綠豆黃花葉病研究進展

吳然然 陳景斌 崔曉艷 閆強 薛晨晨 袁星星 陳華濤 張紅梅 劉曉慶 繆亞梅 陳新

摘要：綠豆黃花葉病是最具威脅的病毒性病害之一，發病嚴重時可導致綠豆絕收，在南亞及東南亞地區發病最為嚴重，造成巨大的經濟損失。本文主要介紹了綠豆黃花葉病癥狀、致病病毒及其傳播媒介，總結了目前針對綠豆黃花葉病抗性基因開發的分子標記及相關QTLs研究進展，以期對我國防控綠豆抗黃花葉病、篩選及培育綠豆抗性品系相關分子育種工作和生產實踐提供一定的指導意義。

關鍵詞：綠豆;黃花葉病;分子標記;QTLs;研究進展

中圖分類號： S435.22?文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）20-0033-03

黃花葉病 （yellow mosaic disease，YMD）是普遍存在于作物中的一種病毒性病害，20世紀40年代末，典型的YMD首次在印度西部的利馬豆（Phaseolus lunatus L.）上被發現。隨后20世紀50年代在印度北部的綠豆上也發現了YMD。隨后，YMD在印度各地流行并傳播到周邊國家，如斯里蘭卡、巴基斯坦和孟加拉國等。這種病害發生嚴重時可導致綠豆絕收，是南亞和東南亞最主要的綠豆生產制約因素之一，造成了巨大的經濟損失[1-2]。本文主要介紹了綠豆黃花葉病癥狀、致病病毒、傳播媒介、抗性基因分子標記及相關QTLs研究進展，以期對綠豆抗YMD品種的分子育種、病毒防控和生產實踐等提供指導。

1?綠豆黃花葉病癥狀

YMD可以在綠豆生長的各個階段發病。病毒侵染后的病害癥狀主要依賴于宿主種的易感性，嚴重程度并不完全一致，有的只是少數葉片上出現少量黃色斑點，有的則是整株植物中所有葉片都發黃萎蔫隨后壞死[2]。一般而言，染病初期，綠豆嫩葉上會出現輕微的黃色斑點或斑塊，隨著病情的發展，葉子呈現不規則的綠色和黃色斑塊，新的葉子可能出現完全黃色。葉子的大小一般不會受到太大影響，但有時綠色的區域會稍微凸起，葉子會有輕微的皺縮和縮小。染病植株通常晚熟，花和豆莢很少，長成的豆莢較小且向上卷曲、斑駁，含有較少量和較小顆的種子[3-4]。在高易感株系中，癥狀包括：節間縮短、嚴重的植物發育遲滯沒有產量或無花、產生小的畸形果莢、形成未成熟和枯萎的種子等[2]。

2?綠豆黃花葉病致病病毒

引起綠豆YMD的病毒主要有綠豆黃花葉病毒（mungbean yellow mosaic virus，MYMV）、印度綠豆黃花葉病毒（mungbean yellow mosaic India virus，MYMIV）等，屬于雙生病毒家族（Geminiviridae）中的菜豆金黃花葉病毒屬（Begomovirus）[5]。雙生病毒家族由小的環狀單鏈DNA病毒組成，大多數的基因組由2個部分組成，其中DNA-A組分編碼病毒在單個細胞中復制所需的所有蛋白質功能，而DNA-B組分則提供系統傳播所需的運動功能[6]。雙生病毒家族是植物病毒中的第二大家族，目前已發現九個屬，分別為菜豆金黃花葉病毒屬（Begomovirus）、伊朗甜菜曲頂病毒屬（Becurtovirus）、彎葉畫眉草條紋病毒屬（Eragrovirus）、蕪菁曲頂病毒屬（Turncurtovirus）、玉米線條病毒屬（Mastrevirus）、甜菜曲頂病毒屬（Curtovirus）、番茄偽曲頂病毒屬（Topocuvirus）、葡萄紅斑病毒屬（Grablovirus）和大戟小刺潛伏病毒屬（Capulavirus）[7-8]。在過去幾十年中，這些病毒已成為毀滅性病原體，特別是在熱帶和亞熱帶地區，威脅著農作物的生產，造成巨大的經濟損失。其中，菜豆金黃花葉病毒屬是雙生病毒家族中最大的屬，在木薯、棉花、谷類、豆類和蔬菜等多種作物中都能侵染致病，也是危害最為嚴重的病毒屬[1，7]。MYMV導致的綠豆YMD主要分布在印度的西部和南部、泰國和印度尼西亞。MYMIV引發的綠豆YMD主要在印度的中部、東部和北部、巴基斯坦、孟加拉國、尼泊爾和越南[4-5]。此外，據報道MYMV和MYMIV除了可以引起綠豆發病外，也可以侵染長豇豆[Vigna unguiculata （L.） Walp]、大豆[Glycine max （L.） Merr.]、番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）、黃瓜（Cucumis sativus）等引起YMD[9-12]。受農耕方式、交通系統、昆蟲媒介遷移等因素的影響，這些病毒正漸漸向鄰近國家甚至世界范圍擴散。

3?綠豆黃花葉病毒的傳播媒介

粉虱是一種具有傳播多種病毒能力的重要昆蟲類群。其中，煙粉虱（Bemisia tabaci，半翅目、粉虱科）是最主要的媒介類群。目前已知菜豆金黃花葉病毒屬中的320多種病毒 （包括MYMV和MYMIV）都是由煙粉虱傳播的。該媒介物種是一種由多個遺傳群體組成的復雜物種，在區域性菌株和個體間具有不同的內共生體[8，13]。雖然MYMV/MYMIV在綠豆生長的各個階段均可以侵染，但由于煙粉虱種群隨不同地點、不同季節而波動性變化，導致綠豆YMD的發病并不均勻。一般情況下，在利于煙粉虱增殖的春季和雨季，會有較高的發病率[4]。目前防治綠豆YMD的主要方法還是化學防控，即噴灑殺蟲劑以控制煙粉虱的數量，但這種方法在煙粉虱嚴重侵襲時效果并不顯著，而且對環境也造成一定程度的污染[2，5]。因此最有效、經濟且環保的控制YMD的途徑是培育綠豆MYMV/MYMIV抗性品系，這也是目前綠豆育種工作者的主要目標之一。

4?MYMV/MYMIV抗性基因分子標記研究

抗/耐受MYMV/MYMIV基因的遺傳信息對培育綠豆抗性品系具有重要意義。經典遺傳學研究表明，綠豆中YMD抗性性狀由帶有修飾的單一主要隱性基因控制或者2個隱性基因控制，再或者具有互補效應的隱性基因控制[5，14]。這似乎暗示利用傳統的育種方法并不難獲得抗性株系。然而，由于田間煙粉虱種群分布的不均勻和波動會降低綠豆抗性評價的準確性，導致抗性基因型選擇的誤差，費時費力，且效果不顯著[2]。分子標記輔助選擇（marker-assisted selection，MAS）是作物遺傳改良的有效工具，具有快速、準確、不受環境條件干擾的優點[15]。

近幾十年，綠豆研究中一些常用分子標記被開發。如早期的RFLP標記[16]、RAPD標記[17-18]以及少量的SSR標記[19]，這些標記多用于鑒定遺傳的多變性和相似性以提高作物產量。隨著測序技術的進一步發展，尤其是綠豆全基因組序列的公布[20]，越來越多的SSR和SNP標記被開發[21]。SSR和SNP標記的開發極大推動了綠豆高密度遺傳圖譜構建，為后續QTLs定位以及基因精細定位奠定了基礎[17，20]。

雖然YMD病害發現得較早，但目前與該病害有關的分子標記報道較少。2006年，Selvi等利用分離群體分組分析法在抗MYMV綠豆株系ML267和易感株系CO4的雜交F3代群體中開發了RAPD標記，發現OPS7900標記與MYMV抗性相關[22]。隨后，印度研究學者利用易感株系 VBN （Gg）2 和抗性株系KMG 189的雜交F2代群體，也開發了RAPD標記，發現OPBB 05 260標記與MYMV抗性緊密相關[23]。2011年，Maiti 等報道了綠豆抗MYMIV的分子標記——抗病基因類似物標記 （resistant gene analogues，RGAs），利用易感株系cv. T9和3個抗病株系VM1、VM4和VM6雜交的F2和F3代，最終鑒定了2個MYMIV抗性標記位點YR4和CYR1，其中CYR1與MYMIV抗性株系完全連鎖，并與黑綠豆的MYMIV抗性株系的F2、F3代共分離[24]。隨后，研究人員又在RAPD基礎上開發了綠豆抗MYMV的序列特征擴增區標記 （sequence characterized amplified region，SCAR），利用了抗性株系TM-99-37和易感株系Mulmarada雜交后代構建的重組近交系，鑒定的抗性標記為OPB-07600[25]。但目前尚無這些標記在育種中的成功應用報道。

5?MYMV/MYMIV抗性相關QTLs研究

綠豆中MYMIV抗性相關的QTLs在近幾年剛有報道。2013年，Chen等首次報道了印度地區綠豆MYMIV相關QTLs，該團隊利用抗MYMIV株系NM92和抗豆象株系TC1966雜交F12代構建的RILs （200個），運用RAPD、AFLP和SSR等標記在3個不同的連鎖群上鑒定了4個主要的MYMIV抗性QTL[26]。同一年Kitsanachandee 等利用抗性株系NM10-12-1和易感株系KPS2的雜交F8代構建的RILs （122個），分別在印度和巴基斯坦地區進行了抗性評估，初步定位了MYMIV相關QTLs，印度地區鑒定到3個——qYMIV1、qYMIV2、qYMIV3，巴基斯坦地區鑒定到2個——qYMIV4和qYMIV5。其中qYMIV1和qYMIV4都位于第二個連鎖群且相同標記之間，是同一個QTL[2]。隨后Alam等在孟加拉國地區檢測了MYMIV相關QTLs，利用抗MYMIV株系BM6和易感株系BM1的雜交F2和BC1 F1群體，最終確定了2個主要QTL——qMYMIV2和qMYMIV7[5]。分析發現，Alam報道的qMYMIV2與Chen報道的MYMIVr9_25，以及Kitsanachandee 等鑒定到的qYMIV1都位于相同的分子標記之間。由此可見，qYMIV1在不同的季節、地點、環境和遺傳背景下都較為穩定，是一個普遍抗性的QTL，適于進一步精細定位并應用于分子標記輔助育種中。

6?結語

雖然我國目前尚未發現大面積的綠豆YMD病害，但我國與綠豆YMD高發區印度接壤，并不能排除病毒入侵的可能性。一方面，我們需要對致病病毒MYMV/MYMIV等加強檢疫，另一方面，綠豆育種工作者也要注重開展相關基礎研究，鑒定或者培育抗性資源，防患于未然。綠豆抗MYMV/MYMIV的分子標記和QTLs的研究為后續分子育種奠定了重要的理論基礎。綠豆基因組全序列信息的公開也為綠豆基因水平研究提供了很多便利[20]。這將推動MYMV/MYMIV抗性基因的確定，繼而為分子育種工作的順利開展提供依據。綠豆MYMV/MYMIV抗性品系是應對YMD最有效的途徑。

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