含糖马铃薯杂交种抗寒性的筛选茄属植物raphanifolium种质资源

摘要

马铃薯是人类食物中不可缺少的一部分。人们已经筛选了许多野生和栽培马铃薯亲缘，以找到提高产量和质量的最佳种质，但现有生物多样性中只有一小部分得到了开发。大多数野生亲缘是自交不亲和的二倍体。遗传变异存在于种群内部和种群之间，甚至一个物种内部。因此，有必要对具有兴趣特征的个体进行精细筛选。这项研究是为了量化耐冷诱变的表型变异性，这是一个重要的加工性状。对从4个温室试验和1个大田试验收获的薯片冷藏后的5个科进行了薯片(脆)颜色评价。这些家族是通过一个二倍体无性系与一个野生马铃薯亲缘种的5个植株杂交产生的茄属植物raphanifolium．方差分析表明，对冷诱导甜味剂的抗性依赖于家族和试验。本研究强调了在马铃薯改良中精细筛选个体的重要性。

1.介绍

在世界上大多数马铃薯生产地区，这种作物通常在很短的时间内收获，但全年都被食用。因此，大部分土豆作物在运输到包装设施和加工厂之前都要储存起来。马铃薯块茎在贮藏期间的代谢稳定性是全世界育种计划的主要性状目标之一[1- - - - - -5]．土豆需要全年冷藏，以保持对行业的持续供应，低温(<8°C)储存是有益的，因为它减少细菌腐烂，减少水分和干物质损失，并防止发芽，而不需要添加发芽抑制剂[6]．然而，低温储存会导致还原糖葡萄糖和果糖的积累，这一过程被称为冷诱导甜味剂(CIS) [7]．在非光合组织中积累的糖是从淀粉降解途径吸收的[8，9]．块茎含糖量受源(叶)和库(块茎)组织中碳水化合物代谢酶的丰度和活性以及源组织中蔗糖的通量的影响[4]．当经过CIS处理的土豆被加工成薯片或薯片时，高油炸温度会导致还原糖通过美拉德反应与游离氨基酸发生反应，导致产品不可接受的发黑[10]．美拉德反应还会导致可能致癌物质丙烯酰胺的形成[11]．

对马铃薯碳水化合物代谢的研究表明，几种酶有助于低温增甜。在低温贮藏过程中，淀粉分解为蔗糖通常是由udp -葡萄糖焦磷酸化酶和蔗糖-6-磷酸合酶驱动的[5，12]．酸性转化酶将蔗糖转化为还原糖葡萄糖和果糖。轻芯片颜色与低水平的udp -葡萄糖焦磷酸化酶活性之间的关系已被证实[4，6，12]．同样，低酸性转化酶活性与较浅的芯片颜色有关[12- - - - - -16]．然而，QTL研究发现了一些额外的碳水化合物代谢基因和CIS之间的关联。最近，关联遗传学研究表明，编码转化酶和淀粉磷酸化酶基因的DNA多态性与薯片颜色、淀粉含量和淀粉产量有关[17，18]．关联分析发现SNP2746在StLapN基因与芯片质量密切相关[19]．这些遗传研究支持这样一种工作模式，即块茎中淀粉和糖含量的自然变异是由在淀粉和糖代谢中起作用的酶的等位变异控制的[20.]．

利用番茄基因芯片与马铃薯mRNA杂交，可以在马铃薯无性系中鉴定出在冷藏过程中存在差异表达的已知基因和新基因。已知候选基因的转录水平，如转化酶，与糖积累相关[21]．比较蛋白质组分析在鉴别控制块茎品质性状的新候选基因方面已被证明是成功的[22，23]．降低酸性转化酶活性是培育CIS抗性的途径之一。酸性转化酶基因的沉默有效地降低了CIS，从而产生可接受的鱼苗产品[13]．另外，在马铃薯的野生亲缘中也发现了对CIS的抗性。

野生马铃薯品种是马铃薯改良基因的有用来源[1，7，24，25]．野生二倍体种茄属植物raphanifolium与栽培的二倍体马铃薯有性亲和性。它的杂交后代显示出对CIS的抗性[26]．事实上，酸性转化酶活性在携带顺式抗性基因的种质中美国raphanifolium与基因被沉默的克隆一样低[13]．然而,美国raphanifolium大多数二倍体野生种质是自交不亲和的，是通过群体内的互交来维持的。因此，遗传变异在供种内部和供种之间是常见的[24，27- - - - - -30.]．因此，在群体中识别携带感兴趣基因的个体是很重要的。

本研究的目的是对一个种群进行CIS抗性的精细筛选美国raphanifolium．由于野生物种的块茎通常非常小，因此将种群中的个体与无性系杂交，从而产生适合CIS评价的更大块茎的后代。

2.材料和方法

以无性系hap-chc (HC)为母株，与5株菊科植物进行杂交美国raphanifolium男性PI 310998。HC是两者的混合体美国tuberosum二单倍体(US-W730)与马铃薯野生亲缘美国chacoenseπ310998。在以前的工作中，HC x PI 310998杂交种表现出了对冷诱导甜味剂的特殊抗性[13，26]．2009年8月14日播种，三周后移栽48口井，10月5日每户16-48株移栽到10平方厘米的花盆中。它们被种植在威斯康星州阿灵顿的温室里，直到成熟。植物于2010年1月28日收获，并于2月2日放置在4°C的仓库中。6月3日，每科每株切2粒球(贮藏121天);保留两个块茎以维持无性系。这个试验被指定为A1。2010年9月30日，A1试验的每个克隆又在阿灵顿种植了一个块茎。块茎于2011年1月28日从成熟植株中收获。在4℃下保存至6月6日(储存129天)，然后进行芯片处理。 This was trial A2.

A1试验中的35个无性系每个至少产生8个块茎，因此，2010年5月6日，4个块茎被种植在威斯康星州莱茵兰德的田间。随机完全区组设计，每组2个重复。9月10日，每棵植物都被人工收割，并收集块茎。在4.4℃下保存至2011年6月8日，每块地削2个块茎(存贮271天)。这是试验(R)。

2011年9月15日，A2试验中的每个无性系都在威斯康星州麦迪逊的一个温室中种植了一个块茎。成熟植株于2012年3月8日收获，在6°C下储存，直到4月9日，每个无性系切割两个块茎(储存32天)。这是M1审判。每个无性系于4月16日在麦迪逊温室再次种植，7月27日收获，块茎在6°C下保存30天。然后每个无性系割掉两个块茎。这是M2试验。所有的温室试验都使用补充高强度光来支持植物生长，并保持18小时的光周期。在收获前1个月缩短光周期至12小时诱导结节形成。植物在无土泥炭基盆栽混合栽培，每周施肥。每个科的克隆数见表1．存储条件概述见表2．

切片颜色的评估方法是，从块茎横切的中心取1- 2mm的切片，用自来水冲洗，用190°C玉米油煎炸，直到气泡停止。根据国际芯片颜色研究所(克利夫兰，OH)的颜色图表，每个芯片的颜色以0.5的间隔从1(亮)到10(暗)进行视觉评分。

SAS采用一般线性模型进行方差分析(版本9.3;SAS Institute, Cary, NC)。采用Fisher最小显著性差异(LSD)检验进行均值分离．误差方差是齐次的，因此不需要对数据集进行转换。

3.结果与讨论

方差分析显示，家系、试系和试系交互作用对芯片颜色的影响非常显著(见表)3.)．因此，随后的评估考虑了每个试验中的每个家庭，而不是对试验或家庭进行平均。并不是所有的克隆在每次试验中都结瘤，因此每次试验评估的个体数量各不相同。然而，在每次试验中，每个家庭评估的克隆数量相似。许多无性系在田间没有结瘤，所以莱茵兰德试验的个体数量最少。

在每个试验中，方差分析显示家庭()，在除M1以外的所有地点的芯片得分(表4)．块茎标本和复制效果不显著。第15家生产的是轻薯片，而第14家生产的是深薯片。所有5个科都是通过将同一个雌性无性系(HC)与来自一个野生物种的植物杂交而产生的。HC是一种杂合子种间杂种，可以分离CIS等位基因。然而，在这五个家庭中，遗传给后代的等位基因是相同的。因此，家庭之间的差异可能主要是由于来自同一家庭的男性父母之间的遗传变异美国raphanifolium加入。异交种居群中的个体可能是杂合的和异质的。虽然PI 310998是CIS抗性基因的良好来源，但对产生抗性后代比例高的个体的群体进行精细筛选可能是有效的。例如，使用产生家庭15的克隆，而不是产生家庭14的克隆，将使育种者在减少CIS的育种上取得更大进展。有报道对马铃薯的其他性状进行精细筛选[31- - - - - -33]．

最黑的切片由莱茵兰德种植的块茎制成，在4°C下保存271天(见表)4)．无论从温度还是持续时间来看，这都是一个极端的储存环境。马铃薯块茎的长期贮藏对糖和氨基酸浓度有显著的、品种依赖的影响[34]．然而，在这项研究中，9个无性系生产出了具有商业上可接受的颜色的薯片，说明了该种质在马铃薯品种改良中的价值。

由于马铃薯品种是无性系而不是群体，因此对育种家来说，最重要的是确定亲本组合，以便在将野生种质导入育种系时产生大量具有相关性状的后代。然后，在选择表达该性状的克隆后，育种家仍然有大量的个体来选择其他重要的农艺性状。13和15家系的亲本一致产生了至少50%的后代具有可接受的CIS抗性的家系(见表)5)．这些将是理想的亲本，用于育种计划，以提高马铃薯冷藏后的加工质量。

利益冲突

两位作者没有相互竞争的利益。

承认

资深作者的薪水由巴基斯坦高等教育委员会(HEC)提供。

参考文献

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