全 文 ：园 艺 学 报 2012，39（1）：182–190 http: // www. ahs. ac. cn
Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao@126.com
收稿日期：2011–07–15；修回日期：2011–11–14
基金项目：教育部 211 工程师资队伍建设项目资助（SZRC-211-14）
* E-mail：lihuiesh@126.com
葡萄抗病分子育种研究进展
李慧娥*，郭其强
（西藏农牧学院，西藏林芝 860000）
摘 要：近年来分子标记已广泛应用于葡萄辅助育种，大大缩短葡萄抗病育种周期。随着越来越多
的抗病基因被逐渐鉴定分离，转基因定向抗病育种也取得初步成绩。本文中综述了葡萄抗病分子育种近
年来的研究进展及所取得成果，对抗病分子育种中存在的问题进行了分析和讨论。
关键词：葡萄；抗病；分子育种
中图分类号：S 663.1 文献标识码：A 文章编号：0513-353X（2012）01-0182-09

Progress on Molecular Breeding for Grape Disease Resistance
LI Hui-e* and GUO Qi-qiang
（Tibet Agricultural and Animal Husbandry College，Nyingchi，Tibet 860000，China）
Abstract：Marker-assisted selection significantly facilitates breeding of new resistant grape varieties，
which is widely used in recent years. In addition，with identification and isolation of more and more
resistant genes from grape，genetic modification for disease resistance has obtained some preliminary
achievements. Progress and achievements of molecular breeding for grape disease resistance have been
reviewed. Meanwhile，the problems present was also analyzed and discussed.
Key words：grape；disease resistance；molecular breeding

葡萄被用来鲜食、制汁、制干、制酒的历史可追溯到 8 000 年前（Fischer et al.，2004）。近年来
研究发现，葡萄和葡萄产品是绿色抗癌药物白藜芦醇（Res）的最重要来源（Waffo-Teguo et al.，2008）。
包括 Res 在内的葡萄籽提取物已发展成欧美国家的保健品（Polagruto et al.，2007）。
葡萄真菌病害白粉病、霜霉病、黑痘病、白腐病、灰霉病等是世界葡萄生产上的重要病害，可
造成 50% ~ 70%的减产（Kortekamp et al.，2006；Wan et al.，2007；Li et al.，2008；Hvarleva et al.，
2009）。欧洲葡萄（Vitis vinifera）以其优良的品质成为生产中的主栽种，然而其对上述重要病害的
抵抗力较差（Fung et al.，2008）。
生产上控制病原菌的方法高度依赖喷施化学杀菌剂（Hvarleva et al.，2009；Dry et al.，2010），
这不仅为食品安全带来隐患，而且大幅增加生产成本，同时也污染环境。更为严重的是，病原菌对
杀菌剂逐渐产生抗性，从而大大降低杀菌剂的功效（Ferreira et al.，2004；Baudoin et al.，2008）。因
此培育高品质抗病品种在世界葡萄育种中显得尤为重要。
传统育种需要通过对杂交后代表现型进行筛选，此过程耗财费时，且不易选育出既品质好又抗

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病的理想品种（Hvarleva et al.，2009）。20 世纪末分子生物学技术飞速发展为加快葡萄抗病育种进
程带来新的契机。分子生物学技术结合葡萄全基因组序列的运用既可缩短葡萄育种年限，又可提高
定向育种效率，已被葡萄抗病育种研究者重视。
1 分子标记辅助抗病育种
1.1 抗病基因分子标记与遗传作图
遗传连锁图谱的构建有助于早期筛选抗病基因，从而缩短育种年限。同时，分子标记辅助育种
也有利于加快同一基因型中多种性状的整合（Di Gaspero & Cattonaro，2010）。
在过去的十多年中，国内外研究者致力于构建遗传连锁图谱，为寻找与数量性状位点相连锁的
标记做了大量研究。目前已有 RAPD（random amplified polymorphic DNA）、SSR（simple sequence
repeat）、RFLP（ restriction fragment length polymorphism）、AFLP（ amplified fragment length
polymorphism）、SCAR（sequence characterized amplified region）等多种分子标记用于葡萄抗病基因
遗传连锁图谱的构建。
Fischer 等（2004）运用 RAPD、AFLP、SCAR 和 SSR 标记对抗病葡萄‘雷根特’和感病葡萄
‘莱姆贝格’及 153 个杂交后代进行分析后构建遗传连锁图谱，在连锁图谱上分别定位了抗白粉病
与霜霉病 QTL；Welter 等（2007）在此图谱中又检测到一个主效抗白粉病 QTL 和抗霜霉病的主效、
微效 QTL 各一个。此外，Akkurt 等（2007）对‘雷根特’中两个抗白粉病主效 QTL 相关 SCAR 标
记做了鉴定，其与抗病的相关性在其它不同遗传背景种质中也得到证实。Krivanek 等（2006）利用
抗、感皮尔斯病的峡谷葡萄及其杂交后代，采用 SSR 标记定位了一个控制抗皮尔斯病的主效 QTL
（Pierce’s disease Resistance 1，PdR1）。在此基础上，Riaz 等（2009）采用 SSR 标记在 4 321 株后代
中筛选出 1 683 株具有皮尔斯病抗性位点的后代。然而尽管 QTL 分析在遗传连锁图谱中主效抗病位
点鉴定方面被广泛应用，但对于微效抗病位点的鉴定却不是很有效（Kortekamp et al.，2008）。
Kim 等（2008）发现葡萄黑痘病受 1 个显性基因控制，运用 AFLP 和 RAPD 标记对 326 个抗、
感黑痘病葡萄基因型及其杂交后代进行分析后，成功转换成 SCAR 标记 OPB151247，此标记存在所
有被检抗黑痘病的基因型中。Sabir 等（2010）运用 AFLP 对抗生物或非生物胁迫的葡萄砧木基因型
进行分析，发现 19 个基因型高度多态，由此开发的 AFLP 引物组合成为亲缘关系相近葡萄种质鉴定
的有利工具。Merdinoglu 等（2003）鉴定出 20 个与抗白粉病位点 Run1（Resistance to Uncinula necator
1）紧密连锁的标记，基于同一研究群体的抗霜霉病位点 Rpv1（Resistance to Plasmopora viticola 1）
对霜霉病仅具有部分抗性，且与白粉病抗性位点 Run1 共分离。Hoffmann 等（2008）采用 SSR 标记
对抗、感白粉病欧洲葡萄 310 个杂交后代分析发现一对单显性抗性等位基因 REN1（Resistance to
Erysiphe Necator 1）。
Lowe 等（2009）在采用 SSR 标记构建葡萄遗传连锁图谱基础上分析杂交后代群体，发现减弱
或者高重复重组区域的鉴定可为从野生葡萄种中置换抗病基因，获得重组杂交后代，构建大规模高
质量遗传图谱，以及克隆抗病基因提供支持。Di Gaspero 等（2007）基于 5 个优良欧洲葡萄品种杂
交群体构建的图谱是目前密度最高的连锁图谱，其中对 420 个 SSR 和 82 个抗病候选基因标记在两
个分离群体的连锁图进行了定位。
万怡震（2003）采用 RAPD 多态性谱带以“双假测交”为理论依据，以中国毛葡萄与欧洲葡萄
及其杂交后代为材料，对抗病主效基因进行了分子遗传作图与定位研究，结果表明，葡萄白粉病和
霜霉病抗性遗传均由一对主效基因和若干微效基因共同控制，且抗白粉病、霜霉病、炭疽病和白腐
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病的主效基因分别位于不同连锁群。王跃进等（2000）以毛葡萄与欧洲葡萄的杂交群体为试验材料，
获得了两个与葡萄抗黑痘病基因连锁的 RAPD 标记。徐炎等（2003）以刺葡萄与欧洲葡萄种间杂交
组合后代，以及刺葡萄自交后代为试材，获得了 1 个与中国野生葡萄抗白腐病基因连锁的 RAPD 标
记 OPP09-760，并在中国野生葡萄 8 个种的 32 个株系及欧洲葡萄 16 个品种中得到验证，随后将此
标记转化为 SCAR 标记。西北农林科技大学以中国野葡萄与欧洲葡萄及其 F1 和 F2 代为试材，从感
病欧洲葡萄中获得了感白粉病基因、抗黑痘病基因和抗霜霉病基因的 RAPD 标记，现已用于抗病育
种研究（张剑侠 等，2008，2009，2010；张艳艳 等，2008）。
1.2 基于 BAC 文库和物理图谱的其它抗病基因标记
葡萄遗传图谱与物理图谱的整合有利于锚定 BAC 克隆，分离 QTL，以及图位克隆抗病候选基
因（Hvarleva et al.，2009）。Velasco 等（2007）发现在所有葡萄连锁群中，27 个非寄主抗性和抗病
同源基因均匀分布，但参与抗病信号途径同源基因则更多的位于第 14、15 和 19 连锁群中（Velasco
et al.，2007）。
抗病基因同源类似物（Resistance Gene Analog，RGA）是不同植物中参与多种病原菌防御反应
的大基因家族，被认为涉及参与激活病原菌识别的信号传导，从而控制防御反应开关。Di Gaspero
和 Ciprianni（2002，2003）首次从葡萄中分离了 RGA 基因家族成员。Welter 等（2007）发现两个
RGA 来源的标记与霜霉病抗性 QTL 共定位。Donald 等（2002）发现在连锁群上，大量 AFLP、SSR
和 RGA 标记均与 Run1/Rpv1 位点连锁。其中有的 RGA 位于已定位的 Run1 位点之中，与已鉴定的
霜霉病 QTL 共定位（Scott et al.，2000；Donald et al.，2002；Fischer et al.，2004；Barker et al.，2005；
Akkurt et al.，2007；Dry et al.，2010）。全基因组分析表明，83%的 RGA 标记在 7 个连锁群（第 3、
7、9、12、13、18 和 19 连锁群）的个别区域中成簇存在。然而，在欧洲葡萄和非欧洲葡萄中还发
现高水平 RGA 等位基因突变，这种等位基因高度趋异被认为可能是导致葡萄不同抗病性的基础
（Dalbo et al.，2000；Fischer et al.，2004；Barker et al.，2005；Akkurt et al.，2007；Di Gaspero et al.，
2007；Welter et al.，2007）。
大多数已克隆到的 RGA 基因都含有 NBS-LRR 保守结构域，此类基因成簇存在，且常与已定位
的抗性位点紧密连锁（Donald et al.，2002；Di Gaspero et al.，2007；Velasco et al.，2007；Welter et al.，
2007）。黑比诺株系‘ENTAV115’全基因组分析表明，341 个含有 NBS 结构域的基因被鉴定，其中
233 个包含 LRR 结构域，且被分为 5 类：1 类主要包含 TIR-NBS-LRR 结构域和其部分结构域；2 类
和 3 类主要包含 CC-NBS-LRR 结构域；4 类主要包含 NBS-LRR 结构域；5 类主要包含 CC-NBS-LRR
结构域。尽管 NBS-LRR 基因在第 12、13 和 18 连锁群中最丰富，但 NBS-LRR 家族同源基因存在于
所有连锁群中（Di Gaspero et al.，2007）。Kortekamp 等（2008）对葡萄霜霉病诱导表达的包含
CC-NBS-LRR 结构域的候选抗病基因家族进行了分离、鉴定和定位，NBS-LRR 基因在抗、感病葡
萄中都被检测到。已鉴定的几类 NBS 与抗霜霉病 QTL 共定位于第 12 和 18 连锁群，而与抗白粉病
QTL 共定位于第 14 和 15 连锁群。
此外，黑比诺全基因组序列分析表明含有 17 个白粉病抗性基因 O（powdery mildew resistance
gene o，MLO），其中大麦白粉病抗性基因 MLO1 的同源基因定位于第 5 连锁群，除 NBS 和 MLO 基
因外，病程相关蛋白基因（Pathogen Related protein，PR）、白粉病非寄主抗性相关基因和类大麦霉
菌抗性基因也在黑比诺基因组中被定位（Jaillon et al.，2007；Velasco et al.，2007；Feechan et al.，
2008；Winterhagen et al.，2008）。
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2 转基因抗病育种
2.1 病原菌响应基因的鉴定
当病原菌侵染葡萄时，大量相关基因在表达水平上发生变化，这为鉴定和分离抗病基因提供有
力证据。欧洲葡萄接种霜霉菌后，转录因子基因 VvWRKY2 表达被诱导上调（Mzid et al.，2007）。
中国野生华东葡萄接种白粉菌后，转录因子基因 VpWRKY1 和 VpWRKY2 表达同样被诱导上调，其
它 PR、PAL、PPO、OAO、HSP、MT 等基因的表达也发生变化（Xu et al.，2009；Li et al.，2010）。
欧洲葡萄叶片接种白粉菌后，一个编码富含亮氨酸重复序列的丝氨酸或苏氨酸激酶受体，一个 MYB
转录因子，两个泛素化相关蛋白基因的表达发生变化，说明这些基因参与刺激胞内信号转导和调控
抗病反应。此外，参与衰老进程的基因如编码金属硫蛋白、脱氧核糖核酸酶、天冬氨酰蛋白酶、类
枯草杆菌丝氨酸蛋白酶的几个基因也可能参与葡萄与病原菌的互作（Fekete et al.，2009）。
部分基因表达对病原菌入侵的响应在感病和抗病葡萄中不同。当白粉菌入侵时，VvPR-1 基因在
感病葡萄中被诱导表达，但在抗病葡萄中没有变化。相反，VvGLP3 基因在抗病葡萄接种后 16 h 被
诱导表达，但在感病葡萄中没有变化（Ficke et al.，2004）。感病欧洲葡萄叶片接种霜霉菌后 6 h，
VCH3 基因上调表达，24 h 达到最高峰，然后开始下降。VvGLP3 在抗病沙地葡萄中的诱导表达不如
感病葡萄中显著（Bezier et al.，2002）。在健康易感病欧洲葡萄‘雷司令’和抗病河岸葡萄‘戈卢’
（Gloire de Montpellier，Gloire）叶片中检测不到 PR2 的表达，但接种瓜类霜霉菌后，PR2 的表达在
两种葡萄中都被上调。接种葡萄霜霉菌后，‘戈卢’中 PR2 表达上调趋势比接种瓜类霜霉菌延迟出
现，‘雷司令’中依然检测不到 PR2 表达；PR3 和 PR4 在这两种葡萄未接种前呈组成型表达，‘雷司
令’接种葡萄霜霉菌后，PR3 未被诱导，PR4 仅被微弱诱导。用瓜类霜霉菌接种这两种葡萄后，PR3
和 PR4 均被显著诱导，且 PR4 的表达水平均比 PR3 高（Kortekamp，2006）。此外，对抗病欧洲葡
萄和感病夏葡萄接种白粉菌后，EDS1、MAPK、WRKY、PR1、PR10、STS 等抗病相关基因在欧洲葡
萄中被显著诱导表达，但多数基因表达在夏葡萄中未发生变化，表明白粉菌侵染的欧洲葡萄中，参
与合成次生代谢物质的基因被诱导上调表达，但夏葡萄对白粉菌的固有抗性可能与此种诱导机制不
相关（Fung et al.，2008）。对感病欧洲葡萄和抗病中国野生葡萄接种白粉菌后 48 h，表达上调的基
因类别中，有 20%的逆境响应基因上调幅度在抗病葡萄中比在感病葡萄中大（张军科 等，2008）。
除此之外，不同抗病基因在同一葡萄种质中受同一病原菌浸染其表达模式也不同。欧洲葡萄叶
片接种灰霉菌后 6 h，PAL、StSy、PGIP 和 VCH3 基因被诱导表达，VCH1T1b 的诱导表达则延迟到
接种后 24 h（Busam et al.，1997）。欧洲葡萄果实接种灰霉菌后，未检测到 VCH3 表达，PAL 和 PGIP
诱导表达的最高水平出现在果皮褪色且病菌孢子大量产生期，而 StSy 和 VCH1T1b 诱导表达的最高
水平出现在果实严重感染后的皱缩期（Bezier et al.，2002）。欧洲葡萄在接种白粉菌 8 h 后，VvMLO3，
VvMLO4 和 VvMLO17 表达被显著诱导。VvMLO9 起初虽被诱导，但未超过 24 h 就开始下降，说明
VvMLO9 可能未参与第一阶段对病原菌侵染的抵抗（Feechan et al.，2008，2009）。欧洲葡萄接种灰
霉菌后，病原菌响应基因 VvEDS1 表达受诱导，而 VvNHL1 表达被抑制（Chong et al.，2008）。欧洲
葡萄叶片接种白粉菌后，VvChi3、VvGlub 和 VvTl2 被强烈诱导，VvChi1b 表达只在严重感染的叶片
中被诱导。除 VvChi1b 外，果实转色前期受白粉菌侵染，VvChi3、VvGlub 和 VvTl2 与叶片受侵染的
表达模式相似（Jacobs et al.，1999）。
2.2 抗病相关蛋白抑制病原菌生长
抗病相关蛋白对病原菌生长的抑制直接证明其在抗病方面的功能，可为葡萄抗病转基因育种提
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供候选基因。欧洲葡萄接种白粉菌和蔓枯菌后，两个 PR 蛋白的表达强烈上调。离体试验还表明，
这两个 PR 蛋白不仅抑制灰霉菌、蔓枯菌和白粉菌孢子萌发，还显著抑制灰霉菌和蔓枯菌生长
（Monteiro et al.，2003）。葡萄中白橡木阶段转变相关蛋白（Quercus spp. phase-change-related protein）
同源重组蛋白抑制离体葡萄根腐菌的生长，表明其在葡萄抗根腐病过程中起重要作用（Perazzolli et
al.，2010）。VvAMP1 重组蛋白对病原菌表现广泛抗性，尤其对引起萎蔫病的尖孢镰刀菌和大丽轮
枝菌抑制活性非常高（de Beer & Vivier，2008）。葡萄 Res 具有较低的真菌毒性，离体试验表明 Res
能够抑制灰霉菌、霜霉菌的分生孢子萌发。Res 衍生物也参与抑制真菌生长，且活性远远高于 Res
（Adrian et al.，1997；Pezet et al.，2004a，2004b）。
2.3 抗病相关基因遗传转化
将葡萄抗病基因转入模式植物或在同源系统中瞬时表达利于简便、快速鉴定抗病基因功能。欧
洲葡萄的 VvNHL1 基因可能通过促进细胞死亡来提高拟南芥突变体 ndr1 转化植株对灰霉病的抗性
（Chong et al.，2008）。欧洲葡萄转录因子 VvWRKY1 提高转基因烟草对真菌病害抗性，但对病毒的
抗性没有变化（Marchive et al.，2007）。VvWRKY2 则提高转基因烟草对烟草灰霉病、腐霉病、赤星
病的抗性（Mzid et al.，2007）。此外，在 VvWRKY2 转基因烟草植株中，茎和叶柄细胞壁结构及木
质素组成发生明显改变，木质部延迟形成，推测 VvWRKY2 可能还参与提高转基因烟草固有抗性
（Guillaumie et al.，2010）。中国野生葡萄转录因子基因 VpWRKY1 和 VpWRKY2 显著提高转基因拟
南芥对拟南芥白粉病的抗性（Li et al.，2010）。欧洲葡萄 VvNPR1.1 和 VvNPR1.2 在烟草叶片中的瞬
时表达足以诱发水杨酸依赖型病程相关蛋白 PR1 和 PR2 产生，但不能诱发 PR3 产生。而 VvNPR1.1
瞬时表达的葡萄叶片中，VvPR1 在转录水平的表达被霜霉菌诱导强烈上调（Le Henanff et al.，2009）。
中国野生华东葡萄 VpGLOX 瞬时过表达的叶片对白粉病抗性增强（Guan et al.，2011）。欧洲葡萄 VST1
瞬时过表达的叶片对霜霉病抗性增强（Santos-Rosa et al.，2008）。
世界葡萄生产的主要病害是白粉病和霜霉病，引起这两种病害的病原菌均为专性寄生。因此，
葡萄基因在其它模式植物中的功能验证未必能准确揭示其在葡萄中的抗病功能（Dry et al.，2010）。
葡萄瞬时转化技术虽可以用于验证抗病基因功能，但并不知其是否可以被稳定遗传（Santos-Rosa et
al.，2008；Le Henanff et al.，2009；Li et al.，2010；Guan et al.，2011）。尽管葡萄遗传转化一直是
基因功能验证的主要障碍，但它仍是抗病基因功能验证的可靠前提（Barker et al.，2005）。
截止 2002 年，葡萄转基因抗病育种涉及真菌、细菌和病毒病抗性（Vivier & Pretorius，2002）。
近几年，转基因抗病育种又有新的发展。欧洲葡萄 VrERE 转化冬葡萄和沙地葡萄杂交后代的植株中，
VrERE 活性不受外源毒素影响被显著提高，而对照植株 VrERE 活性则被外源毒素显著抑制，表明
VrERE 能有效提高葡萄抗毒性（Legrand et al.，2003）。环形抗菌肽基因及植物筛选标记基因质粒共
转化，或单独线性抗菌肽基因卡盒转化欧洲葡萄后，转基因植株对冠瘿病的抗性大幅提高，但对白
粉病抗性仅有小幅提高（Vidal et al.，2003，2006a，2006b）。中国野生葡萄 STS 转化欧洲葡萄后，
转基因植株中的Res含量比对照显著增加，这可能有助于提高转基因植株的抗病性（Fan et al.，2008）。
然而，PR、几丁质酶（chitinase）和核糖体失活蛋白（ribosomeinactivating protein）基因转化的欧洲
葡萄植株在大田条件下并未表现出对白粉病及霜霉病抗性增强（Bornhoff et al.，2005）。
启动子是调控基因表达过程中转录因子结合的重要 DNA 序列，它与转录因子一起决定下游基
因表达的时间、类型、水平和组织器官特异性等。尽管组成型启动子能够不受时空及环境影响启动
外源基因在转化植株中高效表达，然而正常环境下细胞内过多表达抗逆蛋白不仅是一种能量浪费，
还可能抑制植物正常代谢，从而导致发育异常或造成其它负面影响（Bendahmane et al.，2002；Ferreira
et al.，2004）。例如，PR 有可能提高转基因葡萄的抗病性，但果实中过多积累此类蛋白则影响葡萄
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酒品质（Ferreira et al.，2004）。因此，病原菌诱导型启动子的鉴定与应用已逐渐被重视。中国野生
华东葡萄芪合成酶基因启动子活性在瞬时转化的葡萄叶片中，受白粉菌诱导上调报告基因表达。这
类病原菌诱导型启动子将为抗病基因载体构建提供候选启动子序列（Xu et al.，2010）。此外，包含
‘内源启动子—RGA 基因序列—内源终止子’的片段利用为鉴定 RGA 对特定病原菌的抗性功能提
供方便，也将为定向创制转基因抗病葡萄种质提供新思路（Dry et al.，2010）。
3 问题与展望
尽管大量标记和抗病相关基因的分离为葡萄抗病分子育种提供诸多便利（Hvarleva et al.，2009），
但仍然缺乏有效实用的抗病基因分子标记、抗病基因以及高效的遗传转化体系。其中，遗传转化效
率过低已成为葡萄分子抗病育种快速发展的制约因素，目前如何提高转基因效率显得尤为迫切。此
外，通过转化单一外源基因，或杂交辅助分子标记育种整合抗病位点，只能从一定程度上提高对病
原菌的抗性，很难达到高效抗病的目地。葡萄抗病育种周期相对长，生产上品种更替时间也长，病
原菌以惊人的速度变异成新的生理小种从而可能对新品种产生抗性。因此，利用分子标记整合抗病
位点并结合病原菌诱导型启动子启动多个外源抗病基因表达的转基因技术，可能是从根本上提高葡
萄广谱、持久抗性的快速有效途径。

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