日本的苹果育种史及新兴育种技术

聊聊日本的苹果育种史，展望果树育种新天地...




日本苹果育种简史



明治（1868~1911年 ）维新时期的日本从之前的‘闭关锁国’转向‘全盘西化’式的改革，国门开放，苹果商业化栽培也是从那时（1870年代）逐渐出现。当时主要是从国外引进品种，至1900年代陆续从美国、法国、加拿大等西方国家引入了约300个品种，从中筛选出了7个主栽品种（‘American  Summer Pearmain’,  ‘Ben  Davis’,  ‘Fameuse’,  ‘Jonathan’,  ‘Smith Cider’, ‘Ralls Janet’与 ‘Red Astrachan’），在1940-1960期间光‘Jonathan’（‘乔纳金’）和‘Ralls Janet’（‘国光’）这两个品种就占了85%的份额。

二战后，在本土育种者的努力，老的外来品种逐渐减少，自主育成的新品种逐渐成为主角。至2014年日本前4大苹果主栽品种分别为：‘Fuji’（‘富士’，53.5%）、‘Tsugaru’（‘津轻’，11.2%）、‘Orin’（‘王林’，7.4%）和‘Jonagold’（‘乔纳金’，6.9%）。


日本主要苹果育种机构及育种成就

青森县苹果试验场 Aomori Apple Experiment Station

现在改称‘苹果研究所 (Apple Research Institute),1928年开始启动苹果育种，至今已注册了19个品种和25个未注册品种。其中比较著名的品种有：‘Mutsu’（在中国叫‘陆奥’，在美国叫‘Crispin’），是日本第一个苹果注册品种（在1949年）；‘Tsugaru’（‘津轻’）； ‘Aori  27/Chiyuki(TM)’ ，一个果肉不会褐变的品种，2014年在美国申请了专利； ‘Aori  15’/Hoshi  no  Kinka(TM)’  ，一个晚熟耐储品种。

国家果树研究所 The national Institute of Fruit Tree Science

1939年开始启动苹果育种，最大的贡献就是‘Fuji’苹果的育成（1962年注册）。

地方研究机构

如岩手县农业研究中心( Iwate  Agricultural  Research Center)育成了早熟品种‘Kiou’；长野县果实试验场(Nagano Fruit Tree Experiment Station)育成了‘Shinano Sweet’（有人译作‘红颜姬’）和‘Shinano Gold’，栽培面积正在逐步扩大；还有山形市(Yamagata)、宫城县(Miyagi)、福岛市(Fukushima)、群马县(Gunma)、石川市(Ishikawa)等地方上的研究机构也都育成了一些品种。

个人（种植户/工人等）

一支不可小觑的力量，大名鼎鼎的‘Orin’('王林')就是福岛县的某位同志从‘Indo’בGolden Delicious’杂交组合中选出的，具体是哪位查不到了，搞苹果的同行们给我留言呗！

苹果育种技术的发展

找DNA标记，开发MAS

抗性是主公方向：例如，找到了黑星病（Scab）抗性主效基因Rvi15(Vr2)和Rvi6(Vf)，2013年他们针对这两个主效基因开发出DNA标记并筛选出了抗黑星病的品种‘Aori 25’（含有Rvi6抗性基因）。但单一抗性基因远不能解决全部问题，需要聚合更多抗性基因才能发挥更大效用，因此需要更多的抗性基因标记。

这一点瑞士人走在了前面，2009年该国Changins-Waedenswil研究所的Patocchi搞出了9个黑星病主要抗性基因（Rvi2, Rvi4, Rvi5, Rvi6, Rvi11, Rvi12, Rvi13, Rvi14和 Rvi15）的标准SSR标记，这样用来筛选高抗后代就方便高效多啦！此外，高品质+聚合多种抗性基因是今后MAS的主要研究方向，又是瑞士的那个研究所在2008年还搞出了能检测两个黑星病抗性基因和一个白粉病的抗性基因的DNA标记并应用于育种群体的筛选（下图），将10000个单株一下子降到了4000，60%的工作量去掉了，这实在是帅。国内的同行们加油啊！我们就需要这样的标记以及高效检测的方法！



相对于抗性标记的诸多进展而言，果实品质相关的标记开发则显得不那么亮眼，大多还处在寻找QTL和候选控制基因的阶段，离标记的开发与应用还有距离。不过倒也不是没有，例如果肉硬度这个性状与果实质地和储藏性能密切相关，前人证明Md-PG1基因与硬度密切相关并加以定位，意大利人S.Longhi于2013年找到了3个可用于筛选Md-PG1基因的单倍型标记，欧洲果树育种家发起的FruitBreedomics programe（点击查阅相关介绍）也找到了一个筛选Md-PG1基因的SNP标记（PG_FEM_LC_19），并应用于了MAS。

新兴育种技术

全球联合，大协作出大杀器



HiDRAS((High-quality Disease Resistant Apples  for  Sustainable  Agriculture);

IRSC(The international RosBREED SNP consortium);

 the FruitBreedomics  Project

这些跨国的育种联合研究组织开辟了果树育种新层级，能够加入其中必将促进本国育种水平的快速发展。新技术层出不穷

• Trans-grafting用转基因砧木来改善接穗的某些性状，而产品不是转基因的，可以避免一些争议。但貌似该技术本身却存在一些争议，因为观察到RNA和小RNA在砧木和接穗间都可以通过韧皮部转移的现象；
• ALSV vectors(ALSV,Apple latent spherical virus苹果潜隐球形病毒，用其作为转基因的载体会比较高效，因为病毒载体比常见的细菌载体更易侵染宿主，且表达量大，最大的好处是不需要庞杂的组培转化程序！另外，该病毒在苹果上没有发病症状，病毒不会通过花粉和种子传播，是非常好的转基因载体。利用这套系统，日本岩手大学的Yamagishi相继实现了拟南芥中控制开花的AtFT基因在苹果幼苗中的表达， 以及实现对苹果自身的抑制成花基因MdTFL1-1的沉默，从而达到缩短童期，提早开花的目的。
• Genome and epi-genome editing。就是现在大热门的基因编辑技术(ZFN, TALENS, CRISPR/Cas9和这两天火爆朋友圈的NgAgo-gDNA )，直接有目的性的对基因组做手术以创造新的可控的变异材料，告别以前用各种诱变手段来创造不可控的变异。

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