全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2015, 41(10): 15291536 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2013AA102603)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 金黎平, E-mail: jinliping@caas.cn, Tel: 010-82109543
第一作者联系方式: E-mail: god-zhuwenwen@163.com
Received(收稿日期): 2015-03-20; Accepted(接受日期): 2015-07-10; Published online(网络出版日期): 2015-07-15.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20150713.1515.002.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2015.01529
马铃薯块茎形状基因 CAPS标记的开发与验证
朱文文 1 徐建飞 1 李广存 1 段绍光 1 刘 杰 1 卞春松 1 庞万福 1
Walter De Jong2 金黎平 1,
1中国农业科学院蔬菜花卉研究所 / 农业部薯类作物生物学和遗传育种重点实验室, 北京 100081; 2 Department of Plant Breeding and
Genetics, Cornell University, Ithaca 14853, NY, USA
摘 要: 马铃薯块茎形状(薯形)是选育马铃薯品种尤其是加工品种最重要的性状之一。前人研究表明薯形是由位于第
10 染色体的单基因 Ro 控制的, 并且圆形对长形为显性。本研究以二倍体马铃薯长薯形基因型 10618-01 和圆薯形基
因型 320-02及其 213个 F1代薯形分离群体为材料, 基于马铃薯基因组相关序列信息结合分离群体分组分析法开发标
记, 获得了一个 CAPS标记 1137-CAPSVI。利用该标记对 53份不同薯形的四倍体马铃薯高代品系进行验证, 结果表
明该标记的选择准确率达 83.02%, 进一步的 Pearson 双侧相关分析显示其相关性达极显著水平, 且该标记对圆薯形
材料的选择准确率更高, 达 91.42%。该 CAPS 标记的获得对于四倍体马铃薯分子标记辅助育种, 加速马铃薯品种尤
其是加工专用型品种的选育具有重要意义。
关键词: 马铃薯; 薯形; 标记开发; 分子标记辅助育种
Development and Verification of a CAPS Marker Linked to Tuber Shape Gene
in Potato
ZHU Wen-Wen1, XU Jian-Fei1, LI Guang-Cun1, DUAN Shao-Guang1, LIU Jie1, BIAN Chun-Song1, PANG
Wan-Fu1, Walter De Jong2, and JIN Li-Ping1,*
1 Institute of Vegetables and Flowers, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Tuber and
Root Crops, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China; 2 Department of Plant Breeding and Genetics, Cornell University, Ithaca 14853, NY,
USA
Abstract: Tuber shape is one of the most important traits for potato cultivars especially for the processing varieties. Previous
study shows that a single gene Ro on chromosome 10 controls most variation for round versus long tuber shape. In this study,
based on the potato genome sequence information and bulked segregation analysis strategy, we developed a CAPS marker
1137-CAPSVI using the diploid potato genotypes 320-02, 10618-01 and their 213 F1 tuber shape segregated population. This
marker was verified in 53 tetraploid breeding lines with diverse tuber shapes. The results showed that the consistency rate between
the marker and tuber shape was 83.02% and the accuracy of the CAPS marker 1137-CAPSVI for selecting round tuber shape was
up to 91.42%, and the further Pearson correlation analysis result showed that the marker was significantly correlated with tuber
shape. The CAPS marker provides a basis for molecular marker-assisted selection in potato breeding especially for processing
variety.
Keywords: Potato; Tuber shape; Marker development; Molecular marker-assisted breeding
块茎形状即薯形是马铃薯的重要农艺性状之一,
也是鉴别品种特征的重要依据之一[1]。不同的消费
习惯和加工产品对薯形的要求不同, 如我国东北地
区消费者偏好圆薯形品种, 而中原和南方地区消费
者偏好椭圆形或长薯形品种; 一般炸条要求长薯形
品种, 而炸片需要圆薯形品种[2]。因此, 选育特定薯
形的品种将满足不同消费者和加工需求, 对于促进
马铃薯产业全面发展具有重要意义。
1530 作 物 学 报 第 41卷


马铃薯薯形遗传机制研究历史较长, 最初研究者
认为马铃薯薯形的遗传符合孟德尔遗传, 并且长形对
圆形为显性[3]。而后来 Emme等[4]的研究结果表明薯形
由一个主效基因控制, 且圆形对长形为显性。随后的
研究也发现长薯形材料的自交后代薯形不分离, 而圆
薯形材料的自交后代薯形分离, 进一步证明圆形对长
形为显性[5]。1985年, Masson[6]将控制圆薯形的基因命
名为Ro, 并确定该基因距着丝粒 12.2 cM。1994年, van
Eck等[7]将 Ro基因定位在第 10染色体上。
传统的马铃薯育种周期长、基础群体量大、表
观鉴定和选择效率差, 分子标记辅助选择技术有效
地提高了选择效率、加速了育种进程。获得易于操
作且与特定性状紧密连锁的分子标记是进行标记辅
助选择的前提。到目前为止, 已有几十个马铃薯性
状被标记, 如抗晚疫病、抗青枯病、抗病毒病等抗
性性状, 炸片颜色、块茎休眠、薯肉颜色等品质性
状以及耐旱性、耐冻性等抗逆性状。然而, 关于薯
形分子标记的报道较少。马铃薯栽培品种是高度杂
合的四倍体(Solanum tuberosum, 2n=4x=48), 遗传背
景狭窄、染色体高度杂合、遗传重组频率高且存在
严重的自交衰退现象 [8], 开发分子标记困难。而自
然界中绝大多数马铃薯以二倍体形式存在, 相对于
四倍体, 二倍体染色体数目较少, 遗传背景相对简
单, 易于分析和进行遗传操作[9]。同时, 已经完成的
马铃薯单倍型基因组序列框架图覆盖了马铃薯 95%
以上的基因, 为薯形基因分子标记的开发提供了资
源。基于上述马铃薯遗传特性, 研究者大多利用二
倍体材料开发标记, 再将开发的标记应用到四倍体
材料中。本研究拟基于马铃薯基因组序列信息开发
二倍体材料薯形分子标记, 并用四倍体材料进行验
证, 以获得与栽培马铃薯薯形紧密连锁的分子标记,
为马铃薯标记辅助育种提供条件。
1 材料与方法
1.1 试验材料
二倍体材料长薯形隐性纯合基因型 10618-01
(roro)、圆薯形显性杂合基因型 320-02 (Roro), 及其
213 个 F1代薯形分离群体, 作为开发薯形分子标记
的试验材料。
四倍体材料为随机选择的 53 份来源于 51 个杂
交组合的后代无性系(表 1), 作为验证薯形分子标记
的试验材料。

表 1 四倍体马铃薯材料信息
Table 1 Information of tetraploid potato clones
序号
No.
材料编号
Material code
杂交组合
Cross
I值
I value
1 07212-312 中薯 5号×早大白 Zhongshu 5×Zaodabai 1.13
2 06179-404E NY121×中薯 3号 NY121×Zhongshu 3 1.21
3 07160W-15 TACNA×中薯 3号 TACNA×Zhongshu 3 1.31
4 07128W-48 TACNA×中薯 3号 TACNA×Zhongshu 3 1.33
5 07203-2018 中薯 3号×尤金 Zhongshu 3×Youjin 1.07
6 07208-638 中薯 5号×BW-I Zhongshu 5×BW-I 1.22
7 07244-E2 Atlantic×TD4-1 1.13
8 06127-745 Kennebec×9843-27 1.23
9 07245W-60 Atlantic×冀张薯 5号 Atlantic×Jizhangshu 5 1.34
10 05092-603 392650.12×92.187 1.26
11 06147-1166 Superior×9843-27 1.14
12 07231-1092 中薯 2号×Kohahbuki Zhongshu 2×Kohahbuki 1.12
13 07244W-74E Atlantic×TD4-1 1.27
14 06127-226 Kennebec×9843-27 1.11
15 07244W-77 Atlantic×TD4-1 1.23
16 07046-128 Dakota Diamond×Megachip 0.95
17 06147-53 Superior×9843-27 0.86
18 07245-955 Atlantic×冀张薯 5号 Atlantic×Jizhangshu 5 1.11
19 07250-564 Favorita×9908-5 1.01
20 07203-1108 中薯 3号×尤金 Zhongshu 3×Youjin 1.20
第 10期 朱文文等: 马铃薯块茎形状基因 CAPS标记的开发与验证 1531


(续表 1)
序号
No.
材料编号
Material code
杂交组合
Cross
I值
I value
21 06150-205 BW-I×Carlita 1.13
22 07048W-53 M171-A×Pike 0.96
23 02163-883 C91.640×C93.154 1.17
24 07086-E52 F95036×郑薯 6号 F95036×Zhengshu 6 1.22
25 06129-693E Cardinal×郑薯 6号 Cardinal×Zhengshu 6 1.31
26 07074-450 Cardinal×五台白 Cardinal×Wutaibai 1.25
27 07246-1081 Atlantic×冀张薯 5号 Atlantic×Jizhangshu 5 1.26
28 07135-2-1 F93043×Kohahbuki 1.30
29 07180-897 卡它丁×中薯 3号 Katading×Zhongshu 3 1.32
30 07164W-54 Monet×Kohahbuki 1.28
31 07244W-13 Atlantic×TD4-1 1.31
32 9521-63 Shepody×中薯 3号 Shepody×Zhongshu 3 1.81
33 07009-546 MN19486×W1348 1.16
34 02175-700 LR93.156×92.187 2.04
35 07169-860 Red Baron×青薯 168 Red Baron×Qingshu 168 1.48
36 07080-981 396157.A1×GT12867-02 1.67
37 07205-E27 中薯 3号×郑薯 6号 Zhongshu 3×Zhengshu 6 1.81
38 07142-986 Favorita×中薯 3号 Favorita×Zhongshu 3 1.92
39 07129-1037 Kohahbuki×GT12867-02 1.63
40 07224-E16 Jupiter×Redsen 1.39
41 07156-587 May Queen×中薯 3号 May Queen×Zhongshu 3 1.58
42 07194-E45 郑薯 6号×中薯 4号 Zhengshu 6×Zhongshu 4 1.63
43 07106W-76 Belchip×Macinbosin black 1.70
44 07015W-2-5 ND5679-7×White Pearl 1.52
45 07008-49 MN19137×W1348 2.10
46 07169-1082 Red Baron×青薯 168 Red Baron×Qingshu 168 1.37
47 07091-1034 Aminica×郑薯 6号 Aminica×Zhengshu 6 1.67
48 07106W-34 Belchip×Macinbosin Black 1.39
49 07102-37 Atlantic×River John Blue 1.59
50 07080W-22 396157.A1×GT12867-02 1.62
51 05037-2-28 F82014×F59103 1.97
52 06151-1010E Aminica×Carlita 1.60
53 07228-597 TACNA×River John Blue 1.96
I值指块茎纵轴对横轴的比值。I value indicates the ratio of tuber length to width.

1.2 DNA提取
选取马铃薯幼嫩叶片, 用CTAB法提取供试材料
基因组 DNA, 并用琼脂糖凝胶电泳检测 DNA质量。
1.3 薯形表型鉴定
收获成熟马铃薯块茎后, 每个基因型选取最大
的 3个块茎, 利用游标卡尺测量每个块茎的最大纵
轴(匍匐茎生长方向)及最大横轴(垂直于匍匐茎生长
方向)长度, 计算每个块茎纵轴对横轴的比值 I, 3个
块茎比值 I 的平均值作为衡量该基因型块茎形状的
指标, 当 I<1.4时, 块茎为圆形; I≥1.4时, 块茎为长
形[10]。
1.4 分离群体分组分析法 (bulked segregation
analysis, BSA)
根据 320-02 和 10618-01 的 F1代材料表型鉴定
结果, 构建圆形混池(round bulk, RB)和长形混池
(long bulk, LB), 圆形混池由 I值在 1.2以下的 10个
基因型组成, 长形混池由 I 值在 1.9 以上的 10 个基
因型组成。两池的 DNA样品均由各基因型 DNA等
1532 作 物 学 报 第 41卷


量混合组成。
1.5 标记开发
根据前期薯形基因定位(未发表)结果 , 从马铃
薯基因组序列网站(http://solanaceae.plantbiology.msu.
edu/pgsc_download.shtml)中下载相关序列 , 选取特
定区域序列 , 利用在线引物设计网站 (http://www.
idtdna.com/Primerquest/Home/Index)进行引物设计 ,
将引物 Tm值设定在 58~62℃之间, 预扩增片段大小
设定在 700 bp到 1000 bp之间。将引物预计扩增序
列利用在线网站 (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gorf/
gorf.html)进行开放阅读框分析, 并将获得的引物利
用 PGSC 中的数据进行比对, 选取只有唯一匹配位
点的引物送交生工生物工程(上海)有限公司合成。
利用圆形亲本 320-02 和长形亲本 10618-01 的
DNA 为模板检测引物, 选择在双亲中都能扩增出单
一条带的引物, 将 PCR产物纯化后连接到 T载体上,
转化大肠杆菌, 并涂布在含有 Amp、X-gal 和 IPTG
的 LB平板上过夜培养。从 320-02和 10618-01各挑
取 12个白斑克隆, 经 PCR检测后, 各选取 6个阳性
克隆测序。将测序结果利用 DNAStar 中的 SeqMan
程序进行比对分析, 获得 SNP 位点, 进而利用在线
软件 dCAPS Finder 2.0 (http://helix.wustl.edu/dcaps/
dcaps.html)开发 CAPS 或 dCAPS 标记, 选择在双亲
中扩增产物有差异的引物开发 SCAR标记。PCR体
系含 8 µL ddH2O、1.5 µL缓冲液(10×PCR)、0.3 µL
dNTPs (10 mmol L–1)、1.5 µL引物(2 µmol L–1)、0.2
µL Taq酶(2.5 U µL–1)、2 µL DNA (20 ng µL–1)。扩增
条件为 94℃ 3 min, 94℃ 30 s, 60℃ 30 s, 72℃ 50 s,
35个循环, 72℃ 10 min。
酶切反应体系含 PCR产物 8 µL、10×NE buffer
1.5 µL、BSA 0.15 µL、ddH2O 5.3 µL、Afl II内切酶
0.05 µL。于 37℃反应 3 h。以 1.6%琼脂糖凝胶电泳
检测。
1.6 数据统计和处理
根据分子标记检测结果, 将与圆形亲本和长形
亲本带型一致的基因型分别记为 1和 0, 利用统计分
析软件SPSS17.0的Pearson双侧检验对四倍体薯形材
料表型鉴定结果和标记检测结果进行相关性分析。
2 结果与分析
2.1 薯形基因区域引物设计及检测
根据先前获得的薯形基因遗传图谱信息(未发
表), 从 PGSC中获得长度为 42 kb的相关 scaffold序
列, 基于该序列设计了 29对引物(表 2)。用圆形亲本
320-02 和长形亲本 10618-01 的 DNA 为模板对引物
特异性进行检测(图 1), 其中有 17 对引物在两亲本
中均扩增出单一条带, 特异性好, 可用于设计 CAPS
或者 dCAPS标记。其他引物有的只扩增出其中某一
亲本的条带 , 有的扩增出多条带 , 可用于设计
SCAR标记。
2.2 标记开发及验证
将在两亲本中均扩增出单一条带的 PCR产物测
序和比对发现, 在引物 1137-F45R45 的扩增产物中,
圆形亲本和长形亲本之间存在 3个 SNP位点。通过
在线软件 dCAPS Finder 2.0发现 3个 SNP位点中有
2个位于限制性内切酶的酶切识别位点内 , 分别是
Hpa II酶切位点(识别序列为“CCGG”)和 Afl II酶切
位点(识别位点为“CTTAAG”)。由于与 Ro 连锁的标
记扩增条带含有 Afl II酶切位点, 可以被切开, 而与
ro 连锁的标记扩增条带不含该酶切位点, 不能被切
开, 因此利用 Afl II内切酶进行 PCR产物酶切, 显性
杂合圆薯形亲本及圆形混池的 PCR产物酶切带型中
同时存在未被切开的 900 bp条带和酶切得到的 700
bp及 200 bp条带, 隐性纯合长薯形亲本及长形混池
的 PCR产物不能被酶切, 而表现为 900 bp的单一条
带(图 2)。以上结果表明 CAPS 标记 1137-CAPSVI

图 1 部分引物在亲本 320-02和 10618-01中的扩增产物电泳图
Fig. 1 PCR products electrophoresis analysis of partial primers in parents 320-02 and 10618-01
图中每对引物前面泳道对应 320-02, 后面泳道对应 10618-01。
For each primer in the figure, the front lane represents 320-02, and the later lane represents 10618-01.
M: DNA ladder; 7-45: 1137-F45R45; 7-46: 1137-F46R46; 7-47: 1137-F47R47; 7-48: 1137-F48R48; 7-49: 1137-F49R49; 7-50: 1137-F50R50;
7-51: 1137-F51R51; 7-52: 1137-F52R52; 7-53: 1137-F54R54; 7-54: 1137-F54R54; 7-55: 1137-F55R55; 7-56: 1137-F56R56.
第 10期 朱文文等: 马铃薯块茎形状基因 CAPS标记的开发与验证 1533


表 2 本研究所设计的引物信息
Table 2 Information of primers designed in this study
引物名称
Primer name
正向引物
Forward primer (5–3)
反向引物
Reverse primer (5–3)
退火温度
Annealing temp. (℃)
1137-F30R30 CCCATCTGTTACCGGATTTC TGCCTAACGTCCTCTCTATT 60
1137-F31R31 GGGACTCTTTCCGTTGTATG CTCCCACACTAGCAAGTTATATT 60
1137-F32R32 GACCGTTATCGGTTCGGTTATC GAGTCTCGGTTTGGCCATATT 60
1137-F33R33 TGGGTGGTTGTGAGATTTG GCCGCTACTGTGATTAAGG 60
1137-F34R34 CACAAGGAGCCAAACTAGAC CACTCAGGGAGAGAGAAAGTA 60
1137-F35R35 CGGAGCCGTGTATGAATATG TCTCACTCGATGTTTGGTATTT 60
1137-F36R36 TGCTCACTAGTCTCACCTATC GAGGCCAAAGTTCCTTAACA 60
1137-F37R37 CAAACCCAAGACCTCCTTATC ACCAACAAACTCCAGTCTTC 60
1137-F38R38 AATACACGCCGAAGTCAAG AGTCTATCAGACGGCAATAAAG 60
1137-F39R39 GACCACTCGTGTAGCTATAAAT GGCAAATCCCTCACTGTATAA 60
1137-F40R40 GACTCTCCACCATCATTCAC TCACCTGACCACCTCATTA 60
1137-F41R41 AACAGTACGCAGCCAATAG TCTCACAACCACCCAAATC 60
1137-F42R42 CTCAGGATCTCTGCCTACTT CTGGTAAAGCTGCTGGTATT 60
1137-F43R43 TGCATCGTCCTTCGTAAATAG GGATATTGCACCTCCCTAAAT 60
1137-F44R44 GCTAGTGAGAACTTTGGGTATT GGAATCAGATCTCCTCTGTTATG 60
1137-F45R45 GTGTCTCCTGTGAGAGATTTG TATAGATTGGAATGCGAGAACC 60
1137-F46R46 GAACAAGTAGACAGACTCATCG AGTGGTCAAGGAGTGTTTAAG 60
1137-F47R47 GCTCTATGTGCCTCTCTAAC CGCTAACTATTGGGTGATACT 60
1137-F48R48 CAAACACACCTAGAAGCATTTC TTTAGGCGATGATACCAATCC 60
1137-F49R49 GAGCATCCAGTTGCTTATGT ATTATGTCTCCTGCTCTTCTTG 60
1137-F50R50 GTTTGGTCGGAAACAGGTTA GGGAGAATCAATTCCCAAGAA 60
1137-F51R51 CGACCAACACTACCAAATGTA AGTTCACCAGTTTCCTTGTC 60
1137-F52R52 CGAGGCTACACATATAACTCTTT TCTATGACACACACCTCTCTC 60
1137-F53R53 CCATGCATAAACAGGATCAAAC GAGTTATATGTGTAGCCTCGAAA 60
1137-F54R54 GTGATAGAATTTGTTGGTAGTTGAG GAAAGTTGAATGGAGAGTAGCA 60
1137-F55R55 TATAAGGGAAATGGCAGCATAA CAGCCAAGTTTCGTCTAGTT 60
1137-F56R56 CACAAAGGAAGTAGGGATGG ACTAGGCCAAACACAAACA 60
1137-F57R57 ATCGAGTGAAACCTTGGATG CAGCCGCTACTGCTATTAAA 60

开发成功。利用该标记及先前开发的薯形标记对二
倍体薯形 F1代 213 个基因型进行检测, 结合表型数


图 2 PCR产物的 Afl II酶切后电泳图
Fig. 2 Electrophoretogram of PCR products digested by
restriction enzyme Afl II
M: marker; P1: 320-02; P2: 10618-01; RB: 圆形混池; LB: 长形混池。
M: marker; P1: 320-02; P2: 10618-01; RB: round bulk; LB: long bulk.
据, 构建了 Ro 基因位点的遗传连锁图谱(数据未列
出), 结果显示, 1137-CAPSVI标记与 Ro基因的遗传
距离为 6.2 cM。标记检测结果与表型鉴定结果吻合
度达 95.31%, Pearson 双侧相关分析发现相关系数 r
为 0.900, 达极显著水平。
2.3 1137-CAPSVI 标记对四倍体品系薯形的检
测
对供试的四倍体高代品系薯形鉴定表明 , 在
53份四倍体材料中 , I 值小于1.4的圆形材料35份 ,
占总材料数的66.04%; I 值大于1.4的长形材料18
份 , 占总材料数的33.96%。总体 I 值范围在0.8~
2.2之间 , 主要集中在 1.1~1.4之间 , 其中在 1.2~
1.3之间的材料最多, 共11个, 占总材料数的20.75%
(图3)。
1534 作 物 学 报 第 41卷



图 3 四倍体材料薯形分布图
Fig. 3 Tuber shape distribution of tetraploid clones

利用标记1137-CAPSVI 对53份四倍体薯形品系
检测表明, 53份材料的表型鉴定结果与标记检测结
果吻合度达83.02% (图4和表3)。将表型鉴定结果与
标记检测结果做 Pearson 双侧相关分析, 相关系数 r
为0.611, 达极显著水平。在35个圆薯形的材料中 ,
标记检测为圆形的有32个, 表型鉴定结果与标记检
测结果吻合度达91.42%; 在18个长薯形的材料中 ,
标记检测为长形的为12个, 表型鉴定结果与标记检
测结果吻合度达66.67%。在38个标记检测为阳性的
材料中, 有32个表现为圆薯形, 标记检测结果与表
型鉴定结果吻合度达84.21%; 在15个标记检测为阴
性的材料中, 有12个表现为长薯形, 标记检测结果
与表型鉴定结果吻合度达80%。上述结果表明该标
记与四倍体马铃薯薯形是密切相关的, 可用该标记
较好地区分四倍体马铃薯薯形, 当用于鉴定圆薯形
材料时准确率更高。
3 讨论
传统育种主要依赖于表型选择。环境条件、基
因间互作、基因型等多种因素会影响表型选择的准
确性。培育一个优良品种往往需要七八年甚至十几
年时间, 而借助分子标记辅助育种可大大提高选择
准确性和育种效率[11]。基于马铃薯的遗传特性, 利
用二倍体材料开发相关分子标记, 继而应用到四倍
体中, 这是马铃薯标记辅助育种的通常途径, 例如,
根据来源于二倍体野生种Solanum bulbocastanum

图 4 1137-CAPSVI标记在 53份四倍体材料中的 PCR产物酶切分析
Fig. 4 Restriction pattern of 1137-CAPSVI PCR products on 53 tetraploid clones
M: DNA marker; 1~53分别对应表 1各材料编号。
M: DNA marker; 1–53 corresponds to the material codes in Table 1, respectively.
第 10期 朱文文等: 马铃薯块茎形状基因 CAPS标记的开发与验证 1535


表 3 53份四倍体材料表型鉴定和标记检测结果
Table 3 Phenotype and marker test results of 53 tetraploid clones
标记鉴定
Marker test
表型鉴定
Phenotypic test
基因型数
No. of genotypes
合计
Total
百分比
Percentage (%)
标记阳性 Marker positive 圆薯形 Round tuber 32
标记阴性 Marker negative 长薯形 Long tuber 12
44 83.02
标记阳性 Marker positive 长薯形 Long tuber 6
标记阴性 Marker negative 圆薯形 Round tuber 3
9 16.98

马铃薯 RB 基因开发的分子标记可对栽培品种晚疫
病抗性性状进行有效筛选[12]; 通过对二倍体群体中
抗线虫基因 H1 的定位, 开发了可应用于栽培种线
虫抗性选择的复合 PCR标记[13-14]。本研究利用二倍
体长、圆薯形的亲本及后代极端性状混池成功开发
了一个 CAPS标记, 并利用该标记对 53份四倍体马
铃薯材料进行了验证, 结果表明该标记与薯形性状
紧密连锁 , 可应用于四倍体材料的薯形辅助选择 ,
提高育种效率, 节约育种成本。
标记辅助育种技术在马铃薯多个性状上得以应
用 , 例如Bryan等 [15]开发出与抗马铃薯孢囊线虫紧
密连锁的分子标记SPUD1636, 利用该标记可辅助
筛选马铃薯抗孢囊线虫植株 ; Bradshaw等 [16]利用
RFLP标记结合BSA分析方法筛选到2个与抗晚疫病
连锁的标记, 并用于马铃薯抗晚疫病育种; 李飞[17]
根据马铃薯关键脱氢酶基因SAD开发了一个可应用
于马铃薯耐冻性选择的CAPS标记。与马铃薯其他标
记筛选相关性状相比, 本研究所开发的标记用于筛
选四倍体圆薯形材料效率更高 , 达到90%以上 , 这
对马铃薯育种尤其是薯片加工品种选育将起到积极
作用。
在利用CAPS标记1137-CAPSVI对四倍体材料
检测时, 我们发现PCR产物酶切条带的亮度不尽相
同, 这可能是由于圆薯形对长薯形为显性, 普通栽
培种中圆薯形材料可能存在 4种基因型形式
(RoRoRoRo、RoRoRoro、RoRororo和Rorororo), 即使
在等量酶切底物条件下, 具有RoRoRoRo基因型的圆
薯形材料的标记特异性条带(700 bp和200 bp)最亮,
其他3个基因型的标记特异性条带的亮度依次逐渐
减弱, Rorororo基因型的圆薯形材料的特异性条带最
弱。因此, 要想利用标记特异性条带的亮度来区分
圆薯形材料、长薯形材料以及其基因型差异, 需在
实际操作时用饱和扩增的PCR产物进行完全酶切。
在标记辅助育种中, 对目标性状选择的准确性
是一个核心问题, 标记的准确与否直接影响到分子
标记选择的成败[18]。本研究中有9份材料(3个圆形材
料和6个长形材料)的分子标记检测结果与表型鉴定
结果不一致, 可能是因为除主效基因Ro影响马铃薯块
茎形状之外, 还存在一些修饰基因[19-20]。Björn等[21]
研究表明, 在第2、第4和第11染色体上存在3个影响
薯形的基因座; Prashar等[22]利用马铃薯高密度遗传
图谱结合表型鉴定结果 , 分别于第2和第10染色体
上鉴定出两个块茎形状主效QTL, 这些修饰基因都
会影响标记关联度。另外, 群体规模小, 环境因素及
人工鉴定误差也会影响鉴定结果的准确性。因此 ,
在进行马铃薯薯形分子标记辅助选择时, 选用多个
薯形QTL连锁标记或功能基因标记进行检测, 结果
将更加准确可靠。
4 结论
开发了一个可用于四倍体马铃薯薯形辅助选择
的分子标记 1137-CAPSVI, 该标记对圆薯形材料的
选择准确率可达 91.42%, 这对利用标记辅助选择加
速马铃薯加工品种的选育和进一步探明薯形的遗传
机制具有重要意义。
References
[1] 黑龙江省农业科学院马铃薯研究所. 中国马铃薯栽培学. 北
京: 中国农业出版社, 1994. pp 37–41
Potato Research Institute, Heilongjiang Academy of Agricultural
Sciences. Potato Cultivation in China. Beijing: China Agriculture
Press, 1990. pp 37–41 (in Chinese)
[2] Vreugdenhil D, Bradshaw J, Gebhardt C, Govers F, Taylor M A,
MacKerron D K, Ross H A. Potato Biology and Biotechnology:
Advances and Perspectives: Advances and Perspectives. Amster-
dam: Elsevier, 2011. pp 211–213
[3] Salaman R N. The inheritance of colour and other characters in
the potato. J Genet, 1910, 1: 7–46
[4] Emme H. Genetik der kartoffel. Biologicheskii Zhurnal, 1937, 6:
787–796
[5] De Jong H, Rowe P R. Genetic markers in inbred clones of culti-
vated diploid potatoes. Potato Res, 1972, 15: 200–208
[6] Masson M F. Mapping, Combining Abilities, Heritabilities and
Heterosis with 4x×2x Crosses in Potato. PhD Dissertation of
Wisconsin University, USA, 1985
[7] van Eck H J, Jacob J M E, Stam P, Ton J, Stiekema W J, Jacobsen
E. Multiple alleles for tuber shape in diploid potato detected by
1536 作 物 学 报 第 41卷


qualitative and quantitative genetic analysis using RFLPs. Genet-
ics, 1994, 137: 303–309
[8] 邓珍. 二倍体马铃薯组培苗耐旱性相关性状QTLs定位与分析.
中国农业科学院硕士学位论文, 北京, 2014
Deng Z. Analysis of QTLs Related to Drought Tolerance in Vitro
Diploid Potatoes. MS Thesis of Chinese Academy of Agricultural
Sciences, Beijing, China, 2014 (in Chinese with English abstract)
[9] 晁祥健, 孔维国, 张煜, 刘生祥, 杨煜, 李广存. 二倍体马铃
薯资源现状及应用研究进展. 山东农业科学, 2008, (7): 49–53
Chao X J, Kong W G, Zhang Y, Liu S X, Yang Y, Li G C. Diploid
potato germplasm resources and their application. Shandong
Agric Sci, 2008, (7): 49–53 (in Chinese with English abstract)
[10] Bradshaw J E, Mackay G R. Potato Genetics. Wallingford: CAB
International, 1994. pp 227–229
[11] 邢延豪, 周延清, 楚素霞, 郭静佩, 周鹏, 范念斯. CAPS 标记
技术及其应用进展. 江苏农业科学, 2011, (5): 4–76
Xing Y H, Zhou Y Q, Chu S X, Guo J P, Zhou P, Fan N S. CAPS
marker technology and its application progress. Jiangsu Agric Sci,
2011, 39(5): 74–76
[12] Colton L M, Groza H I, Wielgus S M, Jiang J. Marker-assisted
selection for the broad-spectrum potato late blight resistance
conferred by gene derived from a wild potato species. Crop Sci,
2006, 46: 589–594
[13] Bakker E, Achenbach U, Bakker J, van Vliet J, Peleman J, Segers
B, Goverse A. A high-resolution map of the H1 locus harbouring
resistance to the potato cyst nematode Globodera rostochiensis.
Theor Appl Genet, 2004, 109: 146–152
[14] Asano K, Kobayashi A, Tsuda S, Nishinaka M, Tamiya S. DNA
marker-assisted evaluation of potato genotypes for potential re-
sistance to potato cyst nematode pathotypes not yet invading into
Japan. Breed Sci, 2012, 62: 142
[15] Bryan G, McLean K, Bradshaw J, De Jong W, Phillips M, Castelli
L, Waugh R. Mapping QTLs for resistance to the cyst nematode
Globodera pallida derived from the wild potato species Solanum
vernei. Theor Appl Genet, 2002, 105: 68–77
[16] Bradshaw J E, Hackett C A, Pande B, Bryan G J. QTL mapping
of yield, agronomic and quality traits in tetraploid potato (So-
lanum tuberosum subsp. tuberosum). Theor Appl Genet, 2008,
116: 193–211
[17] 李飞. 马铃薯耐冻相关基因克隆与功能分析. 中国农业科学
院博士学位论文, 北京, 2013.
Li F. Isolation and Functional Analysis of the Gene Related to
Frost Tolerance in Potato. PhD Dissertation of Chinese Academy
of Agricultural Sciences, Beijing, China, 2013 (in Chinese with
English abstract)
[18] 陈峰, 周继华, 张士永, 严长杰, 朱文银, 孙亚伟, 袁守江, 杨
连群. 水稻抗条纹叶枯病基因 Stv-bi 的分子标记辅助选择. 作
物学报, 2009, 35: 597–601
Chen F, Zhou J H, Zhang S Y, Yan C J, Zhu W Y, Sun Y W, Yuan
S J, Yang L Q. Marker-assisted selection for Stv-bi gene control-
ling resistance to rice stripe disease. Acta Agron Sin, 2009, 35:
597–601 (in Chinese with English abstract)
[19] Meyer R C, Milbourne D, Hackett C A , Bradshaw J E, McNichol
J W, Waugh R. Linkage analysis in tetraploid potato and of mark-
ers with quantitative resistance to late blight. Mol Gen Genet,
1998, 259: 150–160
[20] De Jong H, Burns V J. Inheritance of tuber shape in cultivated
diploid potatoes. Am Potato J, 1993, 7: 267–284
[21] Björn B, Paulo M J, Mank R A, van Eck H J, Van Eeuwijk F A.
Association mapping of quality traits in potato (Solanum tubero-
sum L). Euphytica, 2008, 161: 47–60
[22] Prashar A, Hornyik C, Young V, McLean K, Sharma S K, Dale
M F B, Bryan G J. Construction of a dense SNP map of a
highly heterozygous diploid potato population and QTL
analysis of tuber shape and eye depth. Theor Appl Genet,
2014, 127: 2159–2171