doi ：10.19928/jki.1000-6346.2021.2012
和平硬度刘富中1 舒金帅1 张 映1 陈钰辉1 连 勇1 田时炳2
（1中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京100081；2重庆市农业科学院蔬菜花卉研究所，重庆 400716）
摘 要：“十三五”期间，我国茄子遗传育种研究取得了重要进展，选育和创制出一批优异的新种质和育种材料，培育出一批适应市场消费需求和不同生态类型的茄子新品种，茄子全基因组测序研究处于国际先进水平。本文系统总结了“十三五”（2016—2020年）期间我国茄子在应用基础研究、育种技术研究、种质创新和新品种选育等方面取得的重要进展，分析了存在的主要问题，探讨了未来的发展方向。关键词：茄子；遗传育种；育种技术；新品种；综述 究处于国际先进水平。茄子全基因组序列图谱进一步完善，为解析重要性状的驯化选择和调控的分子机制研究奠定了良好基础。Li 等（2019a ）通过PacBio 和Hi -C 测序技术在染体水平上组装了茄子栽培种桂茄1号（S . melongena ）高质量参考基因组，分析表明茄子基因组中646个特异性家族和364个正
向选择基因赋予茄子独特性状；茄子和辣椒基因组中存在细菌性斑点病抗性扩展基因家族，而番茄和马铃薯基因组中没有；茄子、番茄和马铃薯基因组中存在高度相似的多酚氧化酶基因的染体分布模式。Song 等（2019）组装了野生茄S . aethiopicum 基因组草图，从65份S . aethiopicum 和S . anguivi 材料重测序数据中鉴定出18 614 838个SNPs ，其中34 171个位于抗病基因内，揭示了参与耐旱性主动选择基因；Wei 等（2020a ）结合Illumina 、Nanopore 、10×基因组测序技术和Hi -C 技术组装了茄子栽培种HQ -1315（S . melongena -HQ ）高质量参考基因组，对部分基因家族进行了功能注释，公布了茄子HQ -1315基因组访问网站（http ：//eggplant -hq ）。不同茄子基因组间存在SNP 、InDel 和SV 3种类型变异，且蛋白编码基因潜在调控区域存在不对称SV 积累。以上研究结果丰富了茄子全基因组序列变异数据库，为茄子规模化的基因挖掘和遗传改良工作及SNP 、InDel 分子标记开发奠定了基础，为茄科植物的比较基因组学和进化研究提供了重要的数据 资源。
刘富中，男，博士，研究员，专业方向：蔬菜遗传育种，E -mail ：收稿日期：2021-01-11；接受日期：2021-03-02
基金项目：国家重点研发计划项目（2016YFD0100204，2017YF0101901），中国农业科学院科技创新工程项目（CAAS -ASTIP -IVFCAAS ），中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（Y2020GH01-2），农业农村部园艺作物生物学与种质创制重点实验室项目
茄子（Solanum melongena L.）是一种重要的蔬菜作物，在我国各地均有种植，2019年栽培面积为78.30万hm 2
，占世界总栽培面积的42.37%（FAOSTA T ，http ：// ）。近年来，随着我国设施种植面积的不断增加，茄子已成为我国北方设施栽培的主要蔬菜种类之一。“十三五”期间，在国家重点研发计划、国家自然科学基金、大宗蔬菜产业技术体系，以及各省市创新团队和科技计划项目的支持下，我国茄子在基因组结构解析、优异基因挖掘及利用、育种技术研究、种质资源创新和新品种选育等方面取得了重要研究进展。获得省部级科技奖9项，授权国家发明专利37项，培育出88个优质、适应性强的茄子新品种，其中获植物新品种授权品种8个，省（市）审定、认定或鉴定品种18个，对茄子重要农艺性状基因进行了克隆或定位，并开发了可用于辅助选择的分子标记，显著提升了我国茄子遗传育种的水平。
1 茄子基因组学研究取得重要进展
大卫波德维尔
“十三五”期间，我国茄子全基因组测序研
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2 克隆和定位了一批控制茄子重要性状相关的基因/QTL
2.1 品质性状
2.1.1 花苷 我国消费者对茄子果实和果萼外观颜的要求有极强的区域性。果皮颜和果萼颜是茄子品质育种的重要目标性状，茄子商品果果皮颜有紫黑、紫红、紫、绿等多种类型，果萼颜主要有紫和绿两类。果皮颜是由多基因控制的数量性状。2对上位性效应基因（D和P基因）控制白皮果的遗传（孙保娟等，2019）。果皮颜同时受光照、温度等环境条件的影响，定位控制茄子果皮颜的基因，获得与茄子果皮颜连锁的标记，解析茄子果皮的着机理一直是茄子分子育种研究的重点和难点。
花青苷在茄子果皮和果萼颜形成过程中起主要作用，而且具有很高的营养保健价值。研究者基于转录组测序分析和同源克隆鉴定出多个与花青苷合成相关的基因：SmCHI、SmF3′H、SmANS、SmCOP1、SmCHS、SmDFR、F3′5′H、SmMYB1、SmbHLH1、SmbHLH117、SmBIM1、SmAP2、SmHD、SmMYB94、SmMYB19、SmTT8、SmYABBY、SmTTG2、SmMYC2、SmUFGT，并对其调控网络的分子机理进行了初步研究（刘卫等，2017；Tian et al.，2019；Xiao et al.，2019；Wu et al.，2020；Zhou et al.，2020）。
分析茄子花苷生物合成途径中的部分基因在高温下的表达模式和组织表达特性表明，高温下调茄子花苷生物合成途径中的大多数基因，如BHLH62、MYB380、CHI3、CHI、CCOAOMT、AN3、AC T-2、HST、5MA-T1、CYP75A2、ANT17、RT、P AL2、CHS5、CHS6、CHS7和花苷5-芳香族酰基转移酶基因，而CHSB、PHL11和bHLH35、CHS4则呈上调趋势（Zhang et al.，2019；Wu et al.，2020）。花苷合成相关基因SmPAL、Sm4CL、SmAN11、SmCHS、SmCHI、SmF3H和SmDFR以及结构基因SmF3050H和SmANS在不同组织中表达，CHI、F3H、F3′5′H、DFR、3GT和bHLH1在花和果皮中表达（Li et al.，2018；Wu et al.，2020）；bHLH在不同组织及各种光照和温度条件下的表达具有组织特异性，受组织发育和差异代谢调控（刘卫等，2017；Tian et al.，2019）。
茄子中的花青苷分为光敏型和非光敏型，其合成的信号通路均不明确。基于转录组数据研究光调控茄子花苷生物合成的分子机制，结果显示869个基因参与了光诱导的花苷生物合成，包括SmMYB35、SmMYB44、SmMYB86、MYB113和TT8等转录因子及感光细胞；花苷生物合成的结构基因、转录因子、感光体和光信号转导元件可能是花苷生物合成途径中的关键调控因子，SmCHI、SmF3050H、SmDFR和SmANS的表达完全依赖于光，SmCRY1、SmCRY2和SmHY5在光照下上调表达，而SmCOP1下调表达；22个转录因子和4个光信号转导元件可能是非光敏茄子中暗调节花苷合成的关键因素（Jiang et al.，2016a，2016b；Li et al.，2018；张君豪等，2019；He et al.，2019）。
2.1.2 VP和抗坏血酸 茄子是一种富含VP的蔬菜，具有较好的保健医疗功效。茄子中VP含量为数量性状，高VP含量受具有加性效应的1个或2个显性主基因调控，但主基因遗传力较低，而控制低VP含
量的主基因遗传力较高（Dong et al.，2020）。同源克隆2个茄子VP合成途径中的相关酶基因（SmFLS、Sm4CL），qRT-PCR分析结果表明，SmFLS在茄子果肉和果皮中的表达量显著高于在根、茎、叶中的表达量，Sm4CL在根、茎、叶、果皮、果肉中的表达量无显著差异（Dong et al.，2020）。
抗坏血酸（AsA）是高效抗氧化剂，有益于人体健康，研究表明光照能促进茄子果皮中AsA 积累。Jiang等（2018）同源克隆了L-半乳糖途径7个相关基因SmGMP、SmGME1、SmGME2、SmGGP、SmGPP、SmGalDH和SmGLDH，其中SmGME2、SmGGP、SmGPP、SmGalDH和SmGLDH的表达水平与AsA含量呈显著正相关。
2.2 果实性状
果实是茄子的产品器官，果实形状、大小、果皮颜、单性结实及果实发育等是茄子遗传育种研究的重点。选育低温下单性结实的无籽茄子品种是茄子耐低温和品质育种的重要目标性状。单性结实种质资源评价、基因挖掘克隆和形成分子机理研究一直是茄子育种研究的热点。
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堂堂网>导电母粒
试验证明SmARF8基因表达的沉默可以产生单性结实（Du et al.，2016），SmARF7和SmIAA9基因在茄子单性结实和非单性结实品系中的表达存在差异（张立慧，2016）；郭亚鹤等（2018）获得低温条件下茄子单性结实和非单性结实自交系间表达量具有显著差异的109条EST序列，明确了其参与的代谢途径；Chen等（2017）在天然单性结实和两个非单性结实茄子品系中鉴定出506个差异表达基因；刘富中等（2019）利用VIGS技术证明SmAGPP基因正调控茄子坐果和果实发育，其蛋白定位在细胞质中。
Liu等（2019）基于219个SNP通过全基因组关联分析确定了SUN和OVATE同源物附近5个SNP在控制果实形状方面具有保守功能。Wei 等（2020b）在E03染体71.29～78.26 Mb检测到1个控制果实长度的QTL区域，SUN基因家族Smechr0301963为调节茄子果实长度的关键候选基因。耿树文等（2018）研究表明，茄子果顶形状为数量性状，受2对加性-显性-上位性主基因和环境共同调控，F2体中主基因遗传率为72%。潜宗伟等（2019）获得3个与萼片刺形成相关的候选基因SmCKX、SmSTS和SmF AR。
2.3 抗病虫性
青枯病是我国南方地区茄子生产的主要病害。茄子对青枯病的抗性遗传机理较为复杂，不同的抗性材料在抗性遗传机制上存在差异。李涛等（2019）研究发现，茄子06112的青枯病抗性受2对主效基因控
制，符合加性-显性效应模型，以加性效应为主，并获得了8个青枯病抗性相关QTL，其中EBWR2和EBWR9为主效QTL，EBWR2b位于2号染体69.766～76.262 cM之间。重庆市农业科学院研究表明，抗青枯病材料E-31的抗性受2个核显性基因控制。MKK2、MAPK6、P AD4、NPR1、SGT1、TGAGluA、WRKY70、SmEDS1、SmPUB和SmMYB44等基因在茄子青枯病抗性反应中起正向调控作用，SmNAC、MAPK3、MAPK4、NDR1、EIL1、EIN2和JAR1等可能未参与或起负向调控作用，青枯病抗病调控可能主要依赖于水杨酸（SA）调控途径（肖熙鸥等，2016；Chen et al.，2016；Qiu et al.，2019）。转录因子SmMYB44正向调控亚精胺合成基因SmPDs的表达，可以提高茄子抗青枯病能力（Qiu et al.，2019）。通过转录组测序获得了不同青枯病抗、感材料接种病原菌前后的差异表达基因，并明确了其表达特征和参与的代谢途径（Chen et al.，2018；衡周等，2019）。接种病原菌前后抗病材料差异基因主要富集在苯丙素类生物合成途径、氨糖和核糖代谢途径以及亚麻酸代谢途径，感病材料差异基因主要富集在缬氨酸、亮氨酸和苯丙素类生物合成途径以及亚麻酸代谢途径；抗感材料间差异基因主要富集在苯丙素类生物合成途径、氨糖和核糖代谢途径以及淀粉和蔗糖代谢途径。
此外，在野生近缘种托鲁巴姆（Solanum torvum）中克隆了参与黄萎病抗性反应的StWRKY1基因（李笑等，2017）和抗根结线虫Mi基因（杨旭等，2016a）。
2.4 抗非生物胁迫
杨旭等（2017）用196个SSR标记对219份茄子材料进行关联分析，在8条染体获得与耐涝性紧密关联的27个标记，各标记贡献率范围为2.16%～14.48%，贡献率最高的是位于E01连锁的标记emg21B11。茄子SmMnSOD基因可能与抵御渗透性胁迫和干旱胁迫相关（徐龙等，2016）。Peng等（2016）从茄子栽培种及野生种S. richardii 中分别鉴定出参与干旱和热胁迫反应的亚精胺羟肉桂酸转移酶基因SmSHT和SrSHT。
Li等（2016，2019b）利用比较转录组学的方法研究了盐渗透性胁迫下茄子的差异表达基因，发现茄子响应盐胁迫存在基因型和器官特异性模式，克隆了茄子耐盐相关基因SmAKT1及其调控因子家族基因SmCBLs和SmCIPKs，探究了SmCBLs和SmCIPKs之间的互作网络，明确CBL-CIPK复合物在茄子耐盐过程中发挥着重要作用，初步解析了茄子耐盐的基因调控网络。
Zhou等（2018）鉴定了3个冷应答途径关键基因SmCBF1、SmCBF2和SmCBF3，冷胁迫、干旱、高盐度和ABA处理均诱导SmCBF1、SmCBF2和SmCBF3呈相似表达模式。朱宗文等（2020）基于转录组测序分析了低温诱导下茄子差异表达基因，其主要存在于生物调节过程、细胞过程、代谢过程和单有机体过程中，上调差异表达基因主要富集在细胞过程、环境信息处理、遗传信息处理和新陈代谢中。
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高温胁迫下茄子差异表达基因，主要涉及代谢途径、激素信号转导和内质网蛋白加工通路等，HSPs（SmHSP 21、Sm17.6 HSP、Sm22.7 HSP、SmHSP 70、SmHSP 70-8和SmHSP 80等）、HSFs （SmHSF A-7a、SmHSF B-2）和SmWRKY53等响应高温胁迫（孙保娟等，2018；尚静等，2020；Zhang et al.，2020a）。上海市农业科学院利用全基因组测序的BSA方法筛选得到与茄子耐热性状相关的130个候选基因，位于11号染体上1.5 Mb （102.22～103.72 Mb）的物理距离内，筛选得到了与耐热性状相关的9个KASP标记（未发表）。此外，SmeHsfs对冷、热、盐和干旱胁迫均有响应，在提高非生物胁迫的耐受性方面发挥着重要作用（Wang et al.，2020）。
2.5 雄性不育
随着制种成本的增加，雄性不育突变体将在茄子一代生产中发挥重要作用。研究者们先后同源克隆了茄子核不育基因SmLOX、SmDAD1、SmCOI1、SmJAZ1、MYC2和SmOPR3，分析表明其参与调控茄子花药开裂过程，SmLOX和SmCOI1基因在不育系中的表达量低于可育系，而茉莉酸途径基因SmJAZ1和SmOPR3在可育系中上调表达，SmDAD1启动子序列含有多个与植物发育及逆境应答相关的顺式作用元件，且受茉莉酸甲酯（MeJA）、脱落酸（ABA）、水杨酸（SA）、赤霉素（GA）、生长素（IAA）和1-氨基环丙烷-1-羧酸（ACC）诱导；蛋白质分析表明SmCOI1与SmOPR3直接互作，SmCOI1与SmJAZ1不互作（张少伟等，2019，2020；Zhang et al.，2020b）。
Li等（2019c）利用RNA-seq和BSA-seq技术分析茄子天然突变温敏核雄性不育（rTGMS）系05ms的败育机理，发现差异表达基因主要涉及植物激素信号转导、淀粉和蔗糖代谢、苯丙烷生物合成途径；并鉴定了2个rTGMS相关候选基因4CLL1和CKI1，推测rTGMS花药败育模型为CKI1响应低温胁迫，并引起与花药发育相关基因表达变化和绒毡层细胞结构异常，从而导致雄性不育。Yang等（2018）利用RNA-seq技术和蛋白组技术鉴定了茄子CMS不育系EP26A和保持系EP26在花蕾3个发育时期中的差异表达基因，发现差异表达基因主要富集在氧化还原、糖和氨基酸代谢、转录调控等途径。
2.6 种间杂交
从分子水平研究种间对于挖掘和转育野生近缘种中的抗病抗逆基因具有意义。Li等（2020）分析了茄子栽培种和野生种（S. aethiopicum）自交和杂交4 d和6 d后子房的转录组数据，在栽培种和种间中鉴定出22 311个差异表达基因，所有授粉组合中共有497个差异表达基因在植物激素转导、细胞衰老、代谢和生物合成途径中富集；种间中差异表达基因涉及次级代谢过程、苯丙氨酸代谢过程和羧肽酶活性，对照栽培种中差异表达基因涉及木葡聚糖代谢过程、生长素激活信号传导途径、细胞壁多糖代谢过程和木糖葡糖基转移酶活性。推测包括AP2-ERF、MYB、bHLH和B3家族成员在内的1 683个转录因子可能在自交和杂交中发挥重要作用。研究结果初步解析了茄子种间杂交的基因调控网络，有助于了解茄子栽培种和野生种种间杂交生殖障碍机理，为克服种间后代不育提供技术支撑。
3 重要育种技术体系进一步优化和建立
种质创制、分子标记辅助育种等关键育种技术的建立，是提高育种效率的基础。“十三五”期间，茄子细胞工程育种技术得到了进一步优化和完善，建立了茄子离体快繁再生技术体系，分子标记辅助育种技术开始用于育种材料的鉴定和筛选，优化和建立了基因功能研究技术体系，为育种材料的创制和新品种的选育提供了重要技术支撑。
金东进3.1 细胞工程育种技术
在细胞工程育种技术领域，茄子花药培养技术、小孢子培养技术和体细胞融合技术进一步优化和完善。不同基因型茄子花药培养获得的愈伤组织诱导率差异较大，将花药培养获得的愈伤进行再生植株诱导，不定芽诱导率从10.5%提高到50%（鲍生有等，2017）。通过对小孢子培养条件、培养基成分和培养方式进行改进和优化，显著提高了茄子小孢子愈伤组织的诱导率和分化率，愈伤组织诱导率达27.2%，不定芽分化率从7%提高到39%，但不同基因型间差异较大，白肉紫红圆茄愈伤组织较易诱导产生不定芽，分化率达69%，绿茄和绿肉紫
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黑圆茄为56%，紫萼长茄为7%，绿萼长茄最难诱导分化（王利英等，2016；朱朝辉等，2020）。通过对酶解最适时间、电融合参数研究，建立了野生蒜芥茄（S. sisymbriifolium）和水茄（S. torvum）的体细胞融合技术体系（郭欢欢等，2019）。
3.2 茄子离体快繁再生技术
茄子开花至果实生理成熟需50～60 d，在果实成熟期常因病害等导致植株死亡或果实腐烂，无法收到种子，导致育种材料丢失。茄子未成熟种子成苗技术（陈钰辉等，2020）、枝条扦插（崔香等，2017）和微快繁技术（乔军等，2016）的建立，为解决该问题提供了技术支撑，可用于茄子种质资源的保存和快繁。
3.3 重要性状分子标记的开发
茄子基因组序列图谱的进一步完善，为在全基因组水平上规模化开发第3代SNP、InDel分子标记，建立高通量分子标记辅助育种技术体系及种质资源的分子评价奠定了良好基础。开发了基于茄子基因组重测序的SNP、InDel标记，基于转录组测序的SSR标记，并已应用于茄子指纹图谱构建、遗传多样性分析和茄子品种纯度鉴定中（魏明明等，2016；吉康娜等，2019；Liu et al.，2019；曾美娟等，2020）。中国农业科学院蔬菜花卉研究所、上海市农业科学院、武汉市农业科学院、重庆市农业科学院和华南农业大学等单位分别开发了抗青枯病、抗枯萎病、耐热、果皮颜、果萼颜InDel标记和C汉字输入码
APS标记。抗青枯病的InDel标记EP1853、EP1856和EP1869，可用于抗青枯病基因BW2的鉴定，果CAPS标记col2可用于非光敏茄子中果基因的鉴定，果萼颜CAPS标记Sme2.5_24 887.1鉴定绿萼片的准确率为71.7%，SNP标记SmemboI-1和SmemboI-2及2个SSR标记可分别用于茄子品种紫龙3号和迎春4号的种子纯度鉴定。
3.4 转基因技术
茄子遗传转化体系进一步优化和建立。对茄子VIGS技术体系中的温度、接种苗龄和目的基因片段长度等因子进行了进一步优化，建立了茄子VIGS技术体系。在昼夜温度25 ℃/20 ℃，16 h光周期条件下，25 kPa压强下真空抽气2 min渗透侵染露白后2～3 d的种子能够获得最佳沉默效率，且在不同基因型茄子中沉默效率均较高（刘军等，2018）。以经过改造的烟草脆裂病毒（tobacco rattle virus，TRV）载体PYL156 为工具，目的基因沉默片段大小为200 bp左右，昼夜温度为（25 ± 3）℃/（20 ± 2）℃时，采用叶片注射法侵染茄子幼苗子叶，植株沉默效果明显（齐东霞等，2018）。该技术已用于SmIAA19、SmMsrA、SmAGPP等基因的功能研究及茄子抗青枯病的分子机理研究，为茄子的功能基因组学研究提供了技术平台。目前茄子遗传转化体系是基于组培的农杆菌介导法，以子叶和下胚轴为外植体，但不同基因型茄子愈伤诱导、不定芽再生和转化效率差异较大，建立适宜不同基因型的遗传转化体系是提高茄子基因功能研究和基因编辑等分子育种效率的基础。对不同类型茄子的子叶和下胚轴培养基条件进行了进一步的探究，再生频率和遗传转化率显著提高。栽培茄子叶的再生效果优于下
胚轴，子叶的出愈率和出芽率均达100%；最优愈伤和不定芽分化培养基为MS + 2 mg · L-1 ZT + 0.1 mg · L-1 NAA + 30 g · L-1蔗糖+ 7 g · L-1琼脂，最优不定芽伸长培养基为MS + 30 g · L-1蔗糖+ 7 g · L-1琼脂，伸长率可达93%；子叶再生频率最高可达0.93（姜悬云等，2018）。建立了红茄（S. integrifolium Poir.）再生体系，子叶和下胚轴的出愈率达100%，诱导愈伤组织的最佳培养基为：MS + 0.2 mg · L-1 NAA + 1.0 mg · L-1 6-BA；下胚轴的愈伤组织出芽率为25.00%～38.89%，明显高于子叶愈伤组织的出芽率，不定芽诱导最佳培养基为MS + 0.3 mg · L-1 IAA + 2.0 mg · L-1 6-BA；不定芽生根最佳培养基为1/2MS（杨旭等，2016b）。以栽培茄三月茄子叶作为外植体，遗传转化率从6.08%提高到11.02%，下胚轴作为外植体遗传转化率提高到4.38%（胡鑫等，2020），相继获得了SmMsrA 等系列基因的转基因植株，为基因功能研究和基因编辑等分子育种技术奠定了基础。
4 种质资源评价与创制
“十三五”期间，我国主要科研单位在茄子种质资源评价与创制方面重点开展了茄子种质资源遗传多样性分析、地方品种鉴定、高营养品质和优异株型种质挖掘、抗病抗非生物胁迫（低温、高温等）资源的鉴定评价，筛选和培育了一批优异的茄子种
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