核心葡萄基因组和廉价DNA测序：葡萄育种者的新路线图
葡萄101是一系列简介文章，突出了酷气候葡萄和葡萄酒生产的基础。
由Tim Martinson和Bruce Reisch
那些熟悉康奈尔葡萄育种项目的人意识到，它在释放新品种方面是非常高产的。自从Bruce Reisch在1982年发行了“地平线”(卡尤加白的兄弟)以来，已经有几张专辑获得了成功，包括Traminette, Geneva Red (GR7)， Corot noir, Noiret, Valvin Muscat, Aromella和Arandell。公平地说，这些都是“大海捞针”，是通过15-20年的评估过程不断循环新的作物(每年大约3000株)产生的结果。
但了解生产抗病，优质表和葡萄酒葡萄的潜在遗传性状。葡萄成长昂贵，直到最近，提取所需特征的潜在遗传基础，如抗病和冷耐寒性是耗时和乏味的。玉米育种者每年都能够生产成千上万的幼苗，并在一个生长季节结束时评估它们。这是（以及近距离繁殖线等其他伎俩）允许他们在20世纪20年代初开始，从20世纪20年代初开始，他们的继承。由于20世纪30年代，玉米产量具有Quintulded（5倍）。
葡萄育种者每年只能屏蔽大约2,000个幼苗，并且必须将它们持续到少数“高级选择”持续数年的评估。较低的数量，慢速转机和高成本保留幼苗是一种有人存在的葡萄遗传学家和育种者在确定遗传性状的遗传和负责它们的基因中的三个因素。
便宜的DNA测序是一个游戏规则改变者
廉价的DNA测序和“聚合酶链反应”(Polymerase Chain Reaction，简称PCR)改变了这一局面。据美国国家卫生研究所(National Health Institute)称，自2007年以来，人类基因组测序的成本已从1000万美元降至1000美元。现在比十年前便宜一万倍。对100万个DNA碱基对进行测序，现在只需1.2美分，而2007年只需500美元。
这开辟了葡萄育种者映射葡萄基因组的可能性，并发现与疾病抗性等特征有关的DNA标志物。截至2010年，欧洲研究人员发表了一个名为“PN40024”的自交式黑穗线的第一个完整基因组 - 一个主要的成就，以及数百万的研究投资以及几年的努力。
它的工作量很好vitis Vinifera但在北美地区就没那么好了vitis.在育种计划中，这些物种是许多抗病和耐寒特性的来源。简单地说，来自PN40024的标记对北美没有信息vitis.在许多育种项目中使用的物种。
其中一个原因是欧洲人的原因vitis Vinifera起源于北美vitis.大约两千万年前。2000万年对于欧洲物种和北美物种来说是一段很长的时间。北美约20种和欧洲种vitis.全部可识别为葡萄藤，几乎所有都是肥沃的杂种V. Vinifera- 但它们的基因组在结构上与同时在结构上重新排列。
核心基因组和可转移标记
这使得康奈尔大学遗传学研究人员孙琦、邹程和博士后阿维·科恩，以及美国农业部研究人员兰斯·卡德-戴维森和杰森·伦敦对9个北美地区进行了测序vitis.基因组，并试图对齐“核心基因组”(即。所有这些物种都与现存的参考PN40024基因组有共同之处。
结果是所有物种中有大约10％的共性。通过使用“核心基因组”序列，该团队能够提出跨越19个染色体（良好覆盖率）并与之合作的DNA标志物葡萄属锐利和血管灰质就像他们对vitis ViniferaPN40024基因组。看 （葡萄培植者寻找可靠的DNA标记:为什么黑皮诺PN40024参考基因组不是足够的)。
现在的情况
现在，育种者可以访问一系列2,000个DNA标记，或多或少地在整个19个葡萄染色体中均匀间隔，这在各种各样的情况下工作vitis.属。这个标记平台允许他们查看兄弟姐妹的家庭映射的数量并确定每个藤的标记组合。像人类兄弟姐妹一样，这两个不同的父母的这些兄弟姐妹们从每个父母那里覆盖不同的特征的组合。然后，研究人员可以从这些兄弟姐妹中找到遗传特征所在的这些兄弟姐妹。并以合理的成本为准，每葡萄酒约为10美元。
抗病标记及其使用
自2000年以来，已经鉴定出了几种白粉病(10)和霜霉病(27)的DNA标记(见图2)。这些标记用三个字母编码来标识，包括病原体的学名和数量(例如Ren2 =抗性白粉菌属necator2用于白粉病） - 用简单的DNA测试易于识别。实际上，它允许育种者每年测试他们产生的每种幼苗 - 并了解幼苗含有的抵抗基因。
育种者可以检测组织，丢弃那些不含他们想要的基因的组织，而不是把它们种在地里寻找自然的白粉病感染。这个过程称为分子标记辅助选择正在允许繁殖计划用具有已知特征的葡萄藤储存管道 - 并节省时间，空间和金钱。随着这些新选择在饲养员的种植中增加了多年的，他们现在正在进行的测试投资将在未来增加股息。
Bruce Reisch的程序已经有几种，他的计划中已知的白粉病和柔软的霉菌疾病抗性。例如（图3），一个名为的新选择4427075在2014年生产的两个粉末状霉菌（Run1和Ren2）和一个柔软的霉菌（RPV1）标记，目前正在通过该计划进行评估。
将抗病基因纳入新品种将为全球葡萄种植者支付股息。抗病品种而不是需要像“霞多丽”10到14次一样喷洒多样化，而是将喷涂应用数量降至两到三倍的前景。杀菌剂喷雾潜在80％的经济，环境和社会效益，种植这些新品种将是大量的。
这vitis.Gen2项目，由Reisch和USDA Scientist Lance Cadle-Davidson领导，是由美国农业部专业作物研究倡议提供的全国范围的项目，涉及加州，明尼苏达州，密苏里州，北达科他州，南达科他州和纽约的研究人员。它的目的是发现DNA标记，特别是与粉末状霉菌抵抗和果实质量相关的DNA标志物，饲养员可以使用标记辅助选择新品种。迄今为止，项目及其前身（vitis.基因1)已经发现了70多个理想性状的DNA标记。这些DNA标记为葡萄育种者提供了一个路线图，以生产出未来更可持续和更有弹性的新一代葡萄。
Tim Martinson是高级延长助理和布鲁斯·瑞萨是康奈尔综合植物科学学院园艺部分的葡萄繁殖和遗传学教授。两者都是基于纽约州日内瓦的康奈尔·阿格里德。