马铃薯晚疫病抗性基因R8分子标记检测与田间抗性评价
Molecular Marker Screening of Potato Late Blight Resistant Gene R8 and Evaluation of Field Resistance
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收稿日期: 2023-03-14 修回日期: 2023-05-22 网络出版日期: 2023-09-26
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Received: 2023-03-14 Revised: 2023-05-22 Online: 2023-09-26
作者简介 About authors
娄树宝,主要从事马铃薯种质资源保存与创新研究,E-mail:
马铃薯是重要的粮食作物,在全球粮食安全中发挥着重要作用。由致病疫霉(Phytophthora infestans)引起的晚疫病是马铃薯生产上最具危害性的病害之一,种植广谱和持久抗病马铃薯品种是防治晚疫病最经济、有效和绿色的方法。本研究利用特异性分子标记对102份资源进行R8基因检测,结合田间晚疫病抗性鉴定,筛选出84份表现抗病并且含有R8基因的马铃薯材料,为选育抗病品种提供丰富的资源材料;根据分子标记与田间抗性鉴定结果,分子标记抗性符合度为84.8%,因此R8分子标记可以用于分子标记辅助选择。
关键词:
Potato is an important food crop that plays an important role in global food security. Late blight caused by Phytophthora infestans is one of the most devastating diseases in potato production, and planting broad-spectrum and durable resistant varieties is the most economical, effective and green way to control late blight. In this study, 102 resources were conduced for R8 gene using specific molecular markers, and 84 potato materials with disease resistance and containing R8 gene were selected in combination with field late blight resistance identification, providing abundant resource materials for selection and breeding of disease resistant varieties. According to the results of molecular marker and field resistance identification, the molecular marker resistance compliance was 84.8%, so the R8 molecular marker could be used for marker-assisted selection.
Keywords:
本文引用格式
娄树宝, 杨梦平, 邢金月, 翟玲侠, 王辉, 刘春生, 王立春, 宋继玲.
Lou Shubao, Yang Mengping, Xing Jinyue, Zhai Lingxia, Wang Hui, Liu Chunsheng, Wang Lichun, Song Jiling.
马铃薯是世界第三大粮食作物,仅次于小麦和水稻[1]。目前,全球有160多个国家和地区种植马铃薯,我国马铃薯种植面积和总产量均居世界首位,但单产并没有达到世界平均水平。造成马铃薯减产的原因有很多,其中最严重、最具毁灭性的病害是晚疫病,由致病疫霉(Phytophthora infestans)引起的晚疫病是马铃薯生产上最严重的病害之一,在世界上绝大多数马铃薯种植区广泛传播。马铃薯晚疫病主要危害茎、叶和块茎,导致植株枯死和块茎腐烂[2]。我国马铃薯晚疫病每年发病面积约260万hm2,减产10%~15%,造成经济损失约20亿元[3-4]。目前,防控晚疫病仍然以化学药剂为主,大量化学农药的使用不仅造成环境污染,还会严重危害人类健康,同时还会出现抗药性更强的生理小种,极大地增加晚疫病的防治难度[5]。因此,种植抗病品种仍然是防治晚疫病最根本、最有效的方法。但到目前为止,具有广谱和持久抗性的品种较少,培育对晚疫病具有广谱和持久抗性的品种是急需解决的问题[6]。
最初,育种家们使用来源于六倍体野生种Solanum demissum的抗性基因作为抗源,相继克隆了R1、R2、R3a、R3b和R8,并开发了相应的分子标记应用于分子标记辅助育种[7⇓⇓-10]。这些分子标记的使用有效地提高了抗病育种的效率[11]。有研究[12]表明,即使在能够克服R基因的晚疫病菌生理小种存在的情况下,含有R基因的群体发病较轻,依然能增强其田间抗性,即主效基因也可以解释所谓的数量抗性性状。另外,研究[13-14]发现,晚疫病抗性鉴别寄主MaR8、MaR9和MaR10在田间都表现出广谱抗性和数量抗性的特点。据报道[15],R8基因具有较强的田间抗性,能够显著延迟晚疫病发病时间,并且具有广谱和持久抗性。含有R8基因的品种在欧洲、北美抗性表现良好,仍然具有一定的应用价值[16]。
另外,本实验室前期通过抗性鉴定与分子标记筛选发现一些表现抗病的品种中大多存在R8基因,本研究继续利用R8基因的特异性分子标记辅助选择,结合晚疫病田间抗性鉴定,筛选出抗性持久稳定的马铃薯材料,为选育抗病品种提供亲本,加快马铃薯分子标记辅助育种进程,为今后马铃薯聚合抗病育种提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验材料为国家马铃薯种质资源试管苗库(克山)保存的102份马铃薯种质资源,主要是国内各育种单位育成的品种,根据以往的田间观察选择102份材料,并以其中的尤金为感病对照。2021和2022年将试验材料种植于黑龙江省农业科学院克山分院试验地,每份材料种植10株。供试材料试管苗用于DNA提取。
1.2 基因组DNA提取及R8基因分子标记检测
取试管苗顶部茎叶,使用DNAsecure新型植物基因组DNA提取试剂盒(DP320)提取基因组DNA。用1%琼脂糖凝胶电泳检测基因组DNA质量,DNA样品保存于-20 ℃冰箱。
表1 R8基因分子标记
Table 1
基因 Gene | 标记名称 Marker name | 引物序列 Primer sequence (5′-3′) | 退火温度 Annealing temperature (℃) | 产物大小 Product size (bp) |
---|---|---|---|---|
R8 | R8-Fd | CTGGCGCTGGTTTTGCTATGC | 59 | 682 |
R8-Rd | TCTCTTCGACTTCTTCTTACGAGGTCTA |
1.3 晚疫病田间抗性鉴定
采用田间自然发病法,在所有马铃薯植株叶片完全展开后,每周观察植株发病情况,统计各马铃薯品种的病级,采用病情指数法计算晚疫病病情指数[18],病情指数为3次调查的平均值。
病级标准如下,0级:无病斑;1级:病斑面积占整个叶面积5%以下;3级:病斑面积占整个叶面积6%~10%;5级:病斑面积占整个叶面积11%~20%;7级:病斑面积占整个叶面积21%~ 50%;9级:病斑面积占整个叶面积50%以上。由田间抗病性级别标准[19]可得,病情指数低于30为高抗(HR),31~50为中抗(MR),51~70为中感(MS),70以上为高感(HS)。
1.4 数据处理
采用Excel 2007软件进行统计和分析数据。
2 结果与分析
2.1 田间晚疫病抗性鉴定结果
图1
表2 晚疫病抗性评价等级及分子标记检测
Table 2
编号 Number | 品种名称 Variety name | 晚疫病抗性 Late blight resistance | 病情指数 Disease index | R8基因 R8 gene | 编号 Number | 品种名称 Variety name | 晚疫病抗性 Late blight resistance | 病情指数 Disease index | R8基因 R8 gene |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 克新25号 | 中感 | 55.6 | 有 | 52 | 冀张薯14号 | 中抗 | 48.8 | 有 |
2 | 陇薯11号 | 中抗 | 33.3 | 有 | 53 | 丽薯1号 | 中抗 | 39.2 | 有 |
3 | 维拉斯 | 中抗 | 32.3 | 有 | 54 | 华颂1号 | 高抗 | 24.5 | 有 |
4 | 内薯7号 | 中抗 | 44.3 | 有 | 55 | 晋薯16号 | 高抗 | 16.8 | 有 |
5 | 克新26号 | 中抗 | 35.7 | 有 | 56 | 华颂88 | 中抗 | 41.1 | 无 |
6 | 陇薯6号 | 中抗 | 31.3 | 有 | 57 | 丽薯15号 | 中抗 | 34.4 | 有 |
7 | S.jamesii | 中抗 | 44.7 | 有 | 58 | 紫罗兰 | 高抗 | 22.3 | 有 |
8 | 丽薯2号 | 中抗 | 44.7 | 有 | 59 | 富金 | 高感 | 89.6 | 有 |
9 | S.acaule | 高抗 | 8.3 | 有 | 60 | 垦加3号 | 中抗 | 33.2 | 有 |
10 | 陇薯5号 | 中抗 | 32.6 | 有 | 61 | 云薯105 | 高抗 | 9.3 | 有 |
11 | 延薯12号 | 高抗 | 20.5 | 有 | 62 | 北疆1号 | 中抗 | 39.2 | 有 |
12 | 延薯1号 | 中抗 | 37.7 | 有 | 63 | 同薯29号 | 中感 | 60.3 | 有 |
13 | 中薯4号 | 中感 | 65.9 | 有 | 64 | 兴佳2号 | 高感 | 88.6 | 有 |
14 | 中薯16号 | 高抗 | 15.3 | 有 | 65 | 云薯506 | 高抗 | 14.1 | 有 |
15 | 蒙薯13号 | 高抗 | 24.5 | 有 | 66 | 华恩1号 | 中抗 | 44.3 | 有 |
16 | 川芋85 | 中抗 | 44.3 | 无 | 67 | S.stenotomum | 高抗 | 10.0 | 有 |
17 | 延薯10号 | 中抗 | 35.1 | 有 | 68 | 希森6号 | 中抗 | 45.5 | 有 |
18 | 岭薯1号 | 中抗 | 36.7 | 有 | 69 | 土岩2号 | 中抗 | 46.1 | 有 |
19 | 丽薯7号 | 高抗 | 27.7 | 有 | 70 | 郑薯5号 | 中抗 | 37.8 | 有 |
20 | 丽薯6号 | 中抗 | 33.3 | 有 | 71 | 兴佳3号 | 中抗 | 46.7 | 有 |
21 | 大同里外黄 | 中抗 | 40.6 | 有 | 72 | 克新23号 | 中感 | 52.2 | 有 |
22 | 韩威1号 | 中抗 | 43.5 | 有 | 73 | 费乌瑞它 | 高感 | 92.3 | 有 |
23 | 中薯2号 | 中感 | 58.5 | 有 | 74 | 云薯202 | 高抗 | 19.7 | 有 |
24 | 滇薯47 | 中抗 | 35.3 | 有 | 75 | S.chacoense | 中抗 | 31.5 | 有 |
25 | 韩锦2号 | 中抗 | 33.7 | 有 | 76 | S.stoloniferum | 中抗 | 37.4 | 有 |
26 | 晋薯15号 | 中抗 | 44.2 | 有 | 77 | 东薯3号 | 中抗 | 33.4 | 有 |
27 | 丽薯11号 | 高抗 | 22.2 | 有 | 78 | 晋薯8号 | 中抗 | 39.5 | 有 |
28 | 云薯205 | 中抗 | 31.4 | 有 | 79 | 云薯305 | 高抗 | 17.7 | 有 |
29 | 鄂马铃薯13号 | 高抗 | 16.5 | 有 | 80 | 云薯902 | 高抗 | 22.3 | 有 |
30 | 宁蒗5号 | 中抗 | 37.7 | 有 | 81 | 云薯505 | 高抗 | 21.7 | 有 |
31 | 菲勒塞纳 | 中抗 | 38.7 | 有 | 82 | 云薯107 | 中抗 | 33.7 | 有 |
32 | 丽薯10号 | 高抗 | 17.5 | 有 | 83 | 大西洋 | 高感 | 94.8 | 有 |
33 | 天薯15号 | 高抗 | 21.0 | 有 | 84 | S.pinnatisecta | 高抗 | 11.1 | 无 |
34 | 泉云3号 | 中抗 | 47.7 | 有 | 85 | 陇薯10号 | 高抗 | 14.6 | 有 |
35 | 中薯9号 | 中抗 | 35.5 | 有 | 86 | 克新34 | 中抗 | 37.3 | 有 |
36 | 东薯1号 | 中抗 | 40.7 | 有 | 87 | 克新33 | 高抗 | 15.6 | 有 |
37 | 华颂11 | 中抗 | 34.3 | 有 | 88 | 合作88 | 高抗 | 27.7 | 有 |
38 | 垦彩薯1号 | 中抗 | 32.3 | 有 | 89 | 庄薯3号 | 高抗 | 22.3 | 有 |
39 | 春秋9号 | 中抗 | 31.1 | 有 | 90 | 紫花白 | 高抗 | 8.9 | 有 |
40 | 冀张薯5号 | 中抗 | 44.9 | 有 | 91 | 天薯9号 | 高抗 | 23.3 | 有 |
41 | 北薯2号 | 中抗 | 45.9 | 有 | 92 | NS51-5 | 高抗 | 23.1 | 有 |
42 | 华颂34 | 中感 | 55.7 | 有 | 93 | 米拉 | 中抗 | 48.9 | 有 |
43 | 闽薯1号 | 高感 | 78.7 | 有 | 94 | 垦薯1号 | 中抗 | 33.2 | 有 |
44 | 鑫科薯1号 | 高抗 | 13.3 | 有 | 95 | 黑森 | 高抗 | 7.5 | 有 |
45 | 宁薯3号 | 高抗 | 19.8 | 有 | 96 | 黑美人 | 高抗 | 9.8 | 有 |
46 | 中薯6号 | 中抗 | 34.2 | 有 | 97 | 克新19号 | 中感 | 52.3 | 有 |
47 | 云薯401 | 高抗 | 16.4 | 有 | 98 | 天薯10号 | 中抗 | 33.2 | 有 |
48 | 中薯15号 | 中抗 | 44.6 | 有 | 99 | 克新13号 | 中抗 | 46.8 | 有 |
49 | 雪育2号 | 中抗 | 37.7 | 有 | 100 | Atzimba | 中抗 | 44.8 | 有 |
50 | 新大坪 | 中抗 | 44.2 | 有 | 101 | 扎列娃 | 高抗 | 10.9 | 有 |
51 | 尤金 | 高感 | 90.3 | 有 | 102 | 克新1号 | 中抗 | 48.8 | 有 |
2.2 R8基因分子标记检测
图2
图2
R8基因的分子标记检测
M:DL2000;1:陇薯6号;2:S.acaule;3:丽薯2号;4:陇薯5号;5:延薯12号;6:延薯1号;7:中薯4号;8:中薯16号;9:蒙薯13号;10:川芋85;11:延薯10号;12:岭薯1号;13:丽薯7号;14:丽薯6号;15:大同里外黄;16:韩威1号。
Fig.2
Molecular marker detection of R8 gene
M: DL2000 DNA marker; 1: Longshu 6; 2: S.acaule; 3: Lishu 2; 4: Longshu 5; 5: Yanshu 12; 6: Yanshu 1; 7: Zhongshu 4; 8: Zhongshu 16; 9: Mengshu 13; 10: Chuanyu 85; 11: Yanshu 10; 12: Lingshu 1; 13: Lishu 7; 14: Lishu 6; 15: Datongliwaihuang; 16: Hanwei 1.
2.3 R8分子标记与田间抗性鉴定的一致性分析
根据分子标记与田间抗性鉴定结果(表2),在87份抗性(高抗和中抗)材料中检测出84份含有R8基因,在102份材料中分子标记抗性符合度为84.8%,说明R8分子标记有无与田间晚疫病抗性符合程度较高,因此R8分子标记可以用于分子标记辅助选择(marker-assisted selection,MAS)。
3 讨论
目前,常规育种需要育种家把多个含有优异基因的材料,通过有性杂交,经过田间鉴定进行筛选,这一过程需要花费大量时间、财力和物力。而随着分子标记的开发,通过分子标记在实生苗世代就可以进行抗病筛选,极大地缩短了育种年限。利用抗病基因分子标记评价和改良作物抗病性是一种经济有效的方法,在不同作物中已广泛应用[20-21]。抗病基因的发掘和多个抗病基因聚合是提高马铃薯品种持久抗病性的重要手段,获得优异抗病种质资源是培育抗病品种的基础。因此,聚合多个Rpi基因,尤其是广谱Rpi基因,能够实现广谱抗性,如具有较强广谱抗性的材料MaR8含有R3a、R3b、R4、R8,MaR9含有R1、Rpi-abpt1、R3a、R3b、R4、R8、R9、R9a,Sarpo Mira含有R3a、R3b、R4、Rpi-Smira1、Rpi-Smira2/R8[9,12]。本研究中应用R8基因分子标记对102份资源进行筛选,结果有84份材料分子标记与抗性评价一致,符合度达到84.8%,说明该标记具有辅助选择的效果。但是仍然有15份材料含有R8基因,却表现感病。有研究[22]发现,随着植株的生长,R8基因的表达呈现先上升后下降的趋势,猜测可能是感病材料中含有抑制因子限制R8基因的功能,导致基因的表达量与抗性水平存在一定关联。所以后续会对多种晚疫病抗性基因进行检测,并且结合田间抗性与室内接种鉴定,筛选出含有多个抗性基因的抗晚疫病品种,为聚合育种提供优异资源。
本试验选出的87份抗性资源可以为黑龙江省马铃薯新品种的推广和布局提供优异种质,为晚疫病抗病育种提供亲本材料。本研究还发现来自于西南地区的品种在本地区仍然抗病,虽然有些品种在当地已经丧失抗性,如合作88、丽薯6号和黑美人在李锟等[15]的研究中表现感病,但在本研究中表现抗病,原因可能是两地病原菌生理小种组成不同。另外,调查中还发现彩色马铃薯晚疫病和疮痂病抗性较好,原因有待进一步研究。本试验检测到S. stenotomum、内薯7号和陇薯6号含有R8基因,但在前期的试验未检测到,可能是当时未扩增出特异性片段。
随着病原菌生理小种的变化,R1~R11中除R8为广谱Rpi基因,其他的主效Rpi基因均已被克服[23],所以育种家们开始聚焦于广谱Rpi基因。即便有克服R8基因的“超级小种”出现,R8基因仍具有持久的田间抗性。从本研究的结果来看,含有R8基因的品种田间抗性存在差异,但是总体而言,大多在田间还是表现抗病。在今后的抗病育种中,可选择聚合含R8基因的多抗材料作为亲本,应用R8分子标记进行MAS,可极大提高育种效率,真正做到常规育种与分子标记辅助选择相结合。
4 结论
晚疫病田间抗性鉴定结果表明,102份马铃薯材料有87份材料抗晚疫病,其中高抗材料33份,占32.4%,中抗材料54份,占52.9%;15份材料感晚疫病,其中中感材料9份,占8.8%,高感材料6份,占5.9%。102份材料中有99份含有R8基因。分析田间抗性与R8基因分子标记的关系,发现R8分子标记与抗性符合程度较高,证明R8分子标记可用于马铃薯抗晚疫病分子标记辅助选择育种。
参考文献
Gene RB cloned from Solanum bulbocastanum confers broad spectrum resistance to potato late blight
Earlier occurrence and increased explanatory power of climate for the first incidence of potato late blight caused by Phytophthora infestans in Fennoscandia
中国马铃薯病虫害发生情况与农药使用现状
DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.006
[本文引用: 1]
作为继水稻、玉米和小麦之后的第四大主粮作物,马铃薯在保障我国粮食安全、精准扶贫、种植业结构调整以及农业产业转型升级中发挥着至关重要的作用。我国马铃薯的种植面积和总产量均位居世界首位,但单产水平因病虫害等瓶颈因素的制约低于世界平均水平。在国家重点研发项目的资助下,项目组在马铃薯六大优势产区开展了有害生物疫情监测和农药使用现状普查工作。明确了我国马铃薯生产上的主要病虫害共计27种,提出以晚疫病、早疫病、黑痣病、枯萎病、黑胫病、疮痂病、金针虫、蛴螬、二十八星瓢虫、马铃薯块茎蛾、蚜虫、蓟马等“六病六虫”为重点防控对象,根据各区域情况兼顾青枯病、环腐病、黄萎病、粉痂病等病虫害的防控。探明了我国马铃薯单位面积农药施用次数和施用量分别为17次和40.03 kg·hm <sup>-2</sup>,高于全国平均水平的4.16次和3.49 kg·hm <sup>-2</sup>。马铃薯现有农药登记产品防治对象的覆盖范围严重不足,青枯病、疮痂病、粉痂病等重要病虫害面临无登记农药可用的窘境。在农药减施策略方面,提出践行有害生物综合治理方针。建立马铃薯病虫害监测预警和早期精确诊断技术体系,为制定科学防控策略,适时精准施药奠定基础。选育推广抗病、虫品种,优化品种布局。适时播种、合理间套作,从时空两个维度阻隔规避马铃薯有害生物的侵染。种薯源头管控,完善种薯认证监管体系。扩大合格脱毒种薯的应用面积,大力推广种薯处理技术。研发推广化学农药高效施用技术与绿色防控替代技术是实现马铃薯化学农药减施的核心驱动。
The R1 gene for potato resistance to late blight (Phytophthora infestans) belongs to the Leucine zipper/NBS/LRR class of plant resistance genes
Broad spectrum late blight resistance in potato differential set plants MaR8 and MaR9 is conferred by multiple stacked R genes
Potato late blight field resistance from QTL dPI09c is conferred by the NB-LRR gene R8
DOI:10.1093/jxb/ery021
PMID:29385612
[本文引用: 1]
Following the often short-lived protection that major nucleotide binding, leucine-rich-repeat (NB-LRR) resistance genes offer against the potato pathogen Phytophthora infestans, field resistance was thought to provide a more durable alternative to prevent late blight disease. We previously identified the QTL dPI09c on potato chromosome 9 as a more durable field resistance source against late blight. Here, the resistance QTL was fine-mapped to a 186 kb region. The interval corresponds to a larger, 389 kb, genomic region in the potato reference genome of Solanum tuberosum Group Phureja doubled monoploid clone DM1-3 (DM) and from which functional NB-LRRs R8, R9a, Rpi-moc1, and Rpi_vnt1 have arisen independently in wild species. dRenSeq analysis of parental clones alongside resistant and susceptible bulks of the segregating population B3C1HP showed full sequence representation of R8. This was independently validated using long-range PCR and screening of a bespoke bacterial artificial chromosome library. The latter enabled a comparative analysis of the sequence variation in this locus in diverse Solanaceae. We reveal for the first time that broad spectrum and durable field resistance against P. infestans is conferred by the NB-LRR gene R8, which is thought to provide narrow spectrum race-specific resistance.
马铃薯遗传育种研究:现状与展望
DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.06.003
[本文引用: 1]
马铃薯是世界第三大粮食作物,马铃薯产业的可持续发展对保障世界和中国的粮食安全具有重要意义。优良品种是支撑马铃薯产业发展的基础。马铃薯经常遭受病虫害的侵袭和非生物胁迫,加工业的迅速发展和人们对食物营养的重视,迫切需要选育出更抗病、更耐逆、更高产、更优质和专用的马铃薯新品种。培育一个优良马铃薯品种,种质资源是基础,重要性状的遗传学是理论指导,先进的育种技术是保障,完善的推广和栽培模式是支撑。世界范围内,保存了大约65 000份马铃薯种质资源,通过对种质资源抗病、抗逆和品质方面的系统评价,并应用多种资源利用技术,将三大类约17个野生种的种质导入到普通栽培种中,应用于育种和遗传学研究。利用纯合双单倍体材料作为测序对象,马铃薯基因组序列已经被揭示,预测出了39 031个蛋白编码基因,目前更多的种质资源正在被重测序以揭示更多的等位变异。马铃薯普通栽培品种是无性繁殖四倍体作物,具有四体遗传特性,尽管如此,许多植株发育和形态、块茎品质和抗病抗逆等重要性状的遗传特性基本明确,并定位和克隆了大量重要性状相关基因。目前,马铃薯育种技术主要涵盖传统育种技术、倍性育种技术、标记辅助选择育种技术、基因工程育种技术和新兴的基因组选择育种技术。中国马铃薯遗传育种研究队伍不断壮大,品种选育取得了重大进展。荷兰马铃薯遗传育种水平居于世界前列,合作育种模式推动了商业化育种。不断完善马铃薯综合育种技术,创新育种模式和机制,充分利用现有种质资源培育突破性、专用型品种将是未来马铃薯遗传育种发展的主要方向。
Qualitative and quantitative late blight resistance in the potato cultivar Sarpo Mira is determined by the perception of five distinct RXLR effectors
DOI:10.1094/MPMI-01-12-0010-R
PMID:22414442
[本文引用: 2]
Potato defends against Phytophthora infestans infection by resistance (R)-gene-based qualitative resistance as well as a quantitative field resistance. R genes are renowned to be rapidly overcome by this oomycete, and potato cultivars with a decent and durable resistance to current P. infestans populations are hardly available. However, potato cultivar Sarpo Mira has retained resistance in the field over several years. We dissected the resistance of 'Sarpo Mira' in a segregating population by matching the responses to P. infestans RXLR effectors with race-specific resistance to differential strains. The resistance is based on the combination of four pyramided qualitative R genes and a quantitative R gene that was associated with field resistance. The qualitative R genes include R3a, R3b, R4, and the newly identified Rpi-Smira1. The qualitative resistances matched responses to avirulence (AVR)3a, AVR3b, AVR4, and AVRSmira1 RXLR effectors and were overcome by particular P. infestans strains. The quantitative resistance was determined to be conferred by a novel gene, Rpi-Smira2. It was only detected under field conditions and was associated with responses to the RXLR effector AvrSmira2. We foresee that effector-based resistance breeding will facilitate selecting and combining qualitative and quantitative resistances that may lead to a more durable resistance to late blight.
Phenotypic stability and genome-wide association study of late blight resistance in potato genotypes adapted to the tropical highlands
DOI:10.1094/PHYTO-10-13-0270-R
PMID:24423400
[本文引用: 1]
Potato genotypes from a breeding population adapted to tropical highlands were analyzed for the stability of late blight resistance and also for marker-phenotype association. We harmonized the historical evaluation data, consisting of observations spanning 6 years from two field sites utilizing a resistance scale constructed by comparing the area under the disease progress curve (AUDPC) values of 172 genotypes with that of susceptible control 'Yungay'. In total, 70 potato genotypes had a coefficient of variability <0.5 and were considered stable across the environments tested. A principal component analysis demonstrated that the ensemble of experiments formed two distinct groups that reflect the stability of genotype resistance to late blight. Phytophthora infestans isolates present in the experimental fields belonged to the EC-1 clonal lineage and showed variation in virulence beyond the concept of the avirulence determined by the conventionally used R1-R11 differential set. A single-nucleotide polymorphism (SNP) marker on chromosome 9 was associated with late blight resistance and linked to instability. Genotypes with either AACC or AAAC combinations for this SNP were highly resistant only in some environments, while the genotypes with the AAAA combination had more moderate levels of resistance but were stable across environments.
255份马铃薯种质晚疫病广谱Rpi基因标记检测及抗性田间验证
DOI:10.13430/j.cnki.jpgr.20221204002
[本文引用: 2]
马铃薯(Solanum tuberosum L.)是云南省的第三大粮食作物,晚疫病严重威胁马铃薯的生产,防治晚疫病最好的策略是种植抗性品种。本研究对255份马铃薯种质检测已报道的6个广谱Rpi基因分子标记,并鉴定田间晚疫病抗性。结果表明,含R8、RB、Rpi-blb2、Rpi-sto1、Rpi-sto1、Rpi-vnt1.1基因的材料分别有69、53、51、12、23、75份;81份材料聚合了多个广谱Rpi基因,其中77份来源于国际马铃薯中心(CIP)。田间抗性鉴定结果表明:255份材料中,高抗、中抗、中感和高感材料分别有67、31、67、90份,高抗与中抗材料分别有58份和29份源于CIP。国内种质与CIP种质相比,缺乏抗病与聚合多个广谱Rpi基因的种质。结果还表明,R8基因在晚疫病田间抗性中起主要贡献,R8分子标记田间抗性符合程度较高,并在聚合其他广谱Rpi基因时,符合程度与抗性会随之提高。本研究检测了255份材料的6个广谱Rpi基因分子标记组成,筛选出一批抗性材料,证明了R8分子标记具有较高的晚疫病田间抗性符合程度,可用于选择抗性材料或单株,能为抗病育种与分子标记辅助选择育种提供科学依据。
Stacking resistance genes in multiparental interspecific potato hybrids to anticipate late blight outbreaks
马铃薯晚疫病抗性基因分子标记检测及抗性评价
DOI:10.13430/j.cnki.jpgr.20180826001
[本文引用: 1]
马铃薯是重庆优势特色作物之一,但其安全生产受到晚疫病的严重威胁。马铃薯生产中种植抗病品种是防控马铃薯晚疫病最为经济有效和环境友好的途径。为了了解来自国内外不同种质的晚疫病抗性基因组成以及确定在重庆市具有晚疫病抗性的马铃薯品种(系),本研究以218份来自国内外的品种(系)为材料,进行了6个晚疫病抗性(R)基因分子标记检测,同时进行了田间晚疫病抗性评价及室内接种鉴定和筛选。研究结果显示,6个R基因的分子标记在供试材料中均有分布,但分子标记的组成不尽相同,主要分为4大类。第I类含有具有广谱抗性基因的RB,晚疫病抗性评价表现为中抗以上;第III类缺R2 family基因标记,绝大部分表现为晚疫病敏感型;第II类和第IV类中分别主要含有3个R基因(R2 Family +R3a+R3b)标记类型和4个R基因(R1+ R2 Family+R3a+R3b)标记类型,这两类材料中表现出一定比例的晚疫病抗性水平,但第IV中出现抗性表现的比例高于第II类。结果说明含有RB基因标记贡献了较高的晚疫病抗性,缺失R2 famlily 基因标记的材料可能不利于晚疫病抗性,利用这些基因标记辅助筛选有助于提高重庆地区晚疫病抗性育种效率。本研究评价了218个马铃薯材料6个重要R基因组成,并筛选出重庆地区表现抗性的多个材料,为新品种(系)的推广应用以及抗病育种选育提供了科学依据,同时为发掘新的抗病基因提供了遗传资源。
抗茎腐病分子标记在159份玉米自交系中的验证及实用性评价
DOI:10.13430/j.cnki.jpgr.2017.04.019
[本文引用: 1]
为了评价抗茎腐病基因分子标记在辅助育种中的实用性,对159份玉米自交系进行了茎腐病田间抗性鉴定,并检测了与4个茎腐病抗性QTL (qRfg1、qRfg2、RpiQI319-1和RpiQI319-2)连锁的11个分子标记在上述材料中的扩增情况。结果表明:供试玉米自交系的平均发病率为26.30%,发病率低于30%的材料占67.92%,抗病资源丰富。与东北和西南地区种质相比,黄淮海地区抗性种质相对缺乏。通过比较标记扩增与田间表型的结果,发现分子标记STS01(qRfg1)、STSZ479(qRfg2)、bnlg1866(RpiQI319-1)和bnlg1716(RpiQI319-2)的阳性检测结果与田间表型符合度较高,分别为76.79%、78.95%、91.67%、73.33%,具有上述特异扩增多态性的材料平均发病率分别为22.06%、19.01%、10.65%、19.63% ,可做为抗茎腐病分子检测的有效标记。本研究为开展玉米抗茎腐病分子育种提供了重要参考。
应用分子标记技术改良京作1号的稻瘟病抗性
DOI:10.13430/j.cnki.jpgr.2016.04.024
[本文引用: 1]
稻瘟病是危害水稻产量的重要生物胁迫之一。实践证明,解决这一问题的最有效方法是培育具广谱、持久稻瘟病抗性的品种并推广种植。本研究以优质、高产、感稻瘟病的京粳1号为轮回亲本,与稻瘟病抗性基因Pi9、Pigm 和pi21的供体材料进行杂交、回交和复交,结合分子标记辅助选择和农艺性状筛选,培育不同的单基因导入系和聚合系。苗期人工接种多个稻瘟病菌的结果显示,Pi9抗性改良系的抗性频率达到100%,Pigm抗性改良系平均为90%,均极显著高于轮回亲本京粳1号的抗性频率,且农艺性状与京粳1号基本一致。pi21抗性改良系的抗性水平与京粳1号没有明显差异,单株产量极显著低于京粳1号。与轮回亲本相比,Pi9和pi21聚合系的抗性频率极显著提高,达到93.33%,但单株产量明显降低。研究结果证实了Pi9和Pigm基因在大幅度提高抗瘟性的同时对主要农艺性状影响小,都具有较大的育种利用价值。基因pi21抗谱较窄,抗性不强,且可能存在对产量的负效应,不宜单独用来改良水稻品种的稻瘟病抗性,需要与抗性强的主基因聚合,通过多次回交和自交打破该基因与产量的不利连锁累赘。
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