甜瓜白粉病抗性基因遺傳及候選基因定位

李冰 趙玉龍 朱強(qiáng)龍 張志鵬 樊超 高鵬 欒非時(shí)

目的與意義：白粉病是甜瓜生產(chǎn)過程中的主要病害之一，在陸地和保護(hù)地均有發(fā)生，嚴(yán)重影響甜瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)，白粉病病原菌增殖快，傳播迅速，防治困難。抗真菌藥物不能完全抑制白粉病的發(fā)生，而且過多的施用會對環(huán)境造成危害。選育抗白粉病甜瓜品種是解決白粉病影響的重要方法。甜瓜白粉病存在多種病原真菌，并且存在多種生理小種，Podosphaera xanthii 小種1是國內(nèi)引發(fā)甜瓜白粉病的主要生理小種之一，明確Podosphaera xanthii小種1侵染條件下甜瓜白粉病抗病遺傳機(jī)制、定位抗病基因，是進(jìn)行甜瓜白粉病抗性分子標(biāo)記輔助選擇育種的重要研究基礎(chǔ)。

材料與方法：以葫蘆科白粉病鑒別寄主中的高抗白粉病品種‘MR-1為母本，以高感白粉病品種‘TopMark為父本配制F1，F(xiàn)1自交配制F2分離群體;同時(shí)種植13份葫蘆科白粉病鑒別寄主鑒定白粉病生理小種。在F2分離群體中分別選擇高抗白粉病單株15株，高感白粉病單株15株，單株提取DNA，然后將抗病單株和感病單株DNA等量混合，送交公司進(jìn)行全基因組重測序。對測序結(jié)果進(jìn)行BSA分析得到控制甜瓜白粉病抗性基因存在的候選區(qū)間。通過分析候選區(qū)間內(nèi)的SNPs，開發(fā)CAPS分子標(biāo)記，根據(jù)這些標(biāo)記對 346 株 F2 分離群體進(jìn)行酶切檢測，進(jìn)行QTL分析，從而縮小候選區(qū)間。通過對候選區(qū)間內(nèi)的SNP進(jìn)行分析，對候選區(qū)間內(nèi)的基因進(jìn)行功能注釋，初步確定候選基因。

結(jié)果與分析：（1）本研究基于13份鑒別寄主對白粉病的抗性反應(yīng)，確定了白粉病生理小種為Podosphaera xanthii小種1。親本MR-1和F1對Podosphaera xanthii小種1完全免疫，而TopMark對Podosphaera xanthii小種1表現(xiàn)出嚴(yán)重的易感性。F2代中抗性個(gè)體和易感個(gè)體之間呈現(xiàn)出3∶1的分離比例。這一結(jié)果表明，MR-1對Podosphaera xanthii 小種1的抗性受單一顯性基因控制。（2）通過對親本以及F2群體極端單株建池全基因組重測序數(shù)據(jù)進(jìn)行BSA分析，甜瓜抗白粉病基因被定位到了12號染色體21 223 056～23 736 859 bp之間。（3）在候選區(qū)間內(nèi)一共鑒定出424個(gè)SNP位點(diǎn)，進(jìn)而開發(fā)了80個(gè)CAPS標(biāo)記，其中25個(gè)標(biāo)記在親本間存在多態(tài)性。利用這25個(gè)標(biāo)記對346個(gè)F2單株進(jìn)行基因分型，構(gòu)建一個(gè)49.7 cM的遺傳連鎖圖譜，平均遺傳距離為2.0 cM。通過進(jìn)行QTL分析將抗病基因定位在標(biāo)記BSA12-LI3ECORI和BSA12-LI4HINFI之間，將該位點(diǎn)命名為Pm12.1，該位點(diǎn)距兩端標(biāo)記的遺傳距離分別為0.02 cM和0.28 cM。兩標(biāo)記之間物理距離為77.97 Kb，物理位置為22 804 825 至 22 882 791 bp。（4）在77.97 Kb的候選區(qū)間內(nèi)一共存在17個(gè)基因，通過對候選區(qū)間內(nèi)的SNP進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)存在25個(gè)非同義突變SNP分布在7個(gè)基因的外顯子區(qū)域，初步將這7個(gè)基因確定為候選基因，通過對這7個(gè)基因進(jìn)行功能注釋，其功能分別為錨蛋白重復(fù)家族、富甘氨酸細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)蛋白、F-box蛋白和兩個(gè)未知蛋白。

結(jié)? ? 論：本研究中通過BSA，NGS以及廣泛應(yīng)用于不同植物材料進(jìn)行基因定位的經(jīng)典的QTL分析法進(jìn)行甜瓜抗白粉病基因定位。本研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)遺傳規(guī)律為單基因顯性的甜瓜抗Podosphaera xanthii 小種1抗性基因，并將其定位在很小的遺傳距離內(nèi)，并且預(yù)測了7個(gè)基因作為甜瓜抗白粉病候選基因。