大豆胞囊线虫抗性机制的研究进展

大豆胞囊线虫病是一种世界范围内的大豆病害,严重影响大豆产量和品质,给大豆生产造成极大的危害。了解大豆胞囊线虫的致病过程,阐明杭病大豆品种的杭性机制,分离杭病基因,并通过现代分子育种技术改良和筛选抗胞囊线虫病大豆新品种,是解决胞囊线虫危害的有效方法。综述了大豆胞囊线虫的生理生化特征、危害症状、生理小种划分以及大豆胞囊线虫抗性机制、遗传基础和抗性相关基因的研究进展。     

影响大豆胞囊线虫生理小种鉴定因素探讨

大豆胞囊线虫(soybean cyst nematode,SCN)引起的病害能给大豆生产造成严重损失。探索影响大豆胞囊线虫(soybean cyst nematode,SCN)生理小种鉴定的因素对指导抗线育种工作具有重要意义。本研究以Lee68为材料,接种一定浓度的SCN4虫卵,在不同温度梯度的培养箱中培养,研究温度对大豆胞囊线虫生长的影响;以Riggs鉴定模式中的5个寄主为材料,接种一定浓度梯度的SCN2虫卵,研究接种浓度对鉴定结果的影响;从土壤相对含水量方面研究水分对大豆根系发育的影响。研究结果表明:在设定的温度梯度中,培养温度25℃/22℃(光/暗),Lee68上生长的胞囊数目最多,与其它几个温度培养条件相比,单株胞囊平均数达到差异显著水平,是胞囊生长最适宜温度;接种虫卵为1 200~24 000个/杯时,鉴定结果是正确的,超出这个接种范围,鉴定结果不稳定;一天浇水两次,浇水前/后土壤含水量为4%~7%/15%~18%,最有利于根系发育。本研究结果可为大豆胞囊线虫生理小种鉴定和抗线育种工作提供参考。     

大豆对胞囊线虫4号生理小种的抗性遗传分析

大豆胞囊线虫病（Soybean cyst nematode）严重危害我国大豆生产。我国大豆胞囊线虫有8个生理小种,其中,4号生理小种致病力最强,主要分布在黄淮海大豆产区。了解抗源的遗传模式有助于抗病基因的定位和分子标记的开发。以对大豆胞囊线虫4号生理小种高抗抗源CBL黑豆为父本、高感材料品75-14为母本,构建了F₁、F₂和F_2∶3 3个世代群体,利用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型的联合分离分析方法,分析CBL黑豆抗大豆胞囊线虫4号生理小种的遗传效应。结果表明：CBL黑豆对胞囊线虫4号生理小种的抗性受2对加性-显性-上位性主基因和加性-显性-上位性多基因控制,F₂世代主基因遗传率为64.47%,F_2∶3世代主基因遗传率为75.99%。主基因遗传率较高,育种可以在早代选择。     

大豆对胞囊线虫的抗性及分子标记研究

本文首次利用我国特有的抗病品种小粒黑豆与辽宁省的主栽品种辽豆10配制杂交组合,以F2代群体为试验材料,系统地应用分离群体分组分析法(Bulked Segregant Analysis,BSA)寻找与大豆胞囊线虫3号生理小种抗性基因相关的DNA分子标记以及同工酶标记和低分子肽/氨基酸标记,为我国的大豆抗胞囊线虫病育种提供理论指导.主要研究结果如下:1.利用杂交技术构建了大豆胞囊线虫抗性的分子表达平台.本研究配制了辽豆10×小粒黑豆的杂交组合,并利用海南加代快速繁殖,应用毒力最弱的大豆胞囊线虫3号生理小种对F2代群体进行抗性鉴定和移栽,为大豆对胞囊线虫抗性分子标记的筛选提供了均一遗传背景的试验材料.对该组合进行田间抗性鉴定,结果表明符合抗感分离1∶3的比率,表明在辽豆10背景下小粒黑豆对大豆胞囊线虫3号生理小种的抗性是由一对以上的隐性基因控制的.2.应用分离群体分组分析法在辽豆10和抗大豆胞囊线虫的核心抗源中获得了一个与感病性密切相关的RAPD标记S11700.应用143个随机引物,对由小粒黑豆和辽豆10配制的杂交组合的抗感亲本和构建的抗感池进行筛选,有92个引物产生了RAPD扩增产物,25个引物产生了RAPD多态性,其中一个引物产生了与抗大豆胞囊线虫基因密切相关的特异性DNA片段S11700,经多次重复验证,该片段在感病亲本及感病池中被特异性扩增,而在抗病亲本及抗病池中未产生该片段.利用S11700对不同抗性大豆品种进行分子标记鉴定和辅助选择,验证了该特异性片段与大豆胞囊线虫3号生理小种抗性紧密相关,可以用于抗胞囊线虫大豆新品种的分子辅助选择育种.3.利用BSA法对11个黑色种皮的大豆品种和12个黄色种皮的大豆材料的基因组DNA进行RAPD分析,获得一个与大豆黄色种皮相关的特异DNA片段S79500.采用该标记对辽豆10×PI437654杂交后代种皮颜色有分化的群体进行检测,结果表明这个RAPD标记具有较高的重复性和稳定性,可用于辅助选育优良的黄色种皮的大豆新品种.4.获得了一个与大豆胞囊线虫3号生理小种抗性基因相关的SSR分子标记Satt187.应用204对SSR引物对辽豆10×小粒黑豆进行SSR分析,31对引物产生了扩增产物,其中15对具有多态性,从中筛选到一个与大豆胞囊线虫3号生理小种抗性基因相关的分子标记Satt187,其片段大小为172 bp和176 bp,为共显性标记,在F2代分离群体中的分离比为1∶2∶1,呈孟德尔式遗传.应用该标记对辽豆10x小粒黑豆F2代分离群体进行分子标记鉴定和辅助选择,在抗病单株中均检测到标记带Satt187-176 bp的存在,而在感病单株中检测到有Satt187-176 bp和Satt187-172 bp两种标记带或仅有Satt187-172 bp的标记带存在,分析表明该标记具有抗胞囊线虫分子标记辅助选择应用的前景.5.系统地研究了辽豆10×小粒黑豆和辽豆10×PI437654两对组合的亲本及其杂交后代植株体内防卫反应酶系,包括多酚氧化酶(PPO)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)酶活及根内可溶性蛋白含量的动态变化.研究结果表明,抗感亲本、子代在大豆胞囊线虫侵染后各种防御酶系和可溶性蛋白含量均产生相应的变化,表现出酶活及可溶性蛋白的变化与抗病性密切相关,可作为鉴定大豆抗源抗性强弱的一项辅助生化指标,在抗胞囊线虫病抗源筛选辅助选择中起到一定的作用.6.采用电泳技术,系统地研究了大豆胞囊线虫侵染后,抗感亲本及子代中PPO、POD、CAT、SOD等几种同工酶酶谱,获得了一条与大豆胞囊线虫抗性相关的特异性SOD谱带.研究结果表明,线虫侵染后,诱导植株体内PPO、POD、CAT、SOD及可溶性蛋白量的增加,抗病亲本诱导产生的酶蛋白及可溶性蛋白量均多于感病亲本,对于杂交后代,出现不同于亲本的新的同工酶和可溶性蛋白谱带.在两对组合的SOD酶谱中,分别出现一条特异性谱带(Rf=0.365和Rf=0.381),利用两对杂交组合F2代抗感单株进行SOD同工酶电泳分析,证明该带可以作为大豆抗胞囊线虫的一项较为可靠的生化标记.7.探讨了不同抗性大豆品种及杂交后代根系分泌物中低分子肽/氨基酸与抗性的相关性.应用简便快速的聚酰胺薄膜层析检测技术对不同抗性大豆品种及杂交后代根系分泌物中低分子肽/氨基酸与抗胞囊线虫的相关性进行了研究.结果表明,大豆胞囊线虫侵染后,抗感亲本和子代在出苗后不同时期根系分泌物中的低分子肽/氨基酸的种类和数量有所差异,出苗后1～6 d的变化明显,感病亲本及感病子代在D区和E区存在共有的荧光斑点,而抗病亲本及抗病子代则无,可将该项检测技术作为一种辅助手段,用于大豆对胞囊线虫3号生理小种的抗性鉴定.     

大豆根内胞囊线虫的时空动态研究

于2006-2007年田间自然生长条件下,研究大豆苗期(7~37 d)胞囊线虫(4号生理小种)在根系的时空分布动态。结果表明,大豆胞囊线虫分布与根系生长状况有密切关系。出苗后7 d已有线虫侵入根内,随着根系生长发育,单位根长线虫数以及线虫总数增多,单位根长内线虫数量呈S型曲线变化。随着出苗后天数的增加,主根和侧根内线虫数量变化呈相反趋势,其中主根内线虫密度减少,侧根内线虫密度增加至相对稳定值。随着土层的加深,主根和侧根内线虫密度差异减小;5~15 cm土层根系内线虫数量及其所占比例均最大。说明苗期大豆胞囊线虫主要分布在5~15 cm土层。     

盆栽大豆胞囊线虫接种及大豆抗性资源的再评价

１９９５～１９９７年,为了解决田间自然病圃大豆胞囊线虫分布不匀及温、湿度不易控制的矛盾,我们采用盆栽大豆接种胞囊线虫的方法,对“九五”期间筛选出的２５份免疫及抗病资源以及我们自己的５份抗病材料进行了进一步的评价,从中筛选出免疫材料３份,抗病２级以上的９份,各占１０％和３０％。同时确认我区的大豆胞囊线虫为２号生理小种     

本生烟脂质转移蛋白基因克隆及VIGS沉默载体和过量表达载体构建

非特异性脂质转移蛋白(non-specific lipid transfer proteins,nsLTPs)是植物中大量存在的小分子脂类结合蛋白,具有多种生物学功能。为研究nsLTPs在调控植物应答生物与非生物胁迫的反应中起的作用,本研究以本生烟(Nicotiana benthamiana)为材料,成功克隆非特异脂质转移蛋白NbLTP1全长基因,其开放阅读框序列为360 bp,编码119个氨基酸,分子重量为12.44 kD,为疏水性蛋白,等电点为7.45。对NbLTP1蛋白质三级结构进行了预测和分析,并进一步构建了烟草脆裂病毒(Tobacco rattle virus,TRV)介导的病毒诱导的基因沉默载体TRV:NbLTP1。荧光定量PCR结果表明通过VIGS可以显著抑制NbLTP1基因的表达。此外还通过In-Fusion克隆技术快速成功构建了pCAMBIA1305-NbLTP1-3*HA过量表达载体。本研究为下一步遗传转化、后续研究NbLTP1调控植物防御生物与非生物胁迫的分子机理、培育新种质提供理论依据。     

VIGS技术在番茄基因功能中的研究与应用

病毒诱导的基因沉默(virus induced gene silencing, VIGS)是依赖于RNA干扰(RNA interference, RNAi)快速降解靶标基因分析其功能的一种技术,RNAi属于植物天然防御机制的一部分。与其他植物基因功能验证方法相比,VIGS技术操作简单、见效快、无需转基因。番茄是中国乃至世界重要大宗蔬菜,也是现代蔬菜的主导产业,自从番茄基因组测序完成,逐步成为果实类基因功能研究中的模式植物,本研究归纳总结了近年来VIGS技术在番茄基因功能中研究与应用,以期为茄科蔬菜乃至园艺植株基因功能研究提供参考与借鉴,为加速蔬菜乃至园艺作物基因功能研究提供参考。     

MiAsg分子克隆及与南方根结线虫病害的关系

根结线虫(Meloidogyne spp.)是一种世界性的植物病害。在前期研究中,通过利用生物信息学方法在线虫全基因组中预测了一些功能基因。本研究以预测到的线粒体ATP合成酶g亚基基因(Asg)序列设计特异引物克隆了南方根结线虫(M. incognita)的Asg基因(MiAsg),对其序列进行了特征分析后,利用病毒诱导的基因沉默(VIGS)技术,将其导入番茄植株,然后接种M. incognita,研究MiAsg基因与根结线虫病害的关系。结果表明,克隆到的MiAsg基因与预测到的MiAsg基因相似性高达100%。接种M. incognita 60 d后,MiAsg基因沉默的番茄植株根结数分别比空载体对照减少了59.6%,比清水对照降低了59.5%。结果表明,MiAsg基因沉默对根结线虫病害具有很好的防控效果,也说明MiAsg基因可能参与线虫的致病性。     

大豆遗传图谱的构建和抗胞囊线虫(Heterodera glycines Ichinohe)的QTL分析

大豆胞囊线虫1号和4号生理小种是黄淮地区的优势小种，ZDD2315是我国特优抗源。本文旨在定位ZDD2315对1号和4号生理小种抗性的QTL。试验以Essex为母本，ZDD2315为父本和轮回亲本，创建了一个包含114个单株的BC1群体。采用250个SSR标记和1个形态标记通过MAPMAKER 3.0构建了包含25个连锁群的遗传图谱，覆盖大豆基因组2 963.5 cM     

大豆遗传图谱的构建和抗胞囊线虫(Heterodera glycines Ichinohe)的QTL分析

大豆胞囊线虫1号和4号生理小种是黄淮地区的优势小种,ZDD2315是我国特优抗源。本文旨在定位ZDD2315对1号和4号生理小种抗性的QTL。试验以Essex为母本,ZDD2315为父本和轮回亲本,创建了一个包含114个单株的BC1群体。采用250个SSR标记和1个形态标记通过MAPMAKER 3.0构建了包含25个连锁群的遗传图谱,覆盖大豆基因组2 963.5 cM     

基于大豆胞囊线虫病抗性候选基因rhg1的InDel标记开发与鉴定

大豆胞囊线虫病是严重危害大豆生产的重要病害之一,根据抗病候选基因开发标记可为分子标记辅助选择抗病材料提供标记资源.本研究通过对大豆胞囊线虫抗性候选基因rhg1的序列比对分析,发现4个插入/删除位点,针对其中3个多碱基插入/缺失位点开发了InDel标记.应用开发的3个InDel标记对33份栽培大豆进行基因型鉴定,共检测到等位变异11个,平均每个位点3.67个.其中rhg1-I1位点有等位变异5个,rhg1-I2位点有等位变异2个;rhg1-I4位点有等位变异4个.各等位变异发生频率范围为0.8%～77.3%.InDel标记与大豆胞囊线虫抗性间的关联分析表明,rhg1-14为抗性相关标记,对抗病资源的检出效率为88.2%,对感病资源的检出效率为100%.该标记的288 bp等位变异和294 bp等位变异为抗病相关等位变异,269 bp等位变异和272 bp等位变异为感病相关等位变异.此标记与常用于标记辅助选择的Satt309配合鉴定可以提高SCN抗病资源的检测效率.     

基于大豆胞囊线虫抗病候选基因rhg1的InDe1标记发掘与鉴定

大豆胞囊线虫病是严重危害大豆生产的重要病害之一,根据抗病候选基因发掘标记可以为分子标记辅助选择抗病材料提供标记资源。本研究通过对大豆胞囊线虫抗病候选基因rhg1的序列比对分析,发现4个插入/删除位点,针对其中3个多碱基插入/缺失位点开发了InDel标记。应用开发的3个InDel标记对33份栽培大豆进行基因型鉴定,共检测到等位变异11个,平均每个位点3.67个。其中rhg1-I1位点有等位变异5个,rhg1-I2位点有等位变异2个;rhg1-I4位点有等位变异4个。各等位变异发生频率范围为0.8%~77.3%。InDel标记与大豆胞囊线虫抗性间的关联分析表明,rhg1-I4为抗性相关标记,对抗病资源的检出效率为88.2%,对感病资源的检出效率为100%。该标记的288 bp等位变异和294 bp等位变异为抗病相关等位变异,269 bp等位变异和272 bp等位变异为感病相关等位变异。此标记与常用于标记辅助选择的Satt309配合鉴定可以提高SCN抗病资源的检测效率。     

大豆抗胞囊线虫4号生理小种新品系SSR标记分析

培育抗病品种是大豆胞囊线虫(Soybean Cyst Nematode, SCN)病经济、有效的防治方法。利用130个SSR标记对26份抗SCN 4号生理小种(SCN 4)新品系和15份感病品系进行基因型分析, 旨在明确抗病品系与SCN 4抗性相关联的SSR标记, 提出抗性基因分子标记鉴定方法, 以提高抗病品系在育种中的利用效率。研究表明, Hartwig与晋品系亲本具有不同的SCN 4抗病基因, 其遗传相似系数为0.362。与抗性显著关联的22个SSR位点分布在11个连锁群(LG), 推测LG D1b上分布的SSR标记附近存在1个新的SCN 4抗病基因; 而Satt684、Sat_230、Sat_222、Satt615和Satt231位点, 来自亲本Hartwig等位基因与抗病相关联, 而来自晋品系的等位基因与感病相关联, 在Sat_400、Satt329和Satt557等其他17个SSR位点, 来自Hartwig等位基因与感病相关联, 来自晋品系亲本的等位基因与抗病相关联。利用非连锁不平衡SSR标记Satt684和Sat_400可对供试品系进行有效的抗性辅助选择。     

大豆FAD2-1b 基因沉默载体的构建

旨在培育生物安全的转基因大豆。设计引物、采用RT-PCR从高蛋白大豆品种‘黑农35’中克隆大豆种子特异表达启动子GY1;从高油大豆‘黑农37’中克隆FAD2-1b基因内含子1;从5个转基因受体大豆品种中克隆FAD2-1b基因片段,作为正向臂和反向臂。连接这些目的片段,构建筛选标记基因为bar,启动子为GY1,内含子为FAD2-1b基因内含子1的双T-DNA载体。将双T-DNA载体转化大肠杆菌DH5α,扩增得到的重组质粒经酶切和序列分析鉴定正确,命名为pDT-FAD2I。本研究构建了针对大豆FAD2-1b基因的沉默载体,为进一步获得FAD2-1b基因沉默大豆,培育转基因安全的高品质大豆奠定了基础。     

重组的马铃薯X病毒载体诱导烟草rbcS基因沉默

用重组马铃薯病毒X(potato virus X,PVX)载体侵染烟草植株(Nicotiana benthamiana),该载体带有与RubisCO小亚基(ribulose bisphosphate carboxylase small subunit,rbcS)基因同源的500个核苷酸的cDNA片段。2～3周后,烟草植株出现退绿的rbcS基因沉默的明显症状。利用烟草叶片总RNA,进行Northern杂交检测内源rbcS的表达和病毒复制的情况表明,受病毒侵染的植株内源rbcS基因的表达受到了明显的抑制,而病毒的复制并没有受到影响,重组的病毒载体上与内源基因同源的核苷酸序列诱导了内源rbcS基因的沉默。     

大豆胞囊线虫胁迫下不同抗性大豆杂交后代根系蛋白质组分析

以高抗大豆胞囊线虫3号生理小种品种灰皮支黑豆（ ZDD2315）为父本,高感大豆胞囊线虫3号生理小种品种辽豆15为母本,配制杂交组合,利用分离群体分组分析法将杂交后代分为抗池和感池。采用三氯乙酸/丙酮法提取大豆根系总蛋白质,运用双向电泳和质谱分析技术研究大豆胞囊线虫3号生理小种胁迫下不同抗性大豆杂交后代根系蛋白质组的变化。结果表明：抗池、感池分别有367,372个蛋白点在银染的2-D胶上分离,经ImageMaster 2D Platinum software对2-D胶分析后,以感池为参考胶,抗池有6个蛋白点特异表达,13个蛋白点的含量上调2倍以上,4个蛋白点的含量下调2倍以上,感池有4个蛋白点特异表达。对以上27个差异蛋白点进行MALDI-TOF-MS质谱分析,共鉴定出16个蛋白点,11个蛋白点因匹配率太低未得到鉴定。     

TMV、CMV双价抗性RNA沉默表达载体的构建

本研究以在植物体内转录出RNA沉默的高效诱导因子双链RNA（dsRNA）为目标,根据已报道的TMV ΔMP和CMV ΔRep的核苷酸序列设计特异性引物,分别从质粒pBIN-TMV ΔMP(i/r)、pBIN-CMV ΔRep(i/r)扩增MP基因、Rep基因,并在pGEM-T Easy 载体上将2片段串联起来,再用PCR扩增串联好的正反向MP-Rep基因。正向MP-Rep基因用BamHI和Kpn I切下,将所得基因片段与用同样酶切开的含内含子的pKAN-In相连,取名+pKAN;用同样的方法,将反向MP-Rep基因用Xba I切下,将所得基因片段与用同样酶切开的+pKAN相连,取名pKAN-In-MP-Rep,再用Not I将包括Intron和正反向MP-Rep基因在内的片段切下,将其定向插入同样酶切开的pART27上,获得重组质粒pART27-In-MP-Rep。获得的载体可以应用于植物转基因抗病毒育种工程中。