论文部分内容阅读
大豆白粉病（soybean powdery mildew）是由大豆白粉病菌（Microsphaera diffusa Cooke&Peck）侵染引起的一种区域性和季节性较强的真菌性病害,在凉爽、湿度大、早晚温差较大的环境条件下较易发病,能导致感病品种减产30-40%。国内外关于大豆白粉病的研究报道较少,种质资源筛选、抗病遗传机制以及抗病基因功能分析等方面的研究极少。近年来,在我国华南和西南大豆种植区,大豆白粉病发病面积呈快速扩展的趋势,选育和利用抗病品种是防治大豆白粉病最经济、有效的方法,对大豆白粉病的抗性资源及其抗病性机制进行深入研究并培育抗病品种具有重要的意义。本研究旨在筛选抗大豆白粉病的资源,明确大豆白粉病的抗性遗传机制及抗病基位点,分析抗病候选基因的功能,主要研究结果分述如下:对南方7省区的593份普通大豆种质和来自国内外的407份普通大豆品种（系）进行白粉病抗性鉴定,分别筛选出337份和204份对白粉病免疫的种质材料,分别占所鉴定材料的57%和50%,这表明普通大豆抗白粉病资源比较丰富。对华南地区的408份野生大豆进行白粉病苗期抗性鉴定,筛选出61份对白粉病免疫的野生大豆材料,占鉴定总数的15%。大豆品种中黄24具有对白粉病成株抗性,在以中黄24和感病品种华夏3号为亲本的杂交后代中,F1抗白粉病,F2和F8:11群体的抗感株系分离比分别符合3抗:1感和1抗:1感的理论值,表明中黄24对大豆白粉病的抗性遗传符合孟德尔显性单基因的遗传规律。利用F8（中黄24×华夏3号）高密度遗传图谱和群体表型,采用复合区间作图法,将中黄24对白粉病的成株抗性位点定位在第16号染色体的3650624-36,797,192bp,该区间预测含有48个候选基因,其中20个候选基因含有抗病蛋白TIR-NBS-LRR（Toll-interleukin receptor-nucleotide-binding site-leucine-rich repeat）结构域。大豆品种BRSMG68（简称“B13”）对白粉病免疫,对由感白粉病品种桂早1号和B13为亲本的杂交后代进行白粉病抗性鉴定,F8:11（桂早1号×B13）群体抗感株系分离比例符合1抗:1感的理论值,其抗性遗传符合孟德尔单基因的遗传规律。以Wm82.a2.v1大豆参考基因组为参考,对F8（桂早1号×B13）群体测序数据进行分析及构建了新的高密度遗传图谱,采用复合区间作图法对大豆白粉病抗性进行定位和效应检测,将B13抗大豆白粉病位点定位在第16号染色体的37,102,014 bp-37,290,074bp,该区间预测含有28个候选基因,其中17个候选基因含有抗病蛋白TIR-NBS-LRR结构域。用q RT-PCR方法对抗白粉病位点的17个抗病候选基因表达水平进行分析,发现抗、感亲本接种白粉病菌后,9个候选基因（Glyma.16g213900、Glyma.16g214200、Glyma.16g214300、Glyma.16g214500、Glyma.16g214800、Glyma.16g214900、Glyma.16g215100、Glyma.16g215200、Glyma.16g215300）在亲本间的表达量存在显著差异,推测这9个候选基因参与到大豆对白粉病抗性调控机制中。通过在定位区间开发新的标记对含有319个株系的F2:10（桂早1号×B13）群体进行连锁分析,将B13白粉病抗性位点进一步缩小在标记BARCSSR-03和BARCSSR-05之间,预测该区间含有6个候选基因,其中5个候选基因（Glyma.16g214100、Glyma.16g214200、Glyma.16g214300、Glyma.16g214500和Glyma.16g214600）含有抗病蛋白TIR-NBS-LRR结构域。在238份大豆核心种质中,共筛选出分别对白粉病免疫、高抗、中感材料、高感以及成株抗性材料73份、7份、38份、49份和71份,分别占鉴定总数的30.7%、2.9%、16%、20.6%和29.8%。采用Gen ABEL,对白粉病抗性与3,109,565个SNP进行了全基因组范围内的关联分析,发现与白粉病抗性的最大峰位于第16号染色体末端,选择-log10P最大的两个SNP位点（Chr16＿37237101＿SNP＿C＿T和Chr16＿37154035＿SNP＿A＿C）间约100 kb的基因作为候选基因进行分析,6个候选基因Glyma.16g213700、Glyma.16g213900、Glyma.16g214000、Glyma.16g214300、Glyma.16g214500和Glyma.16g214600受白粉病菌诱导后,其表达量在免疫材料和感病材料存在明显差异,推测这6个基因可能在大豆抗白粉病中具有抗病功能。对238份大豆核心种质资源白粉病抗性进行分子鉴定,发现标记G07、G22和G25扩增出基因型与表型的一致性分别为81.7%、81.4%和78.2%,其中标记G07抗病基因型所对应抗病表型材料的一致性为85%,标记G22感病基因型所对应感病表型材料的一致性为81.1%。采用农杆菌介导拟南芥和大豆子叶节遗传转化方法,分别将Glyma.16g214500、Glyma.16g215100和Glyma.16g215300基因转化至感白粉病的拟南芥野生型和大豆材料并获得过表达株系,而转基因株系与野生型一样都感白粉病,推测这3个基因可能不是大豆抗白粉病的主效基因或者其抗病功能未被激发。