全 文 ：园 艺 学 报 2011，38（5）：886–892 http: // www. ahs. ac. cn
Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao@126.com
收稿日期：2010–09–25；修回日期：2011–04–06
基金项目：农业部‘948’项目（2008-Z42）；国家自然科学基金项目（30871707）
* 通信作者 Author for correspondence（E-mail：huangsanwen@caas.net.cn）
野生黄瓜代换系的构建
李学峰 1，胡晓文 2，张圣平 1，顾兴芳 1，张忠华 1，黄三文 1,*
（1 中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081；2南昌市农业科学院，南昌 330001）
摘 要：野生黄瓜（Cucumis sativus var. hardwickii Royle）是目前唯一被发现的黄瓜野生变种，具有
抗根结线虫和 CMV 等优异性状，分枝性强，果实为卵圆形，味极苦。利用野生黄瓜品系 PI183967 为供
体材料，栽培黄瓜（Cucumis sativus var. sativus L.）‘新泰密刺’纯系为受体材料，经过 3 次回交和 1 次自
交，创造了一套代换系材料。在回交和自交过程中，利用均匀分布在全基因组上的 62 个 SSR 标记，跟踪
野生黄瓜的基因组片段，共选择出 21 份单片段和 10 份双片段代换系材料，共得到代换片段 41 个。这些
野生代换片段重叠累加覆盖野生黄瓜染色体组 96.81%。这套代换系材料为利用野生黄瓜的优异基因提供
了新的种质资源，也为精确分析黄瓜数量性状奠定了材料基础。
关键词：野生黄瓜；代换系；SSR 标记；种质资源创新
中图分类号：S 642.2 文献标识码：A 文章编号：0513-353X（2011）05-0886-07

Construction of Wild Cucumber Substitution Lines
LI Xue-feng1，HU Xiao-wen2，ZHANG Sheng-ping1，GU Xing-fang1，ZHANG Zhong-hua1，and HUANG
San-wen1,*
（1Institute of Vegetables and Flowers，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China；2Nanchang
Academy of Agricultural Sciences，Nanchang 330001，China）
Abstract：Cucumis sativus var. hardwickii Royle is the only extant wild subspecies of domesticated
cucumber（Cucumis sativus var. sativus L.）. The wild cucumber contains several favorable traits including
root-knot nematodes and CMV resistance，etc. It has a strong branching capability. The fruit shape of wild
cucumber is oval and it tastes very bitter. In this study，we created a set of substitution lines using wild
cucumber accession lines PI183967 as the donor and domesticated cucumber inbred Xintaimici as the
receptor. During the process of backcrossing and self crossing，the wild cucumber genomic fragments were
tracked using 62 SSR markers distributed in the cucumber genome. Subsequently，21 single-segment
substitution lines and 10 double-segment substitution lines were obtained，which in total cover 96.81% of
the wild cucumber genome. These substitution lines provided a new resource for the utilization of genes
from wild cucumber and also the materials basis for the precise genetic analysis of quantitative traits in
cucumber，as well as for the investigation of molecular mechanism of evolution from wild cucumber to
domesticated cucumber.
Key words：wild cucumber；substitution lines；SSR markers；new germplasm resources

5 期 李学峰等：野生黄瓜代换系的构建 887

19 世纪末，英国植物学家 Hooker 于喜马拉雅山南麓的印度北部和锡金等地，首次发现了野生
黄瓜，并将其命名为 Cucumis hardwickii。与栽培黄瓜相比，野生黄瓜具有叶片小、无明显主蔓、分
枝性极强、坐果多、果实小、卵圆形、味苦、刺稀、黑刺、无瘤、不适于食用、抗病和抗逆性好等
特点。育种家将 Cucumis hardwickii 和 Cucumis sativus 杂交，发现杂交完全亲和，正常结实，后代
可育（李锡香，2002）。因此，现在普遍认为野生黄瓜是黄瓜的一个变种（Cucumis sativus var.
hardwickii），可能是栽培黄瓜（Cucumis sativus var. sativus L.）的野生祖先。
染色体片段代换系（Chromosomal segment substitution lines，CSSL）属于永久性分离群体，是
利用杂交、回交、自交和分子标记辅助选择技术建立的一系列近等基因系的组合（郝伟 等，2006）。
理想的代换系是单片段代换系，除了一个代换片段来自供体亲本外，基因组的其他部分全部都与受
体亲本相同。代换系和受体亲本间的任何表现型差异，均可认为由此代换片段引起，因此可被看作
单因素的孟德尔因子，对农作物数量性状进行精细定位更有针对性（王玉民 等，2008）。构建代换
系也是将重要农艺性状从野生近缘种转移到栽培作物中的最佳方法，在丰富作物遗传多样性、提高
作物抗逆性和抗病虫能力、改良品种以及深入分析数量与质量遗传规律、挖掘野生资源的有利基因、
定位与克隆基因等方面有着不可替代的地位（Zamir，2001）。目前已经建成的代换系群体主要集中
于番茄和水稻上（Eshed & Zamir，1994；Aida，1997）。其中番茄是最早用分子标记辅助选择构建
单片段代换系的作物，也是应用代换系进行研究最深入的作物，已经定位了众多重要 QTL（Eshed &
Zamir，1995，1996；Tanksley et al.，1996）。
迄今为止，黄瓜代换系的构建还未有报道。黄瓜基因组测序为构建高密度黄瓜分子标记遗传图
谱奠定了基础（Huang et al.，2009；Ren et al.，2009）。在此基础上，本试验利用野生黄瓜品系 PI183967
为供体材料，栽培黄瓜‘新泰密刺’纯系为受体材料及轮回亲本，结合 SSR 分子标记筛选，经过 1
代自交、3 代回交，选择出 21 份单片段材料和 10 份双片段材料，共得到代换片段 41 个，这些代换
片段叠加后覆盖野生黄瓜染色体组 96.81%。这套材料为深入系统地研究黄瓜遗传变异，挖掘野生黄
瓜的抗逆和抗病虫优异基因以及创新育种材料提供了物质基础。
1 材料与方法
1.1 材料与代换系群体的构建
1.1.1 供试材料
供体亲本为野生黄瓜品系 PI183967（Cucumis sativus var. hardwickii Royle），受体亲本为栽培黄
瓜（Cucumis sativus var. sativus L.）‘新泰密刺’纯系，均由中国农业科学院蔬菜花卉研究所黄瓜课
题组提供。两亲本遗传差异大且杂交后代均可育。供体亲本野生黄瓜 PI183967，叶片小、无明显主
蔓、分枝性极强、坐果多、果实小、卵圆形、味苦、刺稀、黑刺、无瘤，抗病和抗逆性好。
1.1.2 代换系构建过程
采用杂交、回交、自交和分子标记辅助选择相结合的方法（何风华 等，2005），从 BC1 代起利
用 SSR 分子标记进行全基因组检测，直至 BC3 代。经过 GGT 软件分析后，2008 年 8 月，从 BC1 代
79 个株系中挑选出 19 个株系，将其播种后组成 380 株的 BC2 代群体。重复上法，2009 年 3 月，从
BC2 代 380 个株系中挑选出 18 个株系，播种组成 670 株 BC3 代群体。2009 年 10 月，在中国农业科
学院蔬菜花卉研究所北京实验基地将 BC3 代群体自交留种得到 BC3S1 代。2010 年 3 月，从 BC3 代中
挑选出的 31 个株系，播种组成 410 株 BC3S1 代群体，定植于北京市昌平区南口基地。
888 园 艺 学 报 38 卷
1.2 SSR 标记辅助选择与 GGT 软件分析
1.2.1 总 DNA 提取
黄瓜定植后采取各单株嫩叶，采用改进后的 CTAB 法（Jones & Walker，1963）结合 96 孔小量
法分单株提取 DNA。DNA 加水溶解，于–20 ℃保存。
1.2.2 标记来源和 PCR 反应条件
SSR 引物来自国际黄瓜基因组项目设计合成的 2 112 对引物。引物的标记位置、距离均由最新
发表的黄瓜高密度遗传图谱（Ren et al.，2009）上得到。
PCR 扩增体系：15 μL PCR 反应体系含基因组 DNA（10 ng · μL-1）2 μL，10 × PCR Buffer 1.5 μL，
dNTP（2.5 mmol · μL-1）0.2 μL，Taq 酶（5 U · μL-1）0.15 μL，正向、反向引物（50 ng · μL-1）各 1 μL，
其余以 ddH2O 补足 15 μL。PCR 扩增程序：94 ℃预变性 4 min；94 ℃变性 15 s；55 ℃退火 15 s；
72 ℃延伸 30 s；共循环 34 次；72 ℃保温 5 min；16 ℃保存。
1.2.3 SSR 标记多态性检测与产物检测
SSR 扩增产物利用银染法检测：PCR 反应结束后 15 μL 体系加入 3 μL 6 × 加样缓冲液，离心后
用于测序胶电泳分析，用 8%非变性聚丙烯酰胺凝胶在 160 V 恒功率下电泳 2 h。之后参照乐晓萍等
（2001）的方法银染检测，显色后在荧光灯下统计引物多态性数据。
比对父母本带型，PCR 扩增产物带型与‘新泰密刺’一致则记为‘a’，PCR 扩增产物带型与
PI183967 一致则记为‘b’，杂合带型为‘h’，缺失的记录为‘u’。
1.2.4 代换片段长度的测定
按 Young 和 Tanksley（1989）发表的方法计算代换片段的长度。不考虑两个相邻标记区间发生
的双交换事件，当染色体上相邻标记的基因型相同时，认为这两个标记之间的区段由相同的标记基
因型组成；当相邻标记的基因型不同时，就认为这两个标记基因型分别组成这个区间的一半。
1.2.5 基因表型示意图的构建与后代单株选择
把 EXCEL 原始数据转化为 GGT 要求的格式后，导入到 GGT（2.0）版基因型作图软件中，分
析染色体内野生渗入片段大小及其所占基因组的比例，并绘出全部单株基因型图示。再根据得到的
各个单株基因型图示，筛选合适的单株材料。
选择的标准是：入选的单株含有供体的染色体片段尽可能少，同时所有入选单株含有的供体片
段尽可能覆盖整个供体基因组。
2 结果与分析
2. 1 亲本间多态性引物的筛选以及入选标记在染色体组上的分布
选择均匀分布于 7 条染色体上的 140 对 SSR 标记对野生黄瓜品系 PI183967 和栽培黄瓜新泰密
刺纯系进行多态性检测，共获得亲本间有多态性的标记 62 对，亲本间多态性为 44.29%，标记在染
色体上具体的位置（图 1）。62 对 SSR 标记间的平均距离为 8.55 cM，共覆盖了黄瓜染色体组 530.20
cM。其中标记间最小间距为 3.90 cM，最大间距为 23.80 cM，大部分标记间距在 8 ~ 12 cM 之间。
第 1、2、3、4、5、6 和 7 号染色体上分布的标记分别有 10、9、11、7、7、10 和 8 个。有 2 处标记
位置间间距超过了 20 cM，分别在第 2 染色体 ssr00030 与 ssr10064 之间，长度为 23.85 cM；第 6 号
染色体 ssr07183 与 ssr13884 之间，长度 22.72 cM。
这些多态性标记用于随后回交 3 代群体（BC1、BC2、BC3）的基因型分析，其中一对引物的群
体多态性如图 2 所示。
5 期 李学峰等：野生黄瓜代换系的构建 889

图 1 用于选择的标记在黄瓜基因组上具体的位置
Fig. 1 Distribution of markers used for selection in the cucumber genome


图 2 分子标记 ssr22593 用于跟踪野生黄瓜的基因组片段
1 ~ 16：回交群体单株；17：亲本 PI183967；18：亲本‘新泰密刺’；
1、5、8、11、13、16 单株含有野生黄瓜的片段。
Fig. 2 Molecular marker ssr22593 used to track genomic segments of wild cucumber
1–16：Backcrossed lines；17：PI183967；18：‘Xintaimici’；1，5，8，11，13
and 16 carry genomic segments from PI183967.

2.2 BC3 代换片段在染色体组上的分布情况
经过 3 代回交选择，结合标记分析结果在 BC3 代留选了 31 份材料，其中单片段代换材料为 21
份，双片段代换材料为 10 份。这些材料共携带野生代换片段 41 个，代换片段覆盖总长度 1 413.80 cM，
共覆盖野生黄瓜基因组 96.81%，平均每个代换片段长度 34.72 cM。代换系导入片段的数量、大小和
覆盖率见表 1。代换片段在染色体组和代换材料上的具体位置详见图 3。
890 园 艺 学 报 38 卷
7 条染色体导入的片段数不等，导入到 3 号染色体的片段最多为 10 个，7 号染色体的片段最少
为 3 个。平均每条染色体上导入 5.85 个片段。41 个导入片段长度在 5.83 ~ 9.14 cM 之间，其中最长
片段为位于 3 号染色体上，长度为 99.14 cM，最短片段位于 6 号染色体末端，长度为 5.83 cM。还
有两个单片段恰好分别完整覆盖 4 号和 7 号染色体。导入片段重叠后覆盖 1、3、4、6 和 7 号染色体
100%，但是 2 号染色体上有 10.46%的区域（9.65 cM）没有被覆盖到，5 号染色体上有 7.43%的区
域（3.8 cM）未被覆盖。

表 1 BC3 代代换系导入的片段数、大小和覆盖率
Table 1 The number，size and coverage of segment imported in BC3 substitution lines
染色体 Chr. 代换片段数
Number of substitution segments
代换片段总长度/cM
Total length
代换片段覆盖长/cM
Total coverage
覆盖染色体百分率/%
Percentage of coverage
1 6 208.30 90.10 100.00
2 6 191.10 82.55 89.53
3 10 389.90 107.20 100.00
4 4 97.30 32.20 100.00
5 4 141.70 47.40 92.57
6 8 272.60 102.10 100.00
7 3 121.90 55.30 100.00
总计 Total 41 1413.80



图 3 31 份代换系的代换片段在基因组上的具体位置
黄绿色部分（a）代表栽培黄瓜的染色体片段，蓝色部分（h）代表来源于野生黄瓜的染色体片段，
灰色部分（u）代表缺失数据的部分；材料 32 为野生黄瓜 PI183967，
材料 33 为栽培黄瓜‘新泰密刺’。
Fig. 3 Genomic positions of the 31 substitution segment lines
Yellow green bar（a）represents the Xintaimici genome；Blue bar（h）represents wild cucumber genomic segments；
Gray bar（u）represents the part of missing data. 32 represents the genome of the wild cucumber PI183967 and
33 represents the genome of the cultivated cucumber‘Xintaimici’.

5 期 李学峰等：野生黄瓜代换系的构建 891

2.3 BC3 代留选单株上代换片段的特征
图 3 中 31 份材料中来源于野生供体的片段平均占基因组的 8.7%。第 12 号材料基因组含有的野
生片段比例最高为 18.7%，第 27 号材料基因组含有的野生片段比例最低仅为 1.1%。值得注意的是：
第 19 号和第 20 号材料，同是单片段单株并且代换片段完全相同。另外，位于 24 号单株的 4 号染色
体上还有大约 0.1%的基因组片段是不确定的基因型。
3 讨论
在建立染色体片段代换系的过程中，通过引入野生片段，可使轮回亲本（受体）相关性状得以
改良。由于本研究采用生产上广泛应用的‘新泰密刺’为受体亲本，因此与番茄、水稻等作物的代
换系相比，本代换系的优点是可直接用于黄瓜育种及遗传改良。当发现某个代换系材料含特定的优
异基因（如抗病、抗虫等）时，该材料可直接参与品比试验，大幅缩短育种周期。
若在回交过程中不加选择，则野生片段在 BC1、BC2、BC3 代基因组中所占比例的理论值分别为
50%、25%和 12.5%。而本研究中由于采用了分子标记同时进行前景和背景选择，使野生片段在上述
各世代基因组中相应比例降为 47.3%、19.4%和 8.7%。由此可见，在代换系构建过程中利用分子标
记进行辅助选择，可适当提高选择效率。
本代换系材料存在两处野生基因组的缺失区域，它们分别位于 2 号染色体中部和 5 号染色体的
前端。缺失区域含有的基因可能与植物的不育性状有关，因为那些与不育基因连锁的染色体片段难
以代换成功。不过，这些缺失可以通过返回选择来弥补，Eshed 和 Zamir（1994）及 Tanksley 等（1989）
就是通过这种方法获得了番茄完整的代换系。
在建立单片段代换系的过程中，对入选单株的遗传背景进行全基因组检测是非常必要的。Rick
（1969）通过 5 次回交建立了番茄 6 号染色体的代换系，但未进行遗传背景的检测，Weide 等（1993）
在用 RFLP 标记进行分析时发现在另外两条染色体上还有残留的供体片段。曾瑞珍等（2006）在构
建汕稻代换系时，曾经专门对回交各世代候选代换系进行供体残留片段检测，发现残留片段样品率
高达 1.07%。在本研究中也确实发现一些候选单片段代换系中存在残留片段，为保证入选单片段代
换系在进行 QTL 分析时的准确性和可靠性，对于确认的含残留片段的代换系，一经发现，应立即淘
汰。作者为防止入选单株中存在漏检的残留片段，在各回交世代，除对候选代换系的目标片段进行
前景检测外，还对染色体其他部位的遗传背景进行检测。除此以外，本研究将继续筛选标记，将使
标记间平均距离加密到 5 cM 以内，进一步保证检测的准确性。
上述代换系现已播种、定植，经数代自交可获得纯合的单片段代换系，从而使隐性性状得以表
达。同时可进行相关农艺性状的田间调查，结合插入片段信息，可用于重要农艺性状的定位。

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