2011年4月 中国油料作物学报 C hinese j ournal of oil crop sciences 2011,33(2):175—179 大豆疫霉根腐病部分抗性的遗传分析 武晓玲 ,赵晋铭 ,孙石 ,郭娜 ,王源超 ,盖钧镒 ,邢邯 (1.国家大豆改良中心,南京农业大学农学院,作物遗传与种质创新国家重点实验室江苏南京210095; 2.农业部病虫检测与治理重点开放实验室,南京农业大学,江苏南京210095) 摘要:利用苏88一M21×新沂小黑豆衍生的176个重组自交家系(NJRISX),采用根部创伤接种方法接种大豆 疫霉菌株P6497,研究大豆对大豆疫霉根腐病部分抗性的遗传机制。结果表明苏88一M2I对大豆疫霉P6497的部 分抗性是由2对互补的主基因加多基因控制,主基因遗传率为74.13%,多基因遗传率为23.79%。 关键词:大豆疫霉;部分抗性;遗传分析 中图分类号:¥565.435.651 文献标识码:A 文章编号:1007—9084(2011)02—0179—05 Genetic analysis of partial resistance to P tophthora sojae in soybean WU Xiao—ling ,ZHA0 Jin—ming ,SUN Shi ,GUO Na ,WANG Yuan—chao ,GAI Jun—yi ,XING Han (1.National Center of Soybean Improvement,National Key Laboratory f oCrop Genetics and Germplasm Enhancement,Na ng Agricultural University,Nanifng 2 1 0095,China; 2.Key Lab of Monitoring and Management of Plant Disease and Insects of Chinese Ministry ofAgriculture,Na ng Agricultural University,Nanjing 210095,China) Abstract:The aim of the present study was to reveal the mechanisms of partial resistance to JP坳ophthora sojae in soybean.A population of 176 recombinant inbred lines(RIL)derived from the cross of Su88一M21×Xinyixiao— heidou were evaluated using the slant board assay.The resuhs showed that the partial resistance in Su88一M21 to strain P6497 was controlled by two major genes plus potygenes with the major gene heritability being 74.1 3%,and polygene heritability being 23.79%. Key words:Phytophthora sojae;Partial resistance;Genetic analysis 由大豆疫霉( ophthora sojae)侵染大豆引起 因假说,具有小种专化抗性。自Bernard等 鉴定 的疫霉根腐病(Phytophthora root rot,PRR)是大豆生 产上的毁灭性病害之一_1 。1948年在美国的印第 出第一个大豆疫霉根腐病的抗病基因Rpsl以来,到 目前为止,国外已在大豆基因组的8个位点(Rpsl一 8)鉴定了l4个抗疫霉根腐病基因,分布在大豆的4 个连锁群(F、G、J和N)上 。部分抗性是一类具 有非小种专化抗性的数量抗性,能够减轻和减缓新 生理小种产生的压力,减少病害造成的损失¨ “ 。 安那州首次发现该病,迄今在世界大豆主产区呈扩 大蔓延趋势 j。1989年由沈崇尧等首次在中国 东北地区分离到大豆疫霉,随后在其他地区都分离 到大豆疫霉,大豆疫霉根腐病的发生范围迅速扩大, 危害日趋严重_3~ 。应用抗、耐病品种是控制大豆 部分抗性的遗传机制研究结果中,一些学者认为部 疫霉根腐病最经济、有效的方法。 大豆对大豆疫霉根腐病的抗性有两种,即完全 抗性(Complete resistance)和部分抗性(Partial resist- ance)。完全抗性由单显性基因控制,符合基因对基 分抗性是由多基因控制的¨ ” ,另外一些学者认为 部分抗性是由少数几个主效基因控制 ,而孙石 等¨ 认为部分抗性是由1对加性主基因十加性一 显性多基因控制。目前,已经定位了9个与大豆疫 收稿13期:2010-09-09 基金项目:农业部行业专项(nyhyzx07—053);“长江学者和创新团队发展计划”创新团队(PCSIRT);高等学校博士学科点专项 (20090097120023) 作者简介:武晓玲(1982一),女,博士研究生,主要从事大豆分子遗传研究,E—mail:wux182@yahoo.com.cn 通讯作者:邢邯,教授,博士生导师,E—mail:hanx@njau.edu an 176 中国油料作物学报2011,33(2) 霉根腐病部分抗性相关的QTL位点,分布于大豆连 锁群A2、lb+w、F、J和M,这些QTL位点主要是在 系间差异显著性。遗传分析采用盖钧镒等 提出 的植物数量性状混合遗传模型主基因+多基因联合 耐病品种Conrad上找到的,其中在A2连锁群上的 1个QTL位点是在我国大豆品种合丰25上找到 的( _ 引。 分析方法,对亲本及家系3次重复的隶属函数值的 平均值(F )进行分离分析。 部分抗性的隶属函数值 Fii=( 3 本研究利用重组自交系群体NJRISX(苏88— 19121×新沂小黑豆)研究大豆对大豆疫霉根腐病部 分抗性的遗传规律,从而明确部分抗性的遗传机制, 为抗病育种提供理论基础。 一Xij)/Xij i=∑F /3 表示第j次重复内第i个材料的病斑长度, l 材料与方法 1.1供试品种 表示第j次重复内的病斑长度的最大值, 表 示第J次重复内第i个材料的隶属函数值,然后将3 次重复的隶属函数值进行平均,得到每个材料的隶 属函数平均值( )。 苏88一M21×新沂小黑豆衍生的176个重组自 交家系(NJRISX),2个已知抗性的品种Conrad(高 部分抗性)和Williams(中感),由国家大豆改良中心 提供。 1.2大豆疫霉菌株 2结果与分析 2.1抗性鉴定 表1是采用下胚轴创伤接种方法时,鉴别寄主 和大豆品种对大豆疫霉菌株P6497的抗性反应情 况,可以看到苏88一M21和新沂小黑豆对大豆疫霉 菌株P6497都表现为感病。由于苏88~M21和新 e6497(毒力公式为1b,7)(表1),由南京农业 大学病虫监测与治理重点开放实验室提供,菌株经 复壮、分离纯化后保存在利马豆斜面培养基上备用。 1.3部分抗性鉴定 采用根部创伤接种方法,步骤如下:将种植7d 后的大豆幼苗从盆钵中取出,放在铺有棉布的托盘 上,用消毒的解剖刀在根茎结合部以下2cm处的主 沂小黑豆对大豆疫霉菌株P6497没有完全抗性,因 此利用根部创伤接种方法来鉴定这两个品种对 P6497的部分抗性情况(表2)。其中Conrad和Wj】. 1iams的病斑长度分别为24.9mm、44.3mm,方差分 析结果表明品种问差异达极显著水平(P<0.001), 根上划一伤痕(约lcm),把用注射器棍匀的含有菌 丝体的培养基涂在划痕上,上面盖上一层棉布,然后 把20个托盘叠放在一起用绳扎上,把托盘竖直放进 周转箱中,周转箱中放人25%的Hoagland营养液, 2d换一次。周转箱放在生长室中,温度控制在25 ̄C 左右。试验重复3次,每个重复10株。同时设置没 有接种的和2个已知抗性的品种Conrad和Williams 作为对照 , ¨,接种后第7 d测量病斑长度(从接 种处上端向上测量)。以病斑长度平均值评价部分 抗性。 而3个重复之间不显著,鉴定结果与已知的抗性水 平相符合 , J。 苏88—1 ̄1121的病斑长度比Conrad的短,在0.05 水平上与Conrad有显著、差异(LSD=2.36,P= 0.05),表明苏88一M21对大豆疫霉P6497的部分 抗性比Conrad高。新沂小黑豆的病斑长度比Wil- liams长,在0.01水平上与Williams有极显著差异, 表明新沂小黑豆对大豆疫霉P6497的部分抗性比 Williams低(LSD=3.10,P:0.01)(表2)。苏88一 1.4数据整理及遗传分析 M21的部分抗性明显高于新沂小黑豆。 表1大豆品种(系)对大豆疫霉菌株P6497的反应 利用SPSS 17.0进行方差及相关分析,检验家 Table 1 Reactions of diferential soybean cultivars Or lines to soTae strain P649"/ 注:R:抗病,S:感病。Note:R:Resistant,S:Susceptible 武晓玲等:大豆疫霉根腐病部分抗性的遗传分析 177 Conrad Williams 24.9 44.3 22 5 58.9 O 19.4 一苏88一M21 Su88一M21 新沂小黑豆Xinylxiaoheidou 2.4 34.0 注: 表示差异显著(P<0.05);} 表示差异极显著(P<0.01) Note: indicated signiifcant difference at 0.05 leve1. indicated signiifcant difference at 0 01 level 表3 大豆RIL群体NJRISX大豆疫霉根腐病部分抗性病斑长度标准化值的频率分布 Table 3 Frequency distribution of standardized values of lesion length in soybean RIL population NJRISX 苏88一M21 Su88一M21 Xi nyixiaoheidou RIL l 1 1 0.59 新沂小黑豆 1 2 1l 30 51 46 23 6 1 0 1 171 0.07~0.86 O.00‘ 0.48 2.2抗性遗传分析 性的超亲分离现象。家系间差异明显,变幅为0.07 ~2.2.1 病斑长度的隶属函数值在双亲及家系中的 表现因种子活力问题,有5个家系的病斑长度值 缺失。苏88一M21×新沂小黑豆重组自交家系的病 斑长度变幅为8.3~55.3mm,其病斑长度的隶属函 0.86。 方差分析结果表明,部分抗性在重复间、家系间 达到极显著水平(P<0.01);家系问变异的显著性 说明家系的部分抗性存在极显著遗传差异,可以进 一数值见表3。RIL家系的平均值表现介于双亲之间, 但变幅较大,存在明显的对大豆疫霉根腐病部分抗 一1 O 9 .步做遗传分析,本文对3次重复的平均结果进行 遗传分析,以观察其主效的结果。 l 一2 1 .4 6. 表4备选模型AIC值及适合性检验 Table 4 AIC values and test for goodness of it of fcandidate models 8 十 4 + 注:m表示平均值,i 表示主基因效应, ;为表型方差, 2 为主基因方差, 为多基因方差,^ 为主基因遗传率,^ 为多基因遗传率 heritability.hg:polygenic heritability. ,Note:rn:mean of populations;i :effect of major gene; :phenotypic variance; 2mg:major gene variance; 2pg:polygene variance;^ :major—gene 2p2.2.2部分抗性的分离分析将3次试验数据的 混合模型)、E一1—8(即2对重叠的主基因加多基 平均值按主基因+多基因混合遗传模型分离分析方 法对全部可能的遗传模型进行极大似然分析,根据 最大概率熵AIC值选出较佳的3个备选模型(表 4),分别为E一1—7(即2对互补的主基因加多基因 因混合模型)和E一1~9(即2对抑制的主基因加多 基因 昆合模型)。根据AIC值最小和适合性测验概 率较大、均衡的原则,部分抗性的最适合遗传模型为 E一1~7,即2对互补的主基因加多基因混合模型。 178 2.2.3部分抗性的遗传参数中国油料作物学报根据最适模型各个 2011,33(2) causal fungus[J]./tAD J Crop Protection,1998,4o(1): l6—22. 成分的均值和权重,用最小二乘法估计出性状的各 遗传参数(表5)。两对主基因效应为一0.085,主基 [5]朱振东,王化波,王晓鸣,等.中国大豆疫霉菌分布及 毒力多样性研究[J].中国农业科学,2003,36(7):793 —因遗传率为74.13%,多基因遗传率为23.79%。 799. 3 讨论 3.1大豆抗性的遗传分析 [6]陈庆河,翁启勇,王源超,等.福建省大豆疫病病原鉴 定及其核糖体DNA—ITS序列分析[J].植物病理学 报,2004,34(2):112—116. 苏88一M21对大豆疫霉菌株P6497的部分抗 性是由2对互补的主基因加多基因控制。而且对该 [7]武晓玲,赵晋铭,王永林,等.南京大豆根腐病病原物 的分离及毒性鉴定[J].南京农业大学学报,2009,32 (2):61—64. 群体进行QTL定位研究,鉴定了2个稳定的QTL, 该结果与混合遗传模型分离分析方法的分析结果相 对一致 J。多位学者对大豆疫霉根腐病部分抗性 [8]Bem ̄d R L,Smith P E,Kaufmann M J,et a1.Inheirt- ance of resistance to phytophthom root and stem lot in 的研究表明,大豆对大豆疫霉根腐病部分抗性的遗 传受多个基因控制,并存在上位性效应,但是对遗传 soybean[J].Agron J,1957,49:391. [9]Gordon S G,Martins K St,Dorranee A E.Reds Maps to a resistance gene rich region 0n soybeanmolecularlinkage 力的估计差别却比较大¨ 。孙石等¨ 采用根 部接种方法对F。和F2 ,进行研究发现,大豆疫霉根 group F[J].Crop Sci,2006,46:168—173. 腐病部分抗性是由l对加性主基因十加性一显性多 基因控制。本文与前人研究结果有所不同,可能是 以下3个原因造成的:一是试验所用的材料不同,二 是试验所用的鉴定部分抗性的方法不同,三是接种 用的生理小种不同。 3.2对大豆抗病育种的启示 f 103 Walker A K,Schmitthenner A F.Heritabilit ̄o{tQl 8tirce to phytophthora rot in sop,e.dj).Crop Sel,】984, 24:490—491. f 11]Tooley P W,Grau C R.The relationshipbetween rate— reducing resistance to Phytophthora megasperma£sp. glycinea and yield of soybean[j].Phytopathdogy,1984, 74:1 209—1 216. 在进行完全抗性鉴定时,苏88一M21对大豆疫 霉的抗谱比较窄,对大多数大豆疫霉菌株表现为感 病 j,而且我国大豆疫霉的遗传结构和毒力组成比 较复杂【5~ ,采用单一的抗源不能很好地抵御大豆 [12]KyleDE,Niekell cD,NelsonRL,eta1.Response of soybean accessions from provinces in s0uthef1】China to Phytophthora s啦[J].Plant Dis,1998,82:555—559. [13]McBlain B A,Zimmerly M M,Schmitthenner A F,et a1.Tolerance to phytophthora rot in soybean-I.stud- 疫霉根腐病。部分抗性鉴定结果表明苏88一M21 对大豆疫霉具有较高的部分抗性,比国际公认的高 部分抗性水平品种Conrad高,而且主基因的遗传率 较高,育种选择可以从早代开始。因此苏88一M21 可以作为疫霉根腐病抗源之一,采用杂交重组或者 连续回交转移个别主基因的方法,选育出在当地对 jes of the cross‘Ripley’x‘Harper’fJ].Crop Sci, 1991,31:1 405—1 411. [14J Buzzell,R I,Anderson T R.Plnta loss response of soy- bean cultivars to Phytophthora megasperma£sp. glycinea under field conditions[j].Plant Dis,1982, 66:1 146一I 148. 大豆疫霉根腐病具有高水平抗性和持久抗性的优良 品种。 参考文献: [1]Kaufmarm M J,Gerdemann J W.Root and stem rot of soy- [15j孙石,赵晋铭,武晓玲,等.大豆对大豆疫霉根腐病 抗性的遗传分析[J].中国农业科学,2009,42(2): 492—498. [16]Burnham K D,Dorrance A E,VanToai T Qu ̄tlta- tire trait loci for partial resistance to Phytophthora sojae beans caused by Phytophthora f sp.sojae[J】.Phytopa— thology,1958,48:201—208. in soybcan[J].Crop Sci,2003,43(5):1 610—1 617. [17]韩英鹏,李文滨,Yu K F,等.耐大豆疫霉根腐病QTL 定位的研究[J].大豆科学,2006,25(1):23—27. 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