壹、種質資源的鑒定和分類
分子標記技術可以快速構建種質資源的指紋圖譜，為種質資源的鑒定和分類、優良種質資源的知識產權保護和核心種質庫建設提供了更加客觀的依據。
(1)朝天椒和北柴胡的鑒別
朝天椒和北朝天椒在形態上相似。辣椒屬植物分類學中的壹個長期爭論是朝天椒和北朝天椒是兩個不同的種還是同壹種中的兩個不同類型。美國新墨西哥州立大學的研究人員通過RAPD(Random Amplified Polymorphic DNA，隨機擴增多態DNA)標記分析發現，朝鮮薊品系間的平均遺傳相似系數為0.85，北朝鮮薊品系間的平均遺傳相似系數為0.80，而朝鮮薊和北朝鮮薊品系間的平均遺傳相似系數僅為0.38(Bl和Bosland，2000)。根據這壹強有力的證據，結合它們之間形態性狀的差異以及雜交後代繁殖力降低的事實，他們認為朝鮮薊和北朝鮮薊是兩個不同的物種
(2)栽培辣椒起源中心和次生中心的遺傳多樣性比較。
栽培辣椒(C.annuum var.annuum)起源於墨西哥，於15世紀由航海家哥倫布帶到歐洲，後傳播到亞洲和非洲。亞洲、中歐和南歐以及非洲被認為是胡椒的次級中心。尼泊爾廣泛種植辣椒，當地農民保存了大量的當地品種。RAPD標記的聚類分析表明，當遺傳相似系數設置為0.80時，尼泊爾的所有地方毒株被聚在壹起，而墨西哥的毒株可分為8個不同的類群(Bl和Bosland，2002)。這說明由於洲際遷徙，尼泊爾胡椒種群已經過了壹個進化瓶頸，遺傳背景狹窄。我國湖南、雲南、四川、陜西等省也有許多地方品系，是我國辣椒育種的主要遺傳材料。尼泊爾的案例對我國辣椒種質資源的研究應該有所啟發，即在收集中國特色辣椒種質資源的同時，更應重視辣椒起源中心墨西哥種質資源的收集，因為起源中心擁有更豐富的基因庫。
二、辣椒分子標記的遺傳圖譜
遺傳圖譜是遺傳育種研究的基礎工具，也是挖掘種質資源中有益基因特別是數量性狀基因的藍圖。在分子標記誕生之前，只有玉米、番茄等少數作物有相對完整的遺傳圖譜。分子標記的誕生為遺傳圖譜的構建提供了極大的便利。辣椒分子遺傳圖譜的建立得益於其與模式作物番茄的親緣關系。番茄和辣椒的比較遺傳學研究表明，雖然辣椒的基因組進化發生了很大的重組，導致辣椒的基因組比番茄大3-4倍，基因的序列差異很大，但這兩種茄科作物的基因內容卻極其相似。所有測試的番茄cDNA探針都能與辣椒基因組DNA雜交(Tanksley等，1988)。這些探針的RFLP標記構成了辣椒分子遺傳圖譜的骨架。到目前為止，研究人員已經發表了10張辣椒的分子遺傳圖譜，但最具代表性的是康奈爾大學和法國農業科學院發表的兩張圖譜。
康奈爾大學圖譜(CU-Map)中所用的群體是壹年生黃櫨×北五味子種間雜交的F2代群體。該圖譜包括11個大連鎖群(76.2 ~ 192.3 cm)和2個小連鎖群(19.1和12.5cM)，總覆蓋範圍為1245.7cM結果表明，它們之間有18個同源連鎖片段，覆蓋了番茄基因組的98.1%和辣椒基因組的95%。通過這個圖譜和馬鈴薯圖譜，他們確定了引起這三種重要茄科作物進化分化的染色體重組類型和次數，重建了這三種作物同壹祖先的理論圖譜。這些染色體重排包括5個易位、10個臂內倒位、2個臂內倒位和4個染色體分離/聯合。作圖群體的雙親之間也有三個染色體重排。CU-MAP***標記了包括RFLP、RAPD、AFLP(擴增片段長度多態性)和同工酶在內的677個標記，平均每1.8cM標記1個，但由於染色體上標記分布不均勻，54%的標記集中在著絲粒附近，使得CU-MAP骨架圖的標記密度為9cM/標記(Livingstone等，1999)。這個標記密度對於胡椒來說是理想的。
法國農業科學院INRA-MAP使用的三個群體都是壹年生黑麥草種內雜交群體，包括兩個DH(雙單倍體)群體(HV-H3×Vania和PY-多年生×Yolo Wonder)和壹個F2群體(YC-Yolo Wonder×criollo de Morelos 334)。由於常規育種中使用的種質資源主要來自於壹年生黑麥草，種內雜交圖譜可以更好地用於分析育種中實際使用的基因庫，可以直接為育種服務提供分子標記。例如，這三個群體中的壹個親本對CMV和疫病有部分抗性，而另壹個親本對這兩種重要病害高度敏感。HV和PY是DH群體，屬於永久群體。他們可以多年反復觀察各種數量性狀的遺傳。以Palloix博士為首的法國農科院辣椒育種組也準備將YC群體轉化為永久RIL(重組近交系)群體，以研究抗疫病這壹重要數量性狀(Palloix，個人通訊)。* * *、PY和YC圖譜上分別標記了543、630和208個標記位點(包括RFLP、RAPD、AFLP、PCR、同工酶和形態標記)。通過整合這三個圖譜，他們繪制了壹個包含12個大連鎖群的整合圖譜，與單倍體辣椒的染色體數目壹致，與CU-MAP的研究結果相似，並且這個整合圖譜與番茄圖譜的關系非常復雜(Lefebvre et al .，2002)。
許多控制園藝性狀的基因或數量性狀位點(QTL)已經定位在分子標記遺傳圖譜上(表26-1)，所述園藝性狀例如抗病性、成熟度、雄性不育性、辣味、果實顏色、果實重量和果實形狀指數。這為通過標記輔助選擇(MAS)對許多性狀進行種質資源的改良和創新提供了條件。
表26-1辣椒中定位的基因或數量性狀位點
表26-1辣椒的定位基因或數量性狀位點(續)-1
3.分子輔助篩選在種質資源改良和創新中的應用
種質資源中有益基因的利用方式有兩種:表型選擇和基因選擇(Tanksley和McCouch，1997)。表型選擇法對於單基因控制性狀的育種是成功的，如辣椒抗根結線蟲育種。但由於性狀鑒定的限制，表型選擇只能操作有限數量的基因。對於大多數重要的辣椒數量園藝性狀，如產量、抗CMV、抗枯萎病和果實性狀，表型選擇方法有很大的局限性，會遺漏許多有益基因。基因選擇法可同時選擇多個基因位點，可在苗期進行選擇，提高種質資源改良創新(特別是遺傳復雜數量性狀的改良)的效率和針對性。基因選擇的前提有兩個:壹是高覆蓋率、高密度的分子標記遺傳圖譜；二是校準該圖譜上待選的基因和數量性狀位點。以下三個例子說明了基因選擇在種質資源改良和創新中的應用。
(1)細胞質雄性不育恢復基因
辣椒細胞質雄性不育可以提高雜交制種的效率和純度，在生產上有廣闊的應用前景。CMS的育性恢復受主基因和微基因控制，並受環境條件如溫度的影響。恢復系可以在辣椒中找到，但不能在大果形甜椒中找到。在將恢復基因導入大果型甜椒的過程中，需要與不育系雜交以確定恢復基因的存在。研究表明，通過表型選擇創造大果型甜椒恢復系是非常困難的。中國農業科學院蔬菜花卉研究所辣椒育種組利用21號牛角椒(rfrf)和湘潭晚椒(rfRf)的F2群體，篩選與主效恢復基因Rf連鎖的分子標記(張等，2000)。兩個RAPD標記和Rf連鎖:OP131400只有0.34cM遠離這個主基因；OW19800位於Rf的另壹側，遺傳距離為8.12cM。供試的甜椒品種都沒有這兩個標記，可以利用這兩個標記將辣椒的主要育性恢復基因轉移到甜椒上。
與法國農業科學院合作，將育性恢復作為壹個數量性狀定位在多年生()× Yolo Wonder()群體構建的分子標記遺傳圖譜上(王等，2004)。主恢復基因位於辣椒的6號染色體上，4個微效基因被定位。其中壹個微效基因位於2號染色體上，與控制辣味的基因(Pun1)緊密連鎖，這解釋了為什麽辣椒品系的恢復系頻率較高。同時發現保持系Yolo Wonder也有能提高育性恢復的微效基因，說明育性恢復具有超親優勢。這些結果對創造高不育性不育系和高恢復性恢復系具有重要的指導意義。
(2)對黃瓜花葉病毒的抗性
CMV是辣椒上最嚴重的病害之壹，可引起嚴重的花葉癥狀，葉片變形扭曲，損害果實的商品性。CMV抗性是壹個典型的數量性狀，到目前為止還沒有發現完全抗CMV的材料。然而，在栽培辣椒的野生品系和相關野生種中發現了壹些抗性。這些材料對CMV的抗性或耐受性主要有三種機制:①抑制病毒侵入宿主細胞；②抑制病毒繁殖；③抑制病毒的運動。此外，中國的CMV抗源物質中還有另壹種CMV耐受機制，第二板斧，即患病後可恢復(Palloix，個人通訊)。通過育種將控制這些抗性機制的基因疊加起來，是獲得高抗性品種的必然途徑。
Cnta等將抑制多年生植物病毒入侵的QTL定位在3號染色體和12上。8號染色體上的TG66基因座本身不提供抗性，但它與12號染色體上的QTL有上位性相互作用。這三個基因座* * *解釋了57%的表型變異(Cnta等，1997)。甜椒自交系Vania能部分抑制病毒的長距離遷移，這種抗性主要由染色體65438上的主QTL-CMV12+02提供。根據表型鑒定的方法，這種QTL解釋了45% ~ 63.6%的表型變異(Cnta et al .，2002；Parrella等人，2002年).Palloix等人觀察到，Vania抵抗病毒入侵的能力較低，但抑制病毒運動的能力較高；另壹方面，常年。育種結果表明，結合這兩個抗病機制不同的QTL的材料具有很大的超親優勢(Palloix，personal communication)。
Ben Chaim等人在染色體11上定位了另壹個多年生抗CMV QTL——CMV 11。該QTL與TMV抗性基因L連鎖，但處於排斥期，說明CMV抗性和TMV易感性常年相關。在多年生植物中，3、4和8號染色體上CMV抗性的QTL與控制果實重量的QTL連鎖，即FW 3.2、fw4.1和fw8.1。這樣，在回交過程中，多年生小果重QTL將與CMV抗性的QTL壹起導入輪回親本中(Ben Chaim et al .，2001)。為了打破這種連鎖負擔，必須使用分子標記來準確定位這些緊密連鎖的QTL，並在更大的回交群體中篩選重組植物。
(3)對流行病的抵抗力
疫病是辣椒最嚴重的土傳病害。目前國際辣椒育種界公認的抗病性最強的材料是來自墨西哥的小果形地方品種Criollo de Morelos 334(CM334)。法國農業科學院的Palloix小組對這個抗源進行了詳細的研究，並鑒定出6個QTL:phyto . 4.1，Phyto.5.1，Phyto.5.2，Phyto.6.1，phyto . 1.66664866。2066其中，Phyto.5.1和Phyto.5.2也存在於多年生和H3等其他辣椒品系中。現在可以通過緊密連鎖的PCR標記D04來選擇植物5.2(Quirin等人，2005)。
CM334已被各國育種研究機構和種子公司廣泛用於提高抗病種質資源或商業化育種。Thabuis等(2004)利用分子標記比較了不同輪回育種方案將抗病性轉移到CM334的效率，發現在高選擇壓力下，抗病性QTL不易丟失。經過多年的努力，Palloix團隊培育出了抗疫病能力強的優良甜椒品種(個人通訊)。這些材料的引進為迅速提高我國抗病育種水平提供了機會。
經過“七五”至“九五”的快速發展，我國辣椒育種正面臨新的瓶頸。這主要是因為辣椒種質資源的收集、鑒定、改良和創新力度不夠，導致育種研究沒有取得成功。由於轉基因辣椒的困難，分子標記輔助育種已成為提高育種效率的重要生物技術手段。然而，除了細胞質雄性不育的恢復，分子標記技術在我國辣椒遺傳研究中尚未發揮作用。為了加強分子標記技術在辣椒育種和種質資源利用方面的研究，人們還有很多基礎工作要做，包括通過分子標記建立中國辣椒核心種質資源庫，建立分子標記遺傳圖譜，研究重要性狀的分子遺傳機理，以及分子標記輔助育種的實際應用。這些工作的實施需要借鑒美國、法國、以色列等國家的先進研究成果，密切關註番茄、馬鈴薯、煙草等其他茄科作物基因組學的最新進展，需要國內辣椒種質資源研究、分子生物學研究和育種研究單位的通力合作和建立可享受的創新研究體系。