大豆对SMV抗侵染与抗扩展的遗传分析

大豆花叶病毒（SMV）抗性研究最早着重于系统病症,后来发现感病材料还存在发病程度上的遗传差异,抗侵染与抗扩展并不相同,从而鉴别出一批具不同类型抗性的抗源。本研究利用抗侵染和抗扩展品种（系）配置10个不同类型杂交组合,在分别接种Sa或SC8株系条件下,研究两类抗性的遗传模式。结果表明,大豆对大豆花叶病毒抗侵染和抗扩展分属不同遗传体系,抗侵染由一对主基因控制,抗病对感病表现为显性;抗扩展由一对加性主基因+加性-显性多基因控制,F₂代主基因和多基因遗传率分别为23.91%~74.97% 和18.43%~37.04%,F_2∶3代主基因和多基因遗传率分别为49.46%~82.42% 和17.42%~39.93%,抗性大小依亲本而异。两类抗性都有育种价值。因中抗×高感组合的遗传率明显低于高感×高抗组合,抗扩展育种应尽量选择抗性强的品种作亲本。     

基于大豆花叶病毒衣壳蛋白基因的RNA干扰植物表达载体的构建

大豆花叶病毒(Soybean mosaic virus,SMV)是马铃薯Y病毒组(Potyvirus)成员之一,大豆花叶病毒病可造成大豆10%~30%的产量损失,并严重影响大豆的品质。不同株系间致病力差异源于它们在碱基序列上的差异。采用传统的抗病育种技术育成的抗病品种抗谱窄,品种抗性可因病毒株系的变异而丢失。依靠RNA引发的基因沉默改善植物的抗病毒能力是基于RNA i(RNA inference)原理建立的植物抗病毒新策略,本研究对来源于武汉SMV分离物的CP基因和Nib基因进行了克隆,通过对保守区域的扩增,采用Gateway技术构建了大豆抗花叶病毒的RNA干扰载体。为防治大豆花叶病毒新技术的探索奠定基础。     

核盘菌诱导下甘蓝型油菜防御相关基因表达差异分析

菌核病是油菜主要病害, 至今尚未在油菜及相关植物中找到抗性基因。本研究利用qRT-PCR法比较了抗病品种宁RS-1和感病品种APL01在接种核盘菌后0~48 h内11个防御相关基因的表达差异, 以揭示抗病品种宁RS-1的抗病机制。结果表明, 4个基因(PGIP、Cu/ZnSOD、OXO和GLP)在核盘菌诱导前后抗、感品种内表达量均较高, 且抗病品种的表达量显著高于感病品种, 尤其是PGIP基因, 抗病品种宁RS-1在24 h的表达量为诱导前的170.4倍, 而感病品种仅为诱导前的3.5倍, 该时期抗病品种PGIP的表达量为感病品种的1299.4倍;2个基因(LOX2和PDF1.2)在诱导前后抗、感品种内的表达量均较低, 但抗、感品种间表达量差异显著;5个基因(FeSOD、PAL、EDS1、PR1和EIN3)诱导前后抗、感品种内的表达量均较低, 且抗、感品种间的表达量差异不显著。推测抗病品种宁RS-1对菌核病的抗性可能是由于PGIP的上调表达, 抑制了核盘菌PG蛋白对侵染部位油菜组织细胞壁的降解, 从而抑制了油菜菌核病的发生与蔓延。     

大豆广谱抗源对SMV优势株系的抗性遗传和等位性分析

为了研究大豆广谱抗源对我国大豆花叶病毒优势株系SC3和SC7的遗传方式及抗源材料对SMV抗性基因间的等位性关系,利用广谱抗源科丰1号和齐黄1号与感病材料南农1138-2配制抗感及抗抗杂交组合,通过人工摩擦接种法进行鉴定。结果发现,接种株系SC3和SC7后,科丰1号和齐黄1号与南农1138-2配制抗感组合的F1均表现抗病,经卡方测验,F2抗感分离比例符合3∶1,F2∶3家系分离比例为1(抗)∶2(分离)∶1(感),说明这2个广谱抗源均有1对显性基因控制株系SC3和SC7的抗性;等位性测验结果表明2个抗抗组合的F1对SC3和SC7优势株系均表现抗病,F2分离比符合15(抗)∶1(感),说明科丰1号和齐黄1号对株系SC3和SC7的抗性基因不等位且独立遗传。进一步分析2个广谱抗源携带的抗性基因可以发现,科丰1号对株系SC3的抗性基因RSC3和齐黄1号对SC7株系的抗性基因RSC7Q可能位于大豆的2号和13号染色体上,为利用大豆广谱抗源进行抗SMV育种奠定了很好的基础。     

大豆种质资源抗大豆花叶病毒的鉴定

在温/网室人工接种高病害压的条件下,对筛选的300份综合农艺性状优良的大豆种质资源进行抗大豆花叶病毒(Soybean mosaic virus,SMV)流行株系SC3和SC7的鉴定.结果表明,对SMV流行株系SC3表现抗病(高抗和抗病)的品种有84份,占鉴定品种的28.0％,对SC7表现抗病的有105份,占35.0％;兼抗SC3和SC7的有60份,占鉴定的20.0％;其中对SC3和SC7均表现高抗的品种如皖豆16、晋遗21、M0633和P9594等抗病资源用于大田生产将对SMV的流行起到控制作用.研究还发现,地方品种对强毒株系SC7有着较多的抗性资源,来自山西的4份种质资源对SC3和SC7的抗性均在中抗以上,可作为抗源用于抗病品种选育和与抗性相关的研究.对300份大豆种质资源的小区平均产量分析发现,高抗SMV品种的小区平均产量(514.39g)与高感品种的小区平均产量(517.34g)没有显著差异,由此可初步推测育成抗SMV且高产的品种是可能的.     

RNAi介导SMV-P3基因沉默增强大豆对花叶病毒病的抗性

大豆花叶病毒(soybean mosaic virus, SMV)病是我国各大豆主产区最重要的病害之一,严重影响大豆产量和籽粒外观品质。培育抗病品种是防治该病最经济有效的措施。本研究基于植物介导RNA干扰(RNA interference, RNAi)技术,将编码参与SMV运动和影响宿主域范围的P3蛋白基因RNAi片段导入栽培大豆品种,研究RNAi介导SMV-P3基因沉默对大豆抗SMV的影响。Southern杂交检测结果表明,外源RNAi片段以低拷贝的形式(1~4个)整合至大豆基因组中。对T1~T3代转基因大豆喷施除草剂和PCR鉴定结果表明,外源T-DNA插入片段在转基因大豆不同代际间能够稳定遗传。对T2和T3代转基因大豆接种SMV鉴定结果表明,转基因大豆对我国大豆产区主要流行SMV株系SC-3较非转基因对照受体品种Williams 82和SN9的抗性水平显著提高,病情指数降低至4.37%~18.51%,且抗性能够稳定遗传。综上所述,RNAi介导SM-P3基因沉默能够显著提高转基因大豆对SMV的抗性水平。     

黄瓜几丁质酶基因克隆及与白粉病抗性关系的初步研究

本研究采用常规PCR技术在黄瓜抗白粉病品种JIN5-508中克隆得到几丁质酶基因,并利用荧光定量PCR分析该基因在接种白粉菌后的表达变化。研究结果显示:接菌后几丁质酶基因表达量明显上升,在24 h达到最高值,是其对照的7倍;接菌24 h后,几丁质酶基因表达量迅速下降,最终与对照趋于一致。从具有不同抗白粉病特性的品种中克隆得到几丁质酶基因并进行同源性比对,获得4个多态性位点,对品种间几丁质酶基因开放阅读框(ORF)所编码的氨基酸序列进行了比对,发现了2个氨基酸差异位点,其中抗感白粉病品种在第557个碱基位点即第184个氨基酸位点上存在差异。进一步以抗病品种JIN5-508与感病品种D8杂交得到的F2代为材料,从苗期(2~3片真叶)人工接种白粉菌,1周后根据幼苗发病情况鉴定出F2代中表现为抗病的植株和感病的植株,并以此为材料克隆几丁质酶基因,成功克隆得到F2抗与F2感的几丁质酶基因,发现F2抗性植株中克隆到的几丁质酶基因差异氨基酸位点处的氨基酸与抗病品种一致,而从F2感病株中克隆得到的几丁质酶基因差异氨基酸位点处的氨基酸与感病品种一致。研究结果表明,几丁质酶基因与黄瓜的白粉病抗性密切相关,可利用此差异位点进一步发展与黄瓜白粉病相关的功能性分子标记。     

大豆抗感品种(系)接种SMV1叶片细胞超微结构变化的比较

接种SMVI株系后21d,用透射电镜研究了大豆抗病品系东农93—046和感病品种合丰25叶片细胞的病理变化。结果表明：SMV1引起感病品种合丰25的细胞结构严重破坏,抗病品系东农93—046未发生明显病变,说明SMV1引起的细胞结构病变在抗感品种间的表现不同。     

大豆对大豆花叶病毒株系SC6和SC17抗病基因的精细定位

针对我国北方和长江流域大豆产区广泛分布的SMV株系SC6和SC17,利用2个抗病大豆品种Q0926和中豆35分别与感病品种南农1138-2和南农菜豆5号配制2个抗感杂交组合Q0926×南农1138-2和中豆35×南农菜豆5号以及一个抗抗组合Q0926×中豆35,研究3个组合的F₁、F₂、F_2:3抗性遗传规律,探讨Q0926对SC6和中豆35对SC17及2个抗病品种对同一SMV株系抗性基因的等位关系,并对大豆对2个株系的抗病基因进行了标记定位。结果显示,Q0926×南农1138-2和中豆35×南农菜豆5号2个抗感杂交组合在分别接种SC6和SC17后,F₁表现抗病,F₂呈3抗∶1感分离比例,F_2:3家系呈1抗∶2分离∶1感病的分离比率,表明Q0926对SC6和中豆35对SC17的抗病性分别由1对显性基因控制;抗抗组合Q0926×中豆35的F₁和F₂在接种2个株系后均未发现感病单株,表明Q0926与中豆35对SC6和SC17株系的抗病基因分别是等位或紧密连锁的。分别利用2个抗感组合的F₂和F_2:3群体对2个抗病基因的定位结果显示,第2染色体上的25个SSR标记与抗SC6的基因R_SC6连锁,最近的2个标记与抗性基因R_SC6的排列次序和遗传距离为BARCSOYSSR_02_0617(0.775 cM)-R_SC6-BARCSOYSSR_02_0621(0.519 cM);第2染色体上的38个SSR标记与抗SC17的基因R_SC17连锁。最近的2个标记与抗性基因R_SC17的排列次序和遗传距离为BARCSOYSSR_02_0622(0.264 cM)-R_SC17-BARCSOYSSR_02_0627(0.262 cM),其对应的物理区间分别为52 kb和60 kb。抗性遗传研究为抗大豆花叶病毒育种的亲本选配、后代选择提供了理论指导,抗性基因的标记定位研究为抗性基因的分子标记辅助选择和抗病基因的图位克隆奠定了基础。     

甘蓝型油菜抗根肿病KASP标记开发和利用

为了准确高效的筛选抗根肿病材料,提高甘蓝型油菜根肿病抗性育种效率。通过对甘蓝型油菜抗病亲本的Crr1基因与感病亲本中相应的同源基因LOC103834349进行测序,寻找SNP位点,针对第1 486-1 487上的非同义突变位点,开发了一套精准检测抗感根肿病基因型的竞争性等位基因特异性PCR(Kompetitive Allele Specific PCR,KASP)标记。利用该KASP标记对来自42个F_2群体的771个单株进行分型检测,其中315个单株含有纯合感病基因型GG,322个单株含有纯合抗病基因型AA,134个单株含有杂合等位基因型GA。其中对编号为2033的F_2群体中125株材料的KASP分型情况进行χ~2检测,其中纯合抗病基因型AA 30株,纯合感病基因型GG 33株,杂合基因型GA 62株,经χ~2检测,抗病材料与感病材料符合3∶1理论值,抗病纯合基因型、抗病杂合基因型与感病纯合基因型的比值符合1∶2∶1理论值,说明该抗病位点为显性单基因抗病位点。结合田间表型检测鉴定,AA分型和杂合的GA分型单株田间检测均为抗病表型,GG分型均为感病表型,KASP分型结果与田间鉴定结果一致。比对结果说明该KASP标记对根肿病抗、感植株进行正确分型,表明基于Crr1基因和LOC103834349的SNP位点开发的KASP标记可以准确高效的应用于油菜抗根肿病材料的分子标记辅助选择育种。     

大豆引进种质抗胞囊线虫病、抗花叶病毒病和耐盐基因型鉴定及优异等位基因聚合种质筛选

我国从美国、俄罗斯、日本等26个国家或地区共引进大豆种质3218份, 仅对部分种质进行了大豆胞囊线虫病(Soybean cyst nematode, SCN)、大豆花叶病毒病(Soybean mosaic virus, SMV)和盐敏感性的抗性鉴定, 但基因型的系统分析尚未见报道。本研究针对大豆抗胞囊线虫病3个基因(rhg1、Rhg4、SCN3-11)和耐盐基因(GmSALT3)开发KASP标记5个, 结合与大豆花叶病毒抗性相关的1个SCAR标记(SCN11), 对1489份大豆引进种质进行基因型鉴定。结果表明, 具有优异等位基因的种质共1084份; 携带3个位点优异等位基因的种质19份, 包括抗胞囊线虫病3个位点(rhg1、Rhg4、SCN3-11)叠加(Peking型)种质3份, 聚合抗胞囊线虫病基因和抗花叶病毒病标记7份, 聚合抗胞囊线虫病和耐盐基因2份, 聚合抗胞囊线虫病、抗花叶病毒病和耐盐基因7份; 携带4个位点优异等位基因的种质9份, 包括聚合抗胞囊线虫病基因和抗花叶病毒病标记6份, 聚合抗胞囊线虫病和耐盐基因2份, 聚合抗胞囊线虫病、抗花叶病毒病和耐盐7份; 携带5个位点优异等位基因8份, 聚合了抗胞囊线虫病、抗花叶病毒病和耐盐优异等位变异。在这些携带优异等位变异的种质中, 44份已由前人证明具有相应的抗性。携带3个或3个以上优异等位基因的36份种质中, 有52.78%种质的一种或两种特性已被报道。在不携带抗性优异等位变异的种质中, 93份已证明有耐盐性或对SMV3号株系抗性, 这些种质可能存在新的抗性(等位)基因。本研究利用高通量分子标记筛选出的携带抗病、抗逆优异等位基因的种质为我国大豆资源表型鉴定、抗源的快速筛选及利用提供理论依据和新思路。     

水稻抗稻瘟病基因Pi47的精细定位和候选基因分析

不断挖掘和克隆抗稻瘟病新基因, 是解析水稻抗病分子遗传机制和培育抗稻瘟病新品种的重要基础。Pi47是笔者从广谱、持久抗稻瘟病湖南地方品种湘资3150中鉴定的稻瘟病抗性基因, 前期研究将其初步定位于第11染色体标记RM224和RM5926间。本研究利用3个Pi47单基因系与感病亲本CO39杂交F₂群体1687个感病单株对Pi47精细定位, 利用6个STS标记对3个单基因系进行背景分析, 采用生物信息学方法进行了候选基因分析。结果表明, Pi47被精细定位于CAPS标记S32与K33间0.24 cM区域的171.2 kb物理区间内, 背景分析将Pi47进一步缩小至SC12和K33间67.8 kb的区间内; 该区间含有8个结构基因, 其中2个编码NBS-LRR抗病类似蛋白, 为Pi47的候选功能基因。稻瘟菌抗谱比较分析发现, Pi47单基因系与其定位区间内4个Pik位点的等位基因Pik、Pikm、Pikh和Pikp的近等基因系抗谱不同。这些结果为进一步克隆Pi47和利用其进行分子标记辅助选择培育抗稻瘟病水稻新品种奠定了基础。     

棉花GbSTK基因调控开花和黄萎病抗性的功能研究

Cotton is an important cash crop, and achieving disease resistance as well as early maturity is an important breeding goal. However, the molecular relationship between disease resistance and early maturity of cotton is still a research gap. In previous study, we identified a GbSTK gene response to V. dahliae that could enhance Verticillium wilt resistance in transgenic Arabidopsis. In this study, we found that GbSTK was more highly expressed in resistance and/or tolerant varieties than in susceptible varieties. Knocking down of GbSTK expression in Nongda 601 showed that the silenced plants displayed serious disease symptoms, with disease index from 27.5 (tolerant) to 63.2 (susceptible), suggesting that GbSTK positively regulates cotton Verticillium wilt resistance. More interesting, we found that GbSTK could promote the development of Arabidopsis. At the flowering time point, the average number of rosette leaves in transgenic lines was 7.5, significantly less than the mock plants, and the transgenic plants bloomed five to seven days earlier than the control. The FT and SOC1 gene, regarded as marker genes in Arabidopsis flowering signaling pathway, maintained higher expression level in transgenic lines than in the mock, indicating that GbSTK could accelerate flowering via regulating FT and SOC1 gene expression. We also obtained 30 candidate proteins that could interacted with GbSTK via yeast double hybrid test, which helped to further revealing the molecular regulatory network of GbSTK. Taken together, we first identified a functional gene that could improve disease resistance and early flowering, which would provide a reference for genetic improvement of cotton disease resistant and early maturity.     

Marker-assisted identification of resistance genes to soybean mosaic virus in soybean lines

Soybean plants react differentially to soybean mosaic virus (SMV) strains because of interactions among different resistant genes in the soybean genome. Three independent genes resistant to SMV have been identified by inheritance studies and linkage analyses. To develop durable SMV-resistant soybean cultivars, it is necessary to determine which soybean SMV resistance genes can be readily transferred from resistant to susceptible cultivars in a breeding system. Here, we report the type and number of resistance gene(s) in four Korean elite soybean cultivars using a combination of disease reaction symptoms, inheritance studies, and molecular marker mappings. The disease reactions of Sowonkong and Keunolkong soybean varietals in response to infection with SMV strains suggested that both cultivars most likely harbor the Rsv1 gene similar to that in York. Subsequent inheritance studies confirmed that Sowonkong has the Rsv1 gene. The inheritance studies suggested that Sinpaldalkong harbored the Rsv1 gene, which was then confirmed by molecular marker mapping. The inheritance studies also suggested that Jinpumkong 2, which is the most resistant to SMV infection among the four cultivars, contained the Rsv1 and Rsv3 genes; this was confirmed by molecular marker mapping. Our approach, which combined inheritance studies and molecular linkage analyses, allowed the efficient identification of resistance gene(s) in four Korean soybean cultivars.     

中品95-5117抗大豆花叶病毒基因源分析

中品95-5117和中品95-5383是以中品661为亲本选育的抗东北花叶病毒病3号株系(SMV3)的大豆新品系。中品95-5383抗病基因的SCAR标记已被定位于大豆F连锁群(Chr.13),与抗病基因Rsv1紧密连锁。利用大豆F连锁群的34个对SSR标记引物及与抗病基因紧密连锁的SCAR标记SCN11及Rsv1候选基因标记Rsv1-f/r,对中品95-5117系谱亲本进行检测,结合对SMV3的抗性鉴定结果进行分析,旨在明确抗SMV3基因在系谱中的传递规律,为利用分子标记辅助选择培育抗SMV3新品种提供依据。通过SSR标记分析发现,中品95-5117和中品95-5383与亲本中品661的相似性最高,而与另外一个亲本鲁豆4号关系较远。SCAR标记SCN11检测表明,只有1份材料Mangnolid(F-53)B为感病基因型。系谱的Rsv1-f/r标记分析表明,Williams82是中品95-5117中Rsv1基因的供体亲本。抗病性鉴定发现鲁豆4号高抗SMV3,但它并不携带Rsv1基因。据上述结果推测中品95-5117中不仅含有Rsv1,还具有来自鲁豆4号的抗病基因,证明该品系比其亲本中品661具有对SMV3更强的抗性。     

大豆花叶病引起的大豆顶端坏死症

２个抗病亲本和２个感病亲本配制４个杂交组合和４个回交组合。调查其Ｆ１、Ｆ２和ＢＣＦ１群体接种东北大豆花叶病毒二号株系后，顶端坏死株的形成和分离比例。Ｆ１表现两种类型：无症株和坏死株，Ｆ２表现三种类型：无症株、有症株（花叶、皱缩等）和坏死株。其分离比例或为３抗：１感，或为７抗；９感，χ＾２测验符合一对显性基因控制或者两对隐性互补基因控制。     

冀豆系列品种抗病基因型分子推断

大豆花叶病毒病(SMV)和大豆孢囊线虫病(SCN)是危害大豆生产的重要病害。本试验以冀豆系列14个品种为材料,利用RAPD和SCAR标记技术对其进行了大豆花叶病毒病和孢囊线虫病的抗病基因型分析,以寻找可供在大豆生产和育种中利用的抗源。所用引物为重复性较好的OPL_07,OPAO_19和SCW_05。通过分析,我们初步推断冀豆4号和五星一号同时具有大豆花叶病毒SC和Sa两种株系的抗性基因,其中五星一号既具有大豆花叶病毒病抗性基因同时还具有大豆孢囊线虫病抗性基因,可推荐作为大豆生产和育种中优先选用的抗源材料。     

大豆花叶病毒(SMV)株系SC4和SC8的抗性遗传分析

选用我国黄淮和长江流域大豆产区发生频繁的SMV株系SC4和SC8,利用大豆抗病材料和感病材料配制抗感和抗抗杂交组合,研究抗病材料对SC4和SC8株系的遗传方式以及不同大豆材料对SMV抗性基因位点间的等位性关系。结果表明, 接种SC4株系后,由冀LD42、徐豆1号、跃进4号、科丰1号、PI96983、晋大74、汾豆56、大白麻和齐黄22为抗源配制的9个抗感组合的F₁均表现抗病,经卡方测验, F₂抗感分离比例3∶1,F_2:3家系分离比例为1(抗)∶2(分离)∶1(感),表明这些抗源均有1对基因控制对SC4株系的抗性,且抗病表现为显性;5个抗抗组合的F₁均表现抗病,F₂群体分离比例15(抗)∶1(感),表明大白麻与汾豆56、科丰1号和齐黄1号携带抗SC4的基因是不等位的,冀LD42与汾豆56,晋大74与中作229是不等位的。接种SC8株系后,用齐黄1号、中作229、NY58、科丰1号、PI96983、晋大74、汾豆56、大白麻和齐黄22为抗源配制的抗感组合杂交后代分离符合1对基因的分离比例且F₁均表现抗病,说明这些品种对SC8株系的抗性也均由1对显性基因控制。抗抗组合晋大74×汾豆56接种SC8株系后的F₂群体全部表现抗病,F_2:3家系没有抗感分离,表明抗病品种晋大74与汾豆56携带的抗病基因是等位的;齐黄1号×科丰1号、大白麻×汾豆56的F₂群体分离比例15(抗)∶1(感),表明抗病亲本齐黄1号与科丰1号、大白麻与汾豆56携带抗SC8的基因是不等位的,而且独立遗传。     

黑龙江省粳稻品种稻瘟病主效抗性基因鉴定与抗性评价

为明确黑龙江省粳稻品种中稻瘟病抗性基因的类型、评价品种及抗瘟基因利用价值,利用8个已克隆主效抗性基因Pita、Pia、Piz-t、Pib、Pikm、Pi9、Pii和Pid3的特异性分子标记,结合402个黑龙江省各稻区的菌株接种供试品种的抗性表型,对20个黑龙江省粳稻品种的抗性基因型及抗病性进行分析。结果显示,Pia检出率最高,20个粳稻品种均检测到该基因,其次是Pita和Piz-t,检出率为80%;Pia、Pita、Piz-t、Pikm和Pi9在不同生态型品种育种中得到了较为广泛的应用,Pib、Pii和Pid3在不同生态类型品种间分布存在差异,仅在第1积温带的品种中发挥较好作用;唯一携带Pid3且具有Pita+Pia+Piz-t+Pib+Pii+Pid3基因型的龙洋16抗性表现最好,抗性频率高达93%;携带Pita+Pia+Piz-t基因组合的品种均表现出较好的抗病性,对黑龙江省粳稻品种的抗瘟贡献较大。揭示了黑龙江省20个粳稻品种的稻瘟病主效抗性基因类型及其对稻瘟病抗性的贡献,为寒地水稻种质资源的抗病性筛选和广谱抗病基因的利用提供重要依据。