CMV perenne en el cromosoma 11: CMV 11. Este QTL está vinculado al gen L de resistencia al TMV, pero se encuentra en la fase de rechazo, lo que indica que la resistencia al CMV y la susceptibilidad al TMV están relacionadas permanentemente. En las plantas perennes, los QTL para la resistencia al CMV en los cromosomas 3, 4 y 8 están vinculados a los QTL que controlan el peso del fruto, concretamente FW 3.2, fw4.1 y fw8.1. De esta manera, durante el proceso de retrocruzamiento, el QTL perenne de peso pequeño de fruto se introducirá en los padres recurrentes junto con el QTL de resistencia al CMV (Ben Chaim et al., 2001). Para romper esta carga de vinculación, se deben utilizar marcadores moleculares para mapear con precisión estos QTL estrechamente vinculados y detectar plantas recombinantes en poblaciones de retrocruzamientos más grandes.
(3) Resistencia a enfermedades epidémicas
La epidemia es la enfermedad más grave del pimiento transmitida por el suelo. Actualmente, el material más resistente a enfermedades reconocido por la comunidad internacional de mejoramiento de pimiento es la variedad local Criollo de Morelos 334 (CM334), de México, con forma de fruto pequeño. El grupo Palloix de la Academia Francesa de Ciencias Agrícolas realizó un estudio detallado sobre esta fuente de resistencia e identificó 6 QTL: phyto.4.1, Phyto.5.1, Phyto.5.2, Phyto.6.1, phyto.1.66664866.2066 Entre ellos, Phyto.5.1 y Phyto.5.2 también está presente en otras líneas de pimiento como Perennial y H3. Las plantas 5.2 ahora pueden seleccionarse mediante el marcador de PCR D04 estrechamente vinculado (Quirin et al., 2005).
CM334 ha sido ampliamente utilizado por instituciones de investigación de mejoramiento y compañías de semillas en varios países para mejorar los recursos de germoplasma resistentes a enfermedades o el mejoramiento comercial. Thabuis et al. (2004) utilizaron marcadores moleculares para comparar la eficiencia de diferentes programas de mejoramiento recurrentes en la transferencia de resistencia a enfermedades a CM334 y descubrieron que el QTL de resistencia a enfermedades no se pierde fácilmente bajo una alta presión de selección. Después de años de arduo trabajo, el equipo de Palloix ha desarrollado excelentes variedades de pimiento morrón con una fuerte resistencia a las enfermedades (comunicación personal). La introducción de estos materiales brinda la oportunidad de mejorar rápidamente el nivel de mejoramiento de la resistencia a las enfermedades en mi país.
Después del rápido desarrollo del "Séptimo Plan Quinquenal" al "Noveno Plan Quinquenal", el cultivo de pimiento de mi país se enfrenta a un nuevo cuello de botella. Esto se debe principalmente a una recolección, identificación, mejora e innovación insuficientes de los recursos de germoplasma del pimiento, lo que resultó en investigaciones de mejoramiento fallidas. Debido a las dificultades de los pimientos transgénicos, el mejoramiento asistido por marcadores moleculares se ha convertido en un importante medio biotecnológico para mejorar la eficiencia del mejoramiento. Sin embargo, a excepción de la restauración de la esterilidad masculina citoplasmática, la tecnología de marcadores moleculares aún no ha desempeñado un papel en la investigación genética sobre la pimienta en mi país. Para fortalecer la investigación sobre la tecnología de marcadores moleculares en el mejoramiento genético del pimiento y la utilización de recursos de germoplasma, todavía queda mucho trabajo básico por hacer, incluido el establecimiento de una biblioteca central de recursos de germoplasma del pimiento chino a través de marcadores moleculares, el establecimiento de un mapa genético de marcadores moleculares, y estudiar las moléculas de rasgos importantes. Mecanismos genéticos y aplicaciones prácticas de la reproducción asistida por marcadores moleculares.
La implementación de estas tareas requiere aprender de los resultados de investigaciones avanzadas en Estados Unidos, Francia, Israel y otros países, prestando mucha atención a los últimos avances en genómica de otros cultivos de solanáceas como tomates, patatas y tabaco. También requiere pimiento nacional. investigación de recursos de germoplasma, investigación de biología molecular y mejoramiento Colaborar entre unidades de investigación y establecer un sistema de investigación innovador que se pueda disfrutar.