十字花科蔬菜根腫病抗性遺傳及抗病育種研究進(jìn)展

周 娜，陸景偉，鄭 陽(yáng)，胡 燕，陶偉林

（重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所，重慶 401329）

十字花科蔬菜根腫病是由專(zhuān)性活體寄生菌蕓薹根腫菌（Plasmodiophora brassicaeWor.）侵染引起的一種土傳性病害，目前對(duì)于根腫菌的分類(lèi)地位，仍存有爭(zhēng)議。早期研究都將其歸為真菌界，直至2011年Neuhauser等[1]根據(jù)其形態(tài)學(xué)特征及分子生物學(xué)研究將蕓薹根腫菌劃分到原生界、根腫菌門(mén)、根腫菌綱、根腫菌屬。該菌可以危害所有易感病的十字花科植物，包括甘藍(lán)、白菜、蘿卜、蕪菁、花椰菜、西蘭花、芥菜等栽培及野生種。根腫病早在1737年于英國(guó)地中海西岸及歐洲南部被發(fā)現(xiàn)。據(jù)記載，中國(guó)最早于1936年在臺(tái)灣省發(fā)現(xiàn)，之后1947年在福建省發(fā)現(xiàn)。目前在中國(guó)東北、西南、山東及長(zhǎng)江中上游等地區(qū)均有發(fā)生，嚴(yán)重影響中國(guó)十字花科蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。歷時(shí)2個(gè)多世紀(jì)，十字花科植物根腫病至今仍然是學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)，且發(fā)病面積仍在不斷蔓延，化學(xué)、生物等方法無(wú)法徹底解決該病的危害?？共∑贩N培育是目前解決根腫病難題的最佳途徑。國(guó)際上如日本、韓國(guó)等對(duì)根腫病抗病育種的研究較早，而中國(guó)起步較晚。近年來(lái)中國(guó)對(duì)根腫病的研究越來(lái)越重視，筆者對(duì)當(dāng)前十字花科蔬菜根腫病抗性遺傳規(guī)律及抗病育種等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，并對(duì)中國(guó)十字花科蔬菜根腫病抗性研究方向進(jìn)行展望。

1 根腫病抗性遺傳規(guī)律研究進(jìn)展

十字花科蔬菜根腫病抗性遺傳規(guī)律研究對(duì)根腫病材料創(chuàng)制及抗性品種選育有非常重要的意義。目前對(duì)甘藍(lán)、白菜類(lèi)根腫病抗性（clubroot resistance，CR）遺傳研究較多，且多集中在抗性基因與 CR 位點(diǎn)連鎖的分子標(biāo)記及根腫病抗性數(shù)量性狀基因座（Quantitative trait locus, QTL）的遺傳定位上。

1.1 甘藍(lán)類(lèi)

甘藍(lán)中存在根腫病抗性基因，花椰菜、青花菜和球莖甘藍(lán)中缺少抗源，抱子甘藍(lán)上有耐病基因，蕪菁甘藍(lán)的抗病范圍較寬。傳統(tǒng)遺傳學(xué)的研究認(rèn)為，甘藍(lán)根腫病的抗性是由多基因控制的數(shù)量遺傳。Nagaoka 等[2]研究發(fā)現(xiàn)甘藍(lán)對(duì)根腫病的抗性至少由4個(gè)基因控制。Vriesenga等[3]曾報(bào)道甘藍(lán)對(duì)根腫病的抗性受2個(gè)基因控制，一個(gè)為隱性，另一個(gè)為不完全顯性。Voorrips等[4]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)甘藍(lán)根腫病抗性基因均為隱性遺傳。司軍等[5]研究認(rèn)為甘藍(lán)根腫病抗性遺傳受3對(duì)以上多基因控制，為不完全隱性遺傳。Laurens等[6]研究認(rèn)為甘藍(lán)的根腫病抗性由許多主效等位基因控制，為不完全顯性遺傳且具有明顯的加性效應(yīng)。張小麗等[7]通過(guò)有性雜交獲得抗根腫菌4號(hào)生理小種的F1橋梁材料（青花菜×甘藍(lán)近緣野生種“B2013”），研究認(rèn)為根腫病抗性以主基因遺傳為主，同時(shí)受環(huán)境影響較大，應(yīng)在早期世代進(jìn)行選擇，且BC1F2世代主基因選擇效率較高。

至今已發(fā)現(xiàn)并通過(guò)遺傳圖譜構(gòu)建獲得了20多個(gè)甘藍(lán)CR QTL，但是基于不同的抗源和生理小種所做的遺傳圖譜，且分子標(biāo)記的引物序列大多非公開(kāi)，所以這些QTL并沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。Rocherieux等[8]利用4種根腫菌株對(duì)抗源Kale的抗性進(jìn)行研究，分別發(fā)現(xiàn)了2～5個(gè)不等的QTL，其中Pb-Bo1對(duì)4種根腫菌株都具有抗性作用。Nagaoka 等[2]以DH抗感群體為試材，研究發(fā)現(xiàn)了5個(gè)QTL，并將其定位于4條染色體上，通過(guò)比較遺傳圖譜發(fā)現(xiàn)，其中pb-Bo（GC）1與Nomura 等[9]發(fā)現(xiàn)的 QTL9有可能是同一位點(diǎn)。孫超等[10]采用同源比對(duì)法，對(duì)甘藍(lán)基因組中的大白菜抗根腫病同源基因CRa和Crr1a進(jìn)行分析，結(jié)果表明：在甘藍(lán)7號(hào)染色體上存在3個(gè)預(yù)測(cè)基因?yàn)镃Ra的同源基因，即Bo7g107710、Bo7g107730和Bo7g107740，推測(cè)其中的Bo7g107730基因可能與根腫病抗性相關(guān)；在甘藍(lán)3號(hào)染色體上存在1個(gè)預(yù)測(cè)基因Bo3g164040為Crr1a的同源基因，但可能沒(méi)有抗根腫病功能。

1.2 白菜類(lèi)

白菜根腫病的抗性基因大多都來(lái)自歐洲飼料蕪菁，且基因之間相對(duì)保持獨(dú)立。Piao等[11]認(rèn)為蕪菁根腫病抗性由3個(gè)主效基因控制，這與傳統(tǒng)遺傳學(xué)的研究結(jié)果是一致的。王芳展等[12]研究認(rèn)為，大白菜對(duì)根腫病的抗性是由少數(shù)幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的主效基因控制。孫保亞等[13]研究結(jié)果與日本吉川宏昭[14]的報(bào)道一致，都認(rèn)為大白菜根腫病是由1對(duì)顯性核基因控制的。

目前報(bào)道的大白菜抗根腫病基因有8個(gè), 分別是Crr1、Crr2、Crr3、Crr4、CRa、CRb、CRc和CRk，其中Crr3、CRa、CRb、CRk被定位于A3連鎖群[15-16]。Diederichsen等[17]認(rèn)為CRa與CRb可能是等位基因或緊密連鎖2個(gè)抗病位點(diǎn)。陳慧慧等[18]將大白菜抗根腫病基因CRb定位在 0.18 cM的2個(gè)具有較高通用性的共顯性標(biāo)記之間。王淼等[19]利用與大白菜根腫病抗性基因CRb緊密連鎖的AFLP標(biāo)記構(gòu)建了2張覆蓋長(zhǎng)度為576 cM、平均圖距3.3 cM的大白菜遺傳連鎖圖譜，并將抗根腫病基因CRb定位在第1條連鎖群9 cM的范圍內(nèi)，為大白菜抗根腫病育種的分子標(biāo)記輔助選擇奠定了基礎(chǔ)。

2 根腫病抗病育種現(xiàn)狀

目前大白菜根腫病的抗病遺傳規(guī)律相對(duì)較簡(jiǎn)單，對(duì)其研究的比較深入，獲得相應(yīng)的抗根腫病分子標(biāo)記較多，采用傳統(tǒng)育種手段結(jié)合分子標(biāo)記輔助選擇，選育出了一些抗病材料，陸續(xù)推出了抗病品種進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，且已有商品化抗病品種應(yīng)用。Piao 等[20]利用來(lái)自韓國(guó)和日本的大白菜抗根腫病品種，發(fā)現(xiàn)CRb的2個(gè)側(cè)翼標(biāo)記TCR01和TCR09能夠有效應(yīng)用于分子標(biāo)記輔助選擇。樸鐘云等[21]以具有抗根腫病基因CRb的大白菜“CR Shinkii DH”系為抗源，通過(guò)分子標(biāo)記輔助選擇選育出大白菜優(yōu)良自交系“BJN3”的9份抗根腫病近等基因系。耿新翠等[22]根據(jù)抗根腫病基因、核不育“復(fù)等位基因”和球心色基因的遺傳規(guī)律，利用桔紅心的子葉顏色作為形態(tài)標(biāo)記進(jìn)行轉(zhuǎn)育，結(jié)合抗性鑒定，經(jīng)過(guò)4代轉(zhuǎn)育（BC1F3代）得到純合抗病的桔紅心甲型“兩用系”。引自韓國(guó)的大白菜抗根腫病品種CR-英雄已在重慶地區(qū)大面積推廣種植，抗性較好。另外，山東青島農(nóng)科院、北京農(nóng)林工程中心、沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)等陸續(xù)推出了抗根腫病大白菜品種且已進(jìn)行推廣試驗(yàn)示范。

甘藍(lán)根腫病的抗性遺傳規(guī)律較復(fù)雜，獲得純系抗病材料的難度很大，育種進(jìn)展緩慢。國(guó)外早在1973年，Mcnaughton[23]就以抗根腫病的蘿卜為母本，通過(guò)遠(yuǎn)緣雜交的手段，獲得了抗根腫病甘藍(lán)×蘿卜雜種F1。目前已有抗病品種不斷推出試驗(yàn)。國(guó)內(nèi)可利用的甘藍(lán)根腫病抗源相對(duì)較少且抗性單一。肖崇剛等[24]對(duì)不同的甘藍(lán)材料進(jìn)行苗期人工接種抗性鑒定，篩選出對(duì)根腫病不同抗性的甘藍(lán)材料，并培育成耐根腫病甘藍(lán)品種西園六號(hào)和西園八號(hào)。彭麗莎等[25]利用胚挽救技術(shù)獲得甘藍(lán)和大白菜遠(yuǎn)緣雜交的F1代，通過(guò)形態(tài)學(xué)和細(xì)胞學(xué)鑒定獲得抗根腫病的甘藍(lán)×大白菜中間材料，為甘藍(lán)抗根腫病材料創(chuàng)制打下基礎(chǔ)。孫超等[10]應(yīng)用采自湖北長(zhǎng)陽(yáng)、陜西太白、河南新野3個(gè)地方的根腫病菌對(duì)22份不同甘藍(lán)材料進(jìn)行抗病性鑒定，研究篩選出高抗陜西太白根腫病菌的品種BDH3，抗河南新野根腫病菌的品種 Chou hybride Tekila、SW-110、CGL-8、先正達(dá)和SW-109，為甘藍(lán)根腫病抗性研究提供了可供選擇的抗源材料。

3 展望

隨著世界范圍內(nèi)十字花科蔬菜根腫病越來(lái)越嚴(yán)重，受害面積不斷加大，加之化學(xué)防治污染重、成本昂貴，生物防治效果有待進(jìn)一步加強(qiáng)，抗病育種的重要性日益凸顯。在根腫病抗性遺傳規(guī)律研究不斷深入的基礎(chǔ)上，隨著分子標(biāo)記輔助育種、QTL定位、基因圖譜構(gòu)建等分子生物學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，加速新材料創(chuàng)制、縮短十字花科根腫病抗病育種進(jìn)程將成為可能。

近年來(lái)，大白菜根腫病抗病育種在基礎(chǔ)研究及材料創(chuàng)制方面都取得了明顯的進(jìn)展。甘藍(lán)的抗性研究方向及思路也越來(lái)越明確，而蘿卜抗性育種目前研究較少；據(jù)前人研究，蘿卜比甘藍(lán)和蕪菁甘藍(lán)抗病，且日本蘿卜在十字花科作物中表現(xiàn)最抗病。洪雅婷等[26]研究認(rèn)為四季蘿卜“北京紅丁”抗根腫病基因?yàn)楹诉z傳，受1對(duì)顯性主效基因控制，同時(shí)還受一些微效基因影響，這一研究結(jié)果無(wú)疑為抗病基因的挖掘及抗病品種的培育提供了新的可能。

十字花科根腫病致病菌為專(zhuān)性寄生的蕓薹根腫菌，致病力強(qiáng)且多樣的致病型生理小種分化形成較為復(fù)雜的群體結(jié)構(gòu)，使抗病品種的抗病穩(wěn)定性很難持久；因此，選育2種及2種以上生理小種抗源的復(fù)合抗病材料及品種必將是未來(lái)十字花科蔬菜根腫病抗性育種的目標(biāo)。在今后的育種工作中，要充分利用國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)地區(qū)的育種材料，并進(jìn)行大量抗源篩選，同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)世界范圍內(nèi)抗源種質(zhì)引進(jìn)，尤其是日本、韓國(guó)及歐洲等抗病資源較為豐富的國(guó)家，為今后的抗性育種創(chuàng)造更多的有效資源。

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