全 文 ：武汉植物学研究 2004，22(6)：486~494
Journal o| Wuhan Botanical Research
中国板栗与美洲栗杂种抗性遗传标记
脱氢酶(SKD)的遗传分析
李作洲，黄宏文
(中国科学院武汉植物园，武汉 430074)
莽草酸
摘 要 ：采用超薄平板聚丙烯酰胺等电聚焦技术和单株家系、杂交家系分析方法对中国板栗(Castanea mollissima)
和美洲栗(c．dentnta)莽草酸途径的关键性酶——莽草酸脱氢酶(SKD)的遗传变异进行了研究。对单株家系、种内
杂交家系和种间回交 BC。群体的研究结果表明：栗属莽草酸脱氢酶共有 4个活性区域，活性基因座具有物种特异
性，并符合孟德尔式遗传，美洲栗的Skd—j与 Skd一2为独立分离基因座，但中国板栗的 Skd一3与 Skd一4则为紧密连
锁基因座。通过对中国板栗和美洲栗杂种F 代群体分离的杂种酶谱表型分析，表明中国板栗 Skd一3，一4连锁群可能
在基因组中存在重复，并推断美洲栗的Skd—j和 Skd一2可能分别由重复连锁群独 自变异演替而成 。莽草酸脱氢酶
重复基因座的存在并表达出酶活性，可能使中国板栗的莽草酸途径更有效率，增强中国板栗在受到栗疫病菌等微
生物攻击时的反应应答，从而提高其抗性 。研究认为莽草酸脱氢酶有作为抗性辅助选择遗传标记的潜力 ，在回交育
种拯救美洲栗计划中具有潜在的应用价值。
关键词：栗属；遗传标记；种间杂种；莽草酸途径；莽草酸脱氢酶 (SKD)
中图分类号 ：Q943；$664．2 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000—470X(2004)06—0486—09
Genetic Analysis of Shikimate Dehydr0genase Allozymes，a Genetic
M arker Resisting to Chustnut—blight，in Hybrid of Castanea
mollissima ×C．dentata
LI Zuo—Zhou，HUANG Hong—W en’
(Wuhan Botanical Garden，The Chinese Academy 0厂Sciences，Wuhan 430074，China)
Abstract：In plants，the shikimate pathway iS an important metabolism pathway in response to
wounding and fungal attack，The genetic analysis of enzymes in the pathway can provide the basic
information about their applicability as a genetic marker．In this study，variability and inheritance
of shikimate dehydrogenase (SKD；EC 1．1．1．25)allozyme，one of the key enzymes in shikimate
pathway，was investigated in Castanea mollissima and C．dentata using isoelectric focusing in thin—
layer polyacrylamide slad gels．The single—tree progeny method and intra—and interspecific con—
trolled cross families were used for the analyses．The results showed SKD had four activity zones
and exhibited species specific banding patterns in Castanea．TWO alleles were detected at each four
lOCUS and inherited in M endelian fashion．Locus Skd一1 and Skd一2 unique to C．dentata seemed to
be segregated independantly，while a highly significant linkage was observed between two loci
Skd一3 and Skd一4 unique to C．mollissima．However。the phenotypic analysis of SKD allozyme
banding patterns in F2 populations of C．mollissima×C．dentate revealed that the linkage group be—
tween Skd一3 and Skd一4 maybe have been replicated in C．mollissima．It iS speculated that Skd一1
and Skd一2 in C．dentata possibly come from repetition linkage groups during a speciation process．
收樯日期：2004—04一O1，修回日期 ：2004—06—07。
基金项 目：中国科学院知识创新工程重要方向项目(KSCX2一SW一104)；国家自然科学基金 (39570057)；美洲栗基金会资助项目。
作者简介：李作洲(1967一)，男，在职博士研究生，副研究员，主要从事植物保育遗传研究(E—mail；lizz@rose．whiob．ac．cn)。
★ 通讯作者(Author for correspondence E—mail：hongwen@public．wh．hb．cn)。
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第 6期 李作洲等 ：中国板栗与美洲栗杂种抗性遗传标记——莽草酸脱氢酶(SKD)的遗传分析 487
Because of expression of the double SKD 1oci activity。the shikimate pathway in C．mollissima is
considered more efficient and consequently，responses of C．mollissima to Cryphonectria parasitica
invasion and other microbial attack may be elevated．So the resistance of C．mollissima to chestnut
blight is considered increase．This study suggested that SKD allozyme could be a potential genetic
marker for aided selection on blight—resistance and have potential application in the backcross-
breeding program of C．dentata．
Key words：Castanea；Genetic marker；Interspecific hybrid；Shikimate pathway；SKD
栗属(Castanea)为壳斗科(Fagaceae)中的重要
植物类群，共有 7个种，均为二倍体(2n一2x=24)，
广泛分布于北半球温带的广阔地域，为重要的经济
用材林树种和食用坚果树种n]。其中，美洲栗(c．
dentata)和美洲榛果栗(c．pumila)仅分布于北美 ，
欧洲栗(c．sativa)分布于欧洲大陆、非洲北部和西
亚，其它 4种分布于东亚，即中国大陆的板栗(c．
mollissima)、茅栗(C．seguini)和锥栗(C．henryi)及
分布于日本、朝鲜半岛的日本栗(c．crenata)。栗属
物种间除了地域分布差异外，也存在栗疫病抗性的
差异，东亚物种的抗性显著地高于欧美物种，其中美
洲 栗抗性 最差，而 中国板栗对栗疫病 的抗性最
强[2 ]。提高美洲栗对栗疫病的抗性一直是植物学
家和植物病理学家的重要研究方向之一[6．7]。
美洲栗曾广泛地分布于美国东部阿巴拉齐亚
(Appalachia)山脉，北起缅因卅I(Maine)南至佐治亚
州(Georgia)，西达密歇根州(Michigan)、印第安纳
州(Indiana)和田纳西州(Tennessee)以及加拿大的
安大略省南部[】 ]，为美国东部天然落叶阔叶林的优
势高大乔木树种，其材质优良，为优质速生用材树
种。同时，其坚果具有较高的食用价值，为阿巴拉齐
亚山脉的野生动物提供了稳定丰富的食物来源[】]。
自从 2O世纪初栗疫病从 日本传入北美[9^ ，并于
1904年在纽约动物园发现第一例栗疫病起，到 1950
年的近 5O年内，栗疫病迅速蔓延至整个北美，使美
洲栗从高大的乔木变为仅依靠根蘖苗为生的残存灌
木状，濒于灭绝[7 ¨ 。而特产于中国的中国板栗却与
栗疫病菌长期共存，显示出对栗疫病菌有高度抗
性[4 ]。遗传多样性研究表明，栗属物种对栗疫病菌
的敏感性在于其遗传基础薄弱的程度[】。1 。
近百年来，为了挽救濒危的美洲栗，世界各国的
病理学家和育种学家进行了不懈的努力，但收效甚
微L7 。20世纪早期，美国农业部曾经致力于通过
抗病的中国板栗与美洲栗杂交来挽救和恢复美洲栗
种群，虽然获得了具有栗疫病抗性的杂种，但却丧失
了美洲栗高大通直的特性，而被迫于 20世纪 60年
代放弃L7 。欧洲利用含 dsRNA的弱毒力菌株来
防治欧洲栗(c．sativa)的栗疫病取得成效L】 。 ，但
因菌株营养亲和型的问题，未能成功地应用于美洲
栗栗疫病的防治[】 。20世纪 8o年代初，Burnham
总结并反思了美洲栗育种计划，提出回交育种可以
用于拯救美洲栗[za,z]。在 Burnham等[7 的提议下，
美洲栗基金会又开始执行美洲栗与中国板栗杂交的
回交育种计划[2引。与品种培育不同，美洲栗的挽救
是为了恢复整个物种，它涉及到广泛分布于美 国
5个不同气候带 2O个州的大量居群遗传组成_】引。虽
然通过其自然居群遗传多样性的研究，可以采取科
学合理的取样策略来达到事半功倍[1引，但对于一个
多年生乔木树种来说，其大量的回交群体培育选择
任务依然繁重。如果在回交后代群体幼苗期采用恰
当的遗传标记辅助选择，将大大提高选择效率。
等位酶遗传标记和各种 DNA分子标记 已广泛
地应用于农作物和果树的辅助选择育种[24-26]。在美
洲栗回交育种方面也开展了辅助选择的分子标记研
究L2 ，Kubisiak等[2。 通过美洲栗与中国板栗的种间
杂交 F。代群体构建了栗属物种的连锁遗传图，并认
为有 3个区域与栗疫病抗性有关，但大多数为显性
的RAPD标记。Huang等[ m 及其他学者 ]
采用等位酶遗传标记在栗属植物中开展了大量的遗
传变异研究。这些研究对美洲栗的回交育种计划有
着较大的指导意义和促进作用，但与回交育种辅助
选择的要求还有较大差距 Huang等[29]的研究表明
莽草酸脱氢酶(SKD；EC 1．1．1．25)在中国板栗和
美洲栗上的表现存在明显的差异。
SKD是微生物和植物莽草酸途径 (shikimate
pathway)的几个关键性的酶之一[3。 。当植物在受
到食草动物、昆虫伤害或微生物攻击以及氮素饥饿
等环境压力时，莽草酸途径的酶将产生应答[32 35]。
研究 SKD在美洲栗与中国板栗杂种中表达以及其
在杂种子代或回交子代中的分离，有助于推进特异
辅助选择遗传标记在栗属育种中的应用。虽然许多
研 究者对栗属物 种的 SKD遗 传变 异进行 了研
究【1。 。 ，但将其作为栗疫病抗性遗传标记来研
究尚未见报道，Huang等[2。]通过单株家系和种间杂
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488 武 汉 植 物 学 研 究 第 22卷
交分离较深入地研究了中国板栗和美洲栗 SKD等
11种等位酶的遗传变异，通过检测认为其基因座等
位基因符合孟德尔式分离模式，但对其共分离酶谱
表型和抗性选择标记方面未作进一步的研究分析。
本研究在 Huang等 研究的基础上进一步研
究 SKD在美洲栗和中国板栗杂种中酶谱表现及其
在 F。代或回交子代种的共分离，其 目的在于：①分
析其 SKD标记作为美洲栗回交育种栗疫病抗性标
记的适用性；②筛选用于回交育种有效辅助选择的
酶谱表型，为其作为辅助选择遗传标记用于美洲栗
的回交育种奠定基础。
1 材料与方法
1．1 植物材料
本研究所用材料与 Huang等L2 所用材料一致
( 1)，包括中国板栗品种、美洲栗株系和种内、种
间杂种家系后代。其中，种内水平共 200多株植株，
包括来源于中国国家板栗种质资源圃的 25个广泛
栽培的中国板栗品种，来源于美国弗吉尼亚州(Vir—
ginia)美洲栗基金会研究农场的 20个美洲栗株系，
以及来源于 6个中国板栗品种控制杂交的后代。因
栗属物种高度 自交不亲和且可用后代数 目大，单株
后代研究法 用于检测等位酶遗传，其 自由授粉的
种子随机地取于一株母树。对于种间研究，美洲栗×
中国板栗的 F。代和回交 BC 代家系来源于美国弗
吉尼亚州美洲栗基金会研究农场，F。代家系来源于
一 个美洲栗×中国板栗的 F 代同胞的杂交，回交
BC 代家系来源于对美洲栗的回交L3 。另外，本研
究材料还涉及少许茅栗样本、美洲榛果栗株系、日本
栗品种和欧洲栗种子。
1．2 电泳与酶谱染色
成熟种子的子叶用于种内杂交水平的酶电泳分
析，而休眠冬芽用于 F。代和 BC 代家系的酶电泳分
析。酶的提取、电泳及染色参照Huang等L29]的方法：
在冰浴条件下，取 50 mg左右的种子或冬芽组织，
加入预冷的 3号提取缓冲液L3。]研磨成匀浆(每毫克
组织加 5～10 L提取缓冲液 ，并加入少许石英砂助
磨)，并在 5 000×g下离心 5 min后(5415C Eppen—
dorf；Brinkmann Instruments，W estbury，N．Y．)，
采用 1 mm。的 Whatman 3号滤纸纸芯浸提上清液
作为等位酶等电聚焦电泳样本；超薄平板微型聚丙
烯酰胺等电聚焦电泳方法L39]用于酶电泳，电极缓冲
液为 Serva两性电解质(pH：4～9)；酶染色液配方
在Wendel和Weeden L3。]的基础上对用量作了减半
表 1 不同栗属物种样本 SKD酶的基因座与基因型
Table 1 Loci and genotype of shikimate dehydrogenase
(SKD)in Castanea species cultivars and selection
—
s
—
一
物 C品
u
种
lti
或
var
株
s
系
or Sp es
selections
基因座和基因型
Locus and genotype
Skd一1 Skd一2 Skd一3 Skd一4
焦孔 一 一 ab aa
Jiaozha ‘
羊毛栗 一 一 b a
Yangmaoli ‘
枣庄
一 一
Zaozhuang ‘ ‘ ‘
． 月季 一 一
L lUyue bao
～ 尖琢油栗． 一 一 b
Jlandlngyouli
． ． 窆种 一 一
Jtultazhong
油栗
一 一 ab ab Y
ouli “
中迟栗
一 一 b Zh
ongchili ‘
金丰
一 一 bb a Jinfeng ‘⋯
燕红
一 一
Yanhong
红光
一 一
Hongguang
短刺板红
一 一 b a D
uancibanhong ‘ ⋯
长刭l板 一 一 Cha gc|hanho g 。。 。。
中果 栗
．． 一 一 Zho gguoho gli 。。 。。
Homesterad —— —— ab ab
Leader —— —— aa aa
Cropper 一 一 bb bb
AU一17 一 一 ab ab
A TI—Rn 一 一 Ah Ah
H 91—79 一 一 aa 8a
=罟 艄 艄_呈 矩 艄 艄_暑 缸
拈 _呈_暑_呈_呈 -是_呈
0 。P 0
№m№m m m№m州
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第6期 李怍洲等：巾国板栗与美洲粟杂种抗性遗传标 ——罄草酸脱氢晦(SKmf~J19恃丹析 1 89
修改：25 mL 5O mmol Tris HC[(pH8．5)．2．5 mg
(500 ／,L) NADP．25 mg Sh[kimic acid·5 mg
【500 L)NBT OF MTT．1 mg(200 L】PMS。在
37 C下温浴直至蓝带出现 用水漂洗 (若 使用了
NBT，需要在水巾存放一段时间)或固定 所用试剂
均来自美国 Sigma公司。
1．3 基因座位确定与数据分析
按 Huang等 0的方法，根据表型带谱与控制杂
交分离比例束确定基 座位和等位基 ．在多个基
座中最靠近阳饭的基因座标记为基因座 1．然看
依次用阿拉伯敬字 2，3．⋯标注，等位基凶俄次从阳
设向阴较用字母a．b⋯表示，若有哑等位基1_!j，!l1|』用
字母n表示 检验用于检测分离基 座与预期单
个基因座孟德尔分离比例的符合崖+在丽项分离时，
检验采用 Yates晦J 法 “ 连锁遗传分析采用
LINKAGE一1软件 I 的景大似然法
2 结果与分析
2．1 栗属 SKD酶谱的物种特异r眭
本研究的SKD电泳酶谱结果与Huang等 的
研究结果一致，SKD共有 4个活I生区域．并且侥栗
属欧美物种与末亚物种问表现物种特异性 常近阳
设的 2个活性区域基 座 Skd一 和Skd 2为美洲
粟、美洲榛果粟和欧洲栗等欧美策属物神特育．而随
后活性区域基 座 Skd一3干ⅡSL,d 1i!lJ为东亚栗属
物补所特有(表 1) 在美洲栗巾，5kd』和Skd一2活
性区域均表现为由a、b两个等位基因控制的单带或
双带酶谱表型(罔 1)，这与Huanz等-l a J在美洲栗野
生居群遗传多佯性研究中舱删到的 SKD遗传变异
结果柑一致 在rfl园板栗中．Skd一3皤’睦区域 音{j几
乎与美al1栗的 Skd 2活性区域的下郫重叠，两活性
区域均表现出各自由a、b 2个等位基 控制的单带
或双带酶谱(阿 1)，也与郎萍和黄宏文 “。 所硷测的
巾国扳栗野生居群的 SKD遗传变异柑一致 另外，
有 一美洲栗样本酶谱表型略为特殊，在Sled一3活
区域袁进出 1餐酶带 、
： ． 一 l
=一 ’’三：三二： ．i= ，
· 0 ● ] ^-
l lI．(．L “￡u；I i 5 L 川r J ． ⋯ l
图 l 中国板栗和美洲栗莽草酸脱氢酶(SKD)电泳酶谱
Fig．1 Band patte rns c,f shikimatc dehydro~mIa
(SKD 】i sozyme in C．moglissiml|and c ⋯ f“
2．2 中国板栗、美渊栗单株家系及种内控 杂交分析
{ 向控制杂交家系和单株后代分离研究硬连锁
遗传分析结果同样与 Huang等 “ 的研究结 一致．
美洲栗的Skd— 基图座ff]Skd一2基因座可能为2个
他白分离的基因座．但由于美洲栗勾濒危物 ，难以
筏俘足够的纯美洲栗控制杂交家系后代进行等位基
l蓦分离俭删．该工怍有待今后进 -步研究 单株 代
分析佃种内控制杂交分析结果大多敞丧叫巾 板栗
的Skd 3和Skd一4两基因座各自行舟盂憋尔式遗
f}(裘 ：)．但丰米系 Homestead在． 女 一t匕艟苫偏离
预期于代荚系．其 怍为啡乖的杂芷 舟子代世显箬
地偏离预期比率(表 3)，可能暗永谊陈系含育与配
子选择性戈联的基 ”]．且SKD丛 座可能与之
崖锁而形成连锁不平衡，同时也可以看出Skd一3与
Nkd一4连锁，用于连锁遗传分析昀 {1、家采均显苫
偏离自由组台独立分离比率，表州丽量幽庄 紧密
连锁基凶座 。
表 2 中国板栗单蛛后代SKD酶基因座的遗传分析
注：N表示子代基西型个悼总数}NS． 舟 表示 显并 0．0S小平 显 性
Nines：N is slgnelI I I numlj⋯ I：rl *}⋯ genotypel NS，· Non sit4．；ri=an~【] sigmfi⋯
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49O 武 汉 植 物 学 研 究 第 22卷
注 NS *分别表示不显著 0．05水平或0 01水平上的显著性
Notes：NS，·．*· N0n n cant 0r signiflcam L 0 05 0r 0 01．respec Llvcly
2．3 中国板栗×美洲栗F 群体及回交BC 群体分析
中国板栗与美洲栗的杂种F 代拥有2个亲本物
种的谱带，表现出d个活性区域杂交酶谱表型．且F
代酶谱表型较复杂，除了亲本物种酶谱表型外，共分
离出7种杂种酶谱袁型(图2)，F：代群体分离按美洲
栗表 型 (Skd⋯1 7)、杂种表型 (Skd一』，2．一3，一{)和
中国板栗表型(Skd⋯3 )3个酶谱表型等级检测 ．
结果表明F 代群体分离显著偏离 1 2：1的预期
比例而偏向于中国板栗表型(袁 )，与Huang等n
和Kubisiak等E283研究结果一致 但在所榆删的5个
BC 回交家系中，子代群体按美洲粟和杂种两级正
常分离且符合1 1的预期分离比率(表 4)．表明
SKD表型酶谱总体上是按孟德尔式遗传的。然而仔
细分析 F!代群体杂种酶谱的具体表型．表明栗属物
种SKD遗传具有复杂性(幽2) 杂种表型b 含美洲
粟Skd一2n、Skd一2b酶带与中国板栗的 Skd一3a、Skd一
4 酶带 ，而杂种表型 h：含美洲栗 Skd一2 、Skd一2b酶
楷 与中国板栗的 Skd一3“、Skd一3 、Skd一4“、Skd 40
酶带．均缺失美洲栗 Skd一1基 座．暗示中国板栗
的Skd一3，一4基因座可能与美洲菜Skd— 基因座互为
A
d d． d h． h hj I1 h h II
．
Il1．
⋯ ⋯ - -
_ 一 ● _ _
- _ -
_ I _ _ - - ● ● _ I
_ _ ● ● - _ 一
⋯ ⋯ _
⋯ - ⋯
_ ． _ ●
B
圉 2 中国板栗×美洲栗杂种F 代群体分离莽草酸脱氢酶(SKD)电泳酶谱(A)和酶谱表型示意图(B)
Fig 2 Band patterns(A】and the phenotypes(B1 of shikimate dehydrogenase【SKn isnzyme
ln Fz segregated population of Ca,s~anea moffissima)(C．dentala
m —
m 一．
Ⅲ ：．1
m 一
h
h
． ．
． *
h ．
h 。 ． ．
h 、 ．
h ．
d
d ． -
d l ●
d ●●
d
m
m 肆
止 - ． ．
． - ． ．
一 _
⋯ _ ．
J 1 1 ；
w
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第 6期 李作洲等：中国板栗与美洲栗杂种抗性遗传标记——莽草酸脱氢酶(SKD)的遗传分析 491
相对同源且在杂种中相互配对分离 。但杂种表型 hs
含美洲栗 Skd—jn、Skd—jb、Skd一26酶带与中国板栗
的 Skd一3a、Skd一4a酶带，好像又表明中国板栗的
Skd一3，一4基因座可能与美洲栗 Skd一2基因座互为
相对同源且在杂种中相互配对分离，刚好与表型
h 、h 的暗示相反，而形成矛盾。虽然以上任一假设
都能解释含美洲栗 Skd—jn、Skd一26酶带与中国板栗
的 Skd一3b、Skd一4b酶带的杂种表型 h ，但两者都不
能单一解释 h 、h 、h 这 3种杂种酶谱表型。杂种表
型 h 含美洲栗 Skd—jn、Skd一26酶带与中国板栗的
Skd一3a、Skd一3b、Skd一4a、Skd一4b酶带 ，表明中国板
栗的Skd一3，一4基因座既同美洲栗 Skd—j基因座配
对分离又与Skd一2基因座配对分离。杂种表型 h 含
美洲栗 Skd—jn、Skd—jb、Skd一2b酶带与中国板栗的
Skd一3a、Skd一3b酶带和 Skd一4b微弱酶带，以及杂种
表型 h 含美洲栗 Skd—jn、Skd—jb、Skd一26酶带与中
国板栗的 Skd一3b、Skd一4a、Skd一4b酶带，表明中国
板栗 Skd一3，一4基因座同时与美洲栗两独立分离基
因座配对分离，而且 Skd一3，一4与 Skd—j间可能存在
交换重组。
表 4 中国板栗×美洲栗 F 代群体和 BC。群体莽草酸脱氢酶的基因座分离与 x 检验
Table 4 Segregation and chi-square test of shikimate dehydrogenase isozyme loci
in F2 population of Castanea molissima×C．dentata and 13(31 populations
杂交组合
Crosses ‘。‘。。‘ 。 。‘。。。。。。。——
Tota
F2或 13(31群体基因座分离
Loci segregation in Fz or 13(3
aa ab bb
预期分离比率
Expected ratio
Fl×Fl
R4T52×R4T31 63 9
BCI
RF3× R4T31 18 9
QA1×R4T52 25 11
RF6×R4T31 9 5
MCH×Nanking 27 13
Mu×Nanking 23 9
0．00Ns
0．16xs
0．OONs
0．OONs
0．00NS
注：z表示其中3株有疑问。NS，**分别表示不显著、0．01水平上的显著性。
Notes：z，Three lines are suspected．NS，** Non—significant or significant at P一0．01，respectively
3 讨论
3．1 中国板栗 Skdl一了，一4基因座连锁群重复与栗
属物种 SKD基因座特异性分化
单株家系和种内控制杂交家系分析表明栗属存
在SKD基因座物种特异性，在种内各基因座的遗传
变异符合孟德尔单基因座等位基因分离模式，与
Huang等[29]的研究结果相一致。然而，F 代群体分
离 杂种酶谱表型 (图 2)分析结果表 明，中国板栗
SKD的遗传变异可能并不是由单一 Skd一3，一4连锁
群所决定的。到目前为止的研究报道表明SKD是一
个标准的单体酶，且在二倍体植物中通常报道为 1
或 2个基因座[4。 ，多基因座的报道较少[4 ，在大
多数 植物 种 中其等 位基 因酶谱 表型 为单带 表
型[2 ，在部分植物中也发现了SKD的单体双带
或多带的酶谱表型，每个等位基因附加其“异构体
(conformer)”或者“鬼带(ghost)”形成共分离的谱
带表型[4 。。但就栗属物种 SKD酶谱表型及其控
制杂交分离酶谱表型看，SKD在栗属物种中为明显
的纯合子单带酶谱表型或杂合子双带酶谱表型L2 。
杂种 F 代分离的复杂表型可能暗示中国板栗的
Skd一3，Skd一4存在重复基因座，原基因座与复制基
因座可能分别位于不同的染色体上而且独立分离，
但在其编码产物上两者可能一致，在其他植物上也
曾发现过 SKD的重复基因座[s,48]。在中国板栗的
自然居群中也曾发现过磷酸葡萄糖变位酶(PGM)
的重复基因座现象[5¨。栗属物种起源于中国，且中
国板栗可能为美洲栗和欧洲栗的原生种n ，若
中国板栗的 Skd一3，一4存在独立分离的重复基因座，
则欧美栗种的特异基因座Skd—j和 Skd一2基因座
可能分别由Skd一3或 Skd一4在重复基因座中各 自
突变并长期积累而成，且与之连锁的另一基因座可
能失去活性而成为死基因或假基因，美洲栗极个别
样本特异的酶谱表型(图 1)，有可能是因突变或其
它原因使死基因恢复活性表达的结果。可能也正是
由于 SKD基因座的重复，且在不同物种中长期变异
而使其所在区域发生结构或功能的变异形成了物种
特异性，从而难以将其构建于栗属物种的 12个连锁
遗传图谱中[2 。种间杂交 F 代群体分离偏向中国
板栗可能也与SKD重复基因座有关。当然，杂种 F
代酶谱表型的另一个可能的解释是美洲栗的 Skd—
I、Skd一2和中国板栗的 Skd一3，一4连锁群分别位于 3
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492 武 汉 植 物 学 研 究 第 22卷
对独立分离的不同染色体上，相互间缺乏同源性。但
笔者认为重复基因座的存在更符合栗属物种进化演
变规律。
3．2 栗属物种 SKD特异性标记作为抗性遗传标记
的分析
莽草酸途径在微生物和植物的芳香类化合物前
体的合成中扮演着重要角色L5引，在植物中，莽草酸
途径与植物应对环境刺激相关联 孔34]。当植物在受
到动物或微生物攻击时，该途径的酶类显著应答，植
物莽草酸途径被认为与植物抵抗微生物或不良环境
关联[3孔 。一些研究表明，植物莽草酸途径酶类在
根部表达水平高于茎叶，认为可能是由于植物的根
所应对的微生物攻击和其它压力要高于茎叶的原
因L5“ ]，这也可能是栗疫病只危害美洲栗的茎干而
不伤害其根部的原因之一L】 。莽草酸途径应答
差异也可能与栗属物种对栗疫病的抗性差异相关
联，莽草酸脱氢酶(SKD)是植物或微生物莽草酸途
径的几个重要关键性酶之一[32-34]。美洲栗和中国板
栗间SKD遗传的差异有可能影响它们对栗疫病抗
性的差异，中国板栗SKD两连锁基因座的重复可能
使中国板栗的SKD表达量高于美洲栗，从而使中国
板栗的莽草酸途径有着更高的效率，使其具有较高
的栗疫病抗性。SKD作为连锁遗传标记的研究已常
见于其它植物物种[26．46．48]，被认为可以作为农作物
和果树育种的一种有用辅助筛选遗传标记L2 。 。我
们的研究认为，栗属物种的特异性 SKD酶谱标记有
作为栗疫病抗性筛选的遗传标记之一的潜力，若进
一 步进行 SKD酶谱表型与栗疫病抗性关联性检测
的研究，栗属SKD标记将有可能成为美洲栗回交育
种的辅助选择标记。SKD标记的共显性可能使其比
显性标记在美洲栗回交育种中更具筛选效率。
微生物或植物莽草酸途径所涉及的酶类，除了
SKD外还有多种，最为关键的酶类约有 7种[3引。
Kubisiak等 发现在栗属物种中共有 7个与栗疫
病抗性应答关联的遗传区域，并在连锁遗传图谱中
定位了 3个区域，这些区域是否于莽草酸途径酶类
相关联则有待于深入研究。进一步研究栗属物种莽
草酸途径各种关键酶的遗传变异以及栗属物种栗疫
病抗性与莽草酸途径酶类表达水平的关系，将对美
洲栗回交育种有着重要意义。
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