大豆抗大豆疫霉根腐病基因定位及候选基因分析

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大豆疫霉根腐病(Phytophthora root rot of soybean)是由土传卵菌大豆疫霉菌(Phytophthorasojae Kaufmann&Gerdemann P.sojae)侵染引起的大豆病害。该病害可在大豆各个生育期发生,造成大豆严重减产,利用抗耐病品种是目前最经济有效的措施。抗源筛选是获得优异抗病种质最主要的方式,而抗病基因的挖掘是研究大豆抗性分子机制的主要途径。本研究分析了 337份江淮大豆育种种质对3个毒力不同的大豆疫霉菌株的抗性反应,并结合SNPLDBs和SNP标记关联定位该群体的抗病位点;利用蒙8206和临蒙6-46衍生的次级群体进行抗病基因的遗传分析,结合SSR标记连锁定位;对可能参与抗病通路的基因进行克隆和初步的生物信息学分析。这些结果将有助于深入研究大豆对大豆疫霉根腐病抗性的遗传机制和分子机理,也有助于分子标记辅助选择育种。1.江淮大豆育种种质群体抗大豆疫霉根腐病的抗性鉴定利用下胚轴创伤接种法鉴定337份江淮大豆种质对3个毒力不同的大豆疫霉菌株HeN08-35(3a,3c,4,5,6,7)、AH(2,3a,3b,4,5)、PNJ1(1d,2,3b,3c,4,5,7)的抗性,结果表明抗1个菌株的种质有172份,抗2个菌株的种质有62份,同时能抗3个菌株的种质有68份,这68份种质可作为抗病资源进行育种利用。2.江淮大豆育种种质群体中大豆疫霉根腐病抗病位点的关联定位采用两种软件关联定位江淮大豆育种种质群体中大豆疫霉根腐病抗病位点,RTM-GWAS软件分析所采用的是限制性二阶多位点全基因组关联分析方法,定位所用的标记是MAF>0.01的16,633个SNPLDBs标记,在20条染色体上定位到抗3个菌株的抗病位点共有145个;Tassel软件关联定位抗菌株HeN08-35所采用的是以Q矩阵和K矩阵为协变量的混合线性模型(MLM)统计方法,定位所用标记是MAF>0.05的60,862个SNP标记,鉴定到与抗性稳定相关的SNP有26个,而利用一般线性模型(GLM)和混合线性模型(MLM)都没有关联到抗菌株AH和PNJ1的抗病位点。结合两种软件定位结果发现抗HeN08-35的主效位点都位于1号染色体一个441 kb的区间内,区间内有三个典型的R基因Glyma01g32800、Glyma01g32825和Glyma01g32855,通过qRT-PCR分析发现三个基因受大豆疫霉菌HeN08-35的诱导表达,将这三个基因看作为主效位点最可能抗性候选基因。3.大豆疫霉根腐病完全抗性基因RpsHN的精细定位及候选基因分析在前人利用重组自交家系完成RpsHN初定位的基础上,本研究构建了一个由抗病亲本蒙8206和感病亲本临蒙6-46衍生的F2:3精细作图群体,利用已发表且与该位点连锁的SSR标记和新开发的SSR标记构建遗传图谱,将RpsHN定位于3号染色体上标记SSRSOYN-25和SSRSOYN-44间约278.7 kb的区间内,遗传距离分别为1.6 cM和1.0 cM。在该区间内对三个典型的R基因进行qRT-PCR分析,结果表明基因Glyma03g04260、Glyma03g04300 和 Glyma03g04340 受到大豆疫霉菌 HeN08-35 的诱导表达,将这三个基因看作为最可能抗性候选基因。在抗病亲本蒙8206和感病亲本临蒙6-46中成功克隆了候选基因Glyma03g04340同源基因的CDS序列,将该基因命名为GmM8HNstpk,CDS序列全长1914 bp,编码637个氨基酸,含有一个丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶催化结构域,蛋白分子量为159.5 KD,等电点为4.94。
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