花生晚斑病抗病育種研究進展

吳麗軍　李雙鈴　韓鎖義　夏晗　遲玉成　任艷　石延茂　尹亮　王興軍　袁美

摘要：花生晚斑病是一種世界性病害，可導致花生減產和品質降低，防治該病害最經濟有效的方法是抗病品種的應用。本文介紹了花生晚斑病的危害和防治途徑，對花生晚斑病的抗性種質資源挖掘、抗性遺傳及抗病基因、分子標記、抗病品種的培育等多個方面的最新研究進展進行了綜述，同時對加強花生晚斑病研究提出了一些建議。

關鍵詞：花生;晚斑病;病害防治;抗病育種

中圖分類號：S565.203.4 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2019）09-0177-08

Advances in Peanut Breeding for Resistance to Late Leaf Spot

Wu Lijun Li Shuangling Han Suoyi2， Xia Han3， Chi Yucheng Ren Yan Shi Yanmao

Yin Liang Wang Xingjun3， Yuan Mei1

（1.Shandong Peanut Research Institute/Key Laboratory of Peanut Biology and Genetic Improvement， Ministry of Agriculture，

Qingdao 266100， China; 2. Industrial Crops Research Institute， Henan Academy of Agricultural Sciences， Zhengzhou 450002，

China; 3.Biotechnology Research Center， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China）

Abstract Late leaf spot （LLS） disease is one of the most important leaf diseases in peanut （Arachis hypogaea L.）， which could cause substantial yield losses and reduce the seed quality. Application of resistant varieties is one of the most economical and effective methods for controlling this disease. In this paper， the damage and controlling ways of LLS were summarized. The recent research progress on identification of resistant germplasm resources， resistance inheritance and disease resistant genes， molecular markers， breeding of disease-resistant varieties and so on were reviewed. Moreover， some suggestions were put forward for strengthening LLS research.

Keywords Peanut; Late leaf spot; Disease management; Disease resistant breeding

花生是世界上重要的經濟和油料作物之一，在食用植物油及休閑食品中占有舉足輕重的地位?；ㄉ~斑病在所有花生產區均有發生或流行，是造成花生減產的重要因素之一?；ㄉ~斑病包括褐斑病和黑斑病。褐斑病又叫“早斑病”（early leaf spot），黑斑病又稱“晚斑病”（late leaf spot），其中晚斑病是花生生產中最常見、危害最大的病害之一[1]。花生晚斑病主要危害葉片，破壞葉綠素，造成光合作用效能下降，大量病斑造成葉片枯死、脫落，嚴重影響干物質積累和莢果成熟。在印度，晚斑病流行較重[2];我國北方花生產區以晚斑病流行為主，南方產區早斑病和晚斑病常交替發生，多數年份以晚斑病危害為主[3-5]。花生晚斑病可使花生減產10% ～ 20%，嚴重的可達50%以上，每年對全球花生生產造成的損失達6億美元[ 6-9]。

1 花生晚斑病病原菌

花生晚斑病病原菌為短胖孢[Cercosporidium personatum（Beck & Curtis） Deighton]，無性階段為半知菌類短胖孢屬落花生短胖孢，有性階段為子囊菌綱球腔菌屬伯克利球腔菌（Mycosphaerella berkeleyi）。晚斑病菌侵染后，花生葉正面產生較小的黑褐色、圓形或近圓形病斑，背面通常產生許多黑色小點，即病菌分生孢子梗和分生孢子。晚斑病病菌主要以分生孢子座和菌絲體在病株殘體上越冬，或以分生孢子黏附在莢果、莖稈表面越冬。分生孢子萌生芽管直接從花生葉片表皮或氣孔侵入。22 ～ 23℃時，3 ～ 4 d顯病，1周開始產孢。翌年借風雨傳播進行初侵染和再侵染[5，10]。

2 花生晚斑病的主要防治途徑

花生晚斑病主要防治途徑有：殺菌劑的應用、生物防治、綜合管理措施等[5]。殺菌劑的推廣應用是當前田間防治晚斑病的重要措施，但對花生葉斑病的防治效果僅在60%左右[10]，且化學農藥的不合理施用會引起人畜中毒、環境破壞和植物藥害等一系列環境、社會問題。目前，生物防治措施的研究報道較少，直接應用于花生大規模生產實踐中的更少。綜合管理措施主要通過創造不利于晚斑病發病的微生態環境或在發病前期盡早預報預防晚斑病的發生發展。培育和利用抗病品種是經濟、安全且最有效的防控病害的途徑。在同樣病原菌壓力的情況下，抗病品種比感病品種發病慢、感病輕。抗病品種的應用可以減少殺菌劑的使用、降低生產成本、減輕環境污染壓力和由于農藥殘留導致的食品安全風險。

3 花生晚斑病抗病種質資源

抗病種質資源，即抗源，是植物抗病育種的原始材料，也是選育優良抗病品種的遺傳物質基礎，系統地搜集、保存、評價和研究抗源是抗病育種研究最重要的基礎工作。種質資源主要包括地方品種、改良品種、近緣植物和通過種內雜交、遠緣雜交、誘發變異獲得的抗病中間材料等。各國科學家一直致力于發掘花生晚斑病的抗病種質資源。

3.1 花生野生種抗晚斑病種質資源的篩選

花生不同種質間抗、感病程度存在一定差異，尤其是花生野生種存在著優異的抗病基因。與栽培種相比，野生種花生具有較高的遺傳多樣性，能夠適應一系列復雜環境，是抵抗生物脅迫和非生物脅迫的重要基因來源[11-13]。梁炫強等從34份花生野生種中發掘出24份高抗晚斑病材料，1份中抗材料[14]。Abdou等對南美洲和非洲不同地區花生的不同亞種、野生變種和栽培品種進行抗病鑒定，發現Arachis cardenasii對晚斑病免疫[15]。花生區組的A. duranensis、A. spegazzini、A. correntina、A. stenosperma、A. diogoi（=A. chacoense），直立區組的A. paraguriensis，三籽粒區組的A. pussila，圍脈區組的A. villosulicarpa，根莖區組的A. hagenbeckii、A. glabrata、A. burkartii，大根區組的A. repens等野生種以及一些未定名的野生材料對晚斑病均表現出高抗或免疫[16]。

3.2 花生栽培種抗晚斑病種質的篩選與創制

國內外花生育種工作者致力于抗晚斑病種質資源的篩選與創制，篩選獲得的抗性種質部分已經應用到花生育種實踐中。Hassan等從16個不同種質材料中篩選出可作為葉斑病抗性育種最有優勢的親本品種NC 3033、NC 5和AC 3139[17]。Kornegay等研究發現NC 3033和NC-GP 343在篩選的6個花生品系中抗性最高，是花生晚斑病抗性育種最具潛力的品系[18]。Cook從12份花生栽培種中鑒定出PI 259747和PI 341879高抗晚斑病[19]。1986年，Chiteka等從116個花生基因型中檢測到對晚斑病抗性最強的基因型為UF81206-1、UF81206-2.72 × 32b-3-2-2-2-2-2-l-b3-b和US 29-b3-B（85701）[20]。Anderson等從500份引進花生種質篩選出33份對晚斑病表現部分抗性[21]。Dwivedi等從15份種間雜交材料中篩選出ICGV 9006、99013、99004、9903和99001共5個晚斑病抗病育種親本材料[22]。2001年，國際半干旱研究所（ICRISAT）鑒定發現ICGV# 99001和99004種質系抗晚斑病[23]。Chapin等評價了47個弗吉尼亞型育種系和8個品種對晚斑病的抗性，發現栽培種Bailey、三個姊妹系（N03088T、N03089T和N03090T）和N03091T始終不容易被晚斑病侵染[24]。美國的Southern runner屬于中抗晚斑病品種[25]，玻利維亞地方品種Bayo grande以及其他一系列的育種系也具有較好的葉斑病抗性[26]，澳大利亞新品種Sutherland對晚斑病表現高抗[27]，ICG11337在抗晚斑病育種中是一個很好的抗性供體[28]。

我國科研工作者對國外引種的花生種質和國內育成品種也開展了葉斑病抗性鑒定。黎穗臨從981份國外花生資源中鑒定出抗葉斑病品種722份，其中高抗276份，高抗早斑病和晚斑病的品種144份，同時從333份廣東省花生資源中篩選鑒定出57份抗葉斑病品種，如遂溪勾鼻、頂子細粒等[29]。董煒博等研究發現引進品種UF91108對晚斑病高抗，可作為花生育種的抗源材料[30]。袁虹霞等篩選出對花生早斑病和晚斑病抗性較好的開農31、濮花8030和豫花15號等系列品種[31]。

4 花生晚斑病的抗性遺傳、QTL定位及分

子標記與抗性相關基因[BT）]

4.1 花生晚斑病的抗性遺傳

花生晚斑病抗性遺傳較為復雜，有研究表明葉斑病抗性由2對以上核隱性基因控制，而且早斑病和晚斑病抗性遺傳是分別獨立的[3， 32]。Nevill在前人研究的基礎上進一步得出花生晚斑病抗性是由5對隱性基因控制[33]。Soriano等發現花生葉斑病突變體的抗性由2個突變基因IS-1和IS-2控制，這2個突變基因編碼的蛋白主要通過抑制病原菌的生長從而對病原菌產生抗性抑制[34]。Pasupuleti等研究表明花生栽培種與野生種種間雜交衍生系ICG11317和ICG13919對晚斑病的抗性受細胞核基因和細胞質基因的共同控制[28]。夏友霖等的研究認為ICGV86699對花生晚斑病的抗性受 2 對加性-上位性主基因 + 加性-上位性多基因控制[35]。

4.2 花生晚斑病的QTL定位及分子標記

近年來，花生晚斑病QTL及分子標記陸續被篩選、鑒定。早期主要以AFLP分子標記和SSR分子標記為主。2007年，夏友霖等以中花5號 × ICGV 86699的F2群體為材料，利用AFLP分析結合BSA法，鑒定出與晚斑病抗性緊密連鎖的三個AFLP標記：E35/M51、E37/M48和E41/M47[36]。Leal-Bertioli等以二倍體野生種間雜交的F2群體為材料鑒定出5個晚斑病抗性QTLs和34個序列特定的候選基因片段[37]。Khedikar等以來自雜交組合TAG24 × GPBD4的268份RIL群體為材料，利用SSR標記構建了14個遺傳連鎖群，鑒定出11個晚斑病抗性QTLs，可解釋晚斑病1.70%～6.50%的表型變異[38]。Sujay等利用分別來自兩個組合TAG24 × GPBD和TG 26 × GPBD4的RIL群體，鑒定出15個晚斑病抗性QTLs[39]。Shoba等利用TMV 2 × COG 0437的F2群體和SSR標記技術，篩選出與晚斑病抗性相關的SSR標記PM 384-100[40]。Wang等利用SSR分子標記技術及組合Tifrunner × GT-C20構建的群體，在F2圖譜（5.3 cM/位點）中鑒定出54個QTLs，其中37個為葉斑病QTLs，在F5圖譜（5.7 cM/位點）中鑒定出23個QTLs，其中13個為葉斑病QTLs[41]。Pandey等利用相同的RIL群體共鑒定出42個QTLs，其中抗早斑病9個，抗晚斑病22個[42]。Khera等利用SunOleic 97R和NC94022的重組自交系群體，構建了包含248個標記位點的群體遺傳連鎖圖譜，鑒定出48個QTLs，其中22個抗早斑病QTLs，20個抗晚斑病QTLs，并發現共有6個主要的基因組區域包含的QTLs控制不止一種抗病性[43]。

隨著測序技術的進步及測序成本的降低，SNP標記用于花生分子遺傳圖譜的構建和QTL定位。2014年，Zhou等利用簡化基因組測序技術構建了來自中花5號 × ICGV 86699組合的RIL群體高密度遺傳圖[44]，鑒定出20個晚斑病抗性QTLs，并發現2個QTLs（qLLSB6-7和qLLSB1）位于編碼NB-LRR的兩個基因簇中[45]。Pandey等利用基于全基因組重測序（WGRS）的QTL-seq方法分析來自RIL群體（TAG24 × GPBD）的抗池/感池，鑒定出A03上的一個2. 98 Mb的基因組區（131.67 ～ 134.65 Mb）同時負責銹病和晚斑病抗性，開發了1個抗晚斑病SNP診斷標記[46]。Clevenger等也利用QTL-seq方法對來自組合Florida-07 × GP-NC WS的重組自交系群體的抗池/感池開展測序分析，鑒定出3個分別位于A05、B05和B03染色體上花生晚斑病QTLs[47];Chu等利用花生58 K SNP芯片數據分析該群體，構建了一個基于SNP的包含855個位點的連鎖圖譜，鑒定出三個晚斑病抗性QTLs（qLLSA05、qLLSB03和qLLSB05）[48]，其中qLLSA05、qLLSB03與用QTL-seq策略[47]獲得的相同。Liang等利用品種Tamrun OL07和高抗葉斑病育種系Tx964117構建的F2∶6重組自交系（RIL）群體，共鑒定出6個與花生葉斑病相關的QTLs[49]。Lu等通過構建一個包含5 874個位點的遺傳圖譜，在A05連鎖群約0.38 cM的區域發現了一個抗晚斑病的主效QTL，該區域包含26個候選基因，其中一些被注釋與其它物種的抗病性調節有關[50]。Han等利用分布于20個連鎖群的2 753個SNP標記構建了一張標記平均間距為1.34 cM的高分辨率圖譜，將一個主效晚斑病抗性QTL定位在B05染色體上[51]。Agarwal等利用重組自交系群體的WGRS數據，建立基于SNP的高密度遺傳圖譜，共鑒定出35個主要效應QTLs，其中2個晚斑病QTLs分別在A05（PVE 47.63%）和B03（34.03%）上，并開發驗證了相關KASP標記[52]。這些鑒定出的QTLs、分子標記和抗病基因豐富的基因組區域將有助于花生抗病基因的克隆和分子標記輔助抗病品種的培育。

4.3 花生晚斑病抗性相關基因

關于花生晚斑病抗性相關基因的研究近年有較多報道。Luo等通過分析不同抗性花生品種在接種晚斑病菌后384個轉錄本的變化情況，尋找抗性基因片段，結果檢測到代表56個功能類別基因的112個基因上調表達，并驗證了其中的17個基因[53]。二倍體野生種A. diogoi接種晚斑病菌48 h后部分cDNA上調表達，其中一個編碼類環膦素蛋白基因AdCyp，該基因受病原菌和植物激素的上調表達影響，轉AdCyp的煙草對青枯菌的抗性增強、對寄生疫霉菌的感病性降低[54]。Guimares等對接種晚斑病菌后的野生種進行轉錄組學分析，獲得多個響應晚斑病侵染的差異表達基因，并通過qRT-PCR對5個抗性基因類似物和4個逆轉錄轉座子序列進行了驗證，同時開發了多個特異性抗性分子標記[55]。病原菌相關蛋白PR-5和防御素屬于植物抗真菌蛋白，轉SniOLP（Solanum nigrum osmotin-like protein，龍葵滲調蛋白）和RsAFP2（Raphanus sativus antifungal protein-2，蘿卜抗真菌蛋白-2）雙基因的花生對晚斑病的抗性明顯增強[56]。另外，來自水稻和煙草的幾丁質酶基因、芥菜生物防御素基因轉化到花生后均能提高花生對葉斑病的抗性[57-59]。

5 抗花生晚斑病品種的培育

常規抗病品種選育的主要途徑包括引種、系統選種、常規雜交育種、遠緣雜交育種和誘變育種等。研究表明，高抗病可以與產量、品質因素相結合，其中一些品系可能在生產中發揮很好的作用[60]。美國農業部農業研究服務部和佐治亞大學農業與環境科學院聯合選育的花生新品種Tifrunner，對早、晚斑病均具有中等抗性[61]，FloridaMDR98、C-99R和York等均為抗葉斑病品種[23， 62]。佐治亞大學海岸平原實驗站將PI 203396和品種AgraTech GK 7雜交育成了高抗早、晚斑病的Georganic[63]。

從20世紀90年代開始，我國開展了大量花生晚斑病抗病育種研究，并育成了一些抗或耐晚斑病的花生品種[16]，對葉斑病或晚斑病的抗性品種進行匯總，見表1。山東省主要推廣花生品種有72個，其中抗晚斑病或葉斑病的有3個;河南省主要推廣品種有61個，其中抗晚斑病或葉斑病的有5個;廣東省主要推廣品種有42個，其中抗晚斑病或葉斑病的有17個;湖北省主要推廣品種有22個，其中抗晚斑病或葉斑病的有3個;遼寧省主要推廣品種有45個，其中抗晚斑病或葉斑病的有2個;湖南省主要推廣品種有11個，其中抗晚斑病或葉斑病的有1個;臺灣主要推廣品種約有22個，其中抗葉斑病的有2個;北京市主要推廣品種約有23個，其中抗晚斑病或葉斑病的有2 個。

6 存在的問題與展望

花生是我國重要的油料作物之一，在保障我國食用油供給方面具有重要作用。晚斑病防治是花生生產的重要環節之一。運用分子標記技術可以縮短育種年限，將多個抗性基因聚合到同一個材料中，已經成為花生育種的一個重要方向。全面闡明花生晚斑病抗性遺傳機制，并根據生產需要定向培育綜合性狀優良、高抗花生晚斑病的新品種是花生科研工作者面臨的重要課題之一。

目前，對花生晚斑病抗病機理和抗病育種的研究相對較少，例如，花生晚斑病抗病機理目前仍未闡明;花生抗晚斑病的分子標記開發雖然取得了一定成效，但在品種選育中真正發揮作用的極少，花生抗晚斑病的育種主要還是以傳統的常規育種方式為主;多數育成的抗病品種還是依賴栽培種之間的雜交選育，很多野生種質材料對多種病害高抗甚至免疫，但由于倍性差異和雜交親和性低等原因，野生資源的利用還非常有限。因此，對花生晚斑病應加強以下幾個方面的研究：（1）結合栽培花生和野生花生全基因組測序的研究成果，通過比較基因組學，鑒定晚斑病抗性關鍵基因，深入研究花生晚斑病抗病分子機理;（2）充分挖掘抗病花生種質的遺傳多樣性，將分子標記輔助選擇與常規育種相結合，聚合多個抗性基因，開展多抗優質花生新品種的培育;（3）通過基因工程改良、種間雜交、人工四倍體的合成等途徑，將野生資源中的抗病基因漸滲到栽培種中，創造大量栽野漸滲系，為晚斑病抗性育種奠定基礎。

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收稿日期：2019-08-11

基金項目：國家自然科學基金-國際合作項目（3181101550）;山東省重點研發計劃項目（2018GNC110036）;山東省農業科學院農業科技創新工程項目（CXGC2016B02）;河南省科技攻關計劃項目（182102110137）

作者簡介：吳麗軍（1987—），女，助理研究員，主要從事分子生物學研究。E-mail： wljd126@126.com

通訊作者： 袁美（1972—），女，博士，研究員，主要從事花生生物技術育種研究。E-mail： yuanbeauty@126.com

王興軍（1966—），男，博士，研究員，主要從事作物分子育種研究。E-mail： xingjunw@hotmail.com