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大豆对大豆花叶病毒抗病基因的遗传分析、精细定位和标记辅助选择研究

马莹  
【摘要】:大豆花叶病毒(Soybean mosaic virus,SMV)病是大豆生产上的一种世界性病害,严重影响大豆产量和品质。培育抗病品种是防治大豆花叶病毒病,保证大豆优质、高产、稳产最经济、有效和安全的途径。国内外学者在抗源筛选、抗性遗传和抗性基因的分子标记定位等方面进行了广泛的研究。本研究在南京农业大学国家大豆改良中心完成对全国SMV株系划分命名及对各地区目前SMV株系的组成、分布和流行情况分析的基础上,有针对性地选择各大豆产区的主要流行株系(SC3、SC7、SC18、SC15),对最新育成品种及少量地方和引进品种进行抗性评价和抗源筛选;利用多个抗SMV材料配制杂交组合,分析大豆对SMV株系SC3的抗性遗传方式及抗性基因间等位关系;对大豆花叶病毒抗病基因RSC12进行初步定位,并对已初步定位的基因RSC12和RSC14Q进行标记辅助选择的可行性研究;在对RSC14Q初步定位基础上,构建次级F2群体,利用以基因组序列为基础开发的新的分子标记,对RSC14Q进行精细定位。这些研究为抗SMV育种提供了抗性种质和抗源信息,为明确抗性遗传方式,开展抗性基因的标记辅助选择提供理论和方法指导,为SMV抗性基因RSC14Q的图位克隆奠定基础。主要研究结果如下: 1.大豆对SMV株系SC3、SC7、SC15、SC18的抗性评价 除对华南热带区域的13个大豆品种接种当地主要流行广分布SMV株系SC18和SC15外,其余的238个大豆品种均接种SC3和SC7株系。共筛选到26份抗性较好的材料。科丰1号、齐黄1号、PI96983、PI486355、Kwanggyo这5个品种对SC3和SC7均表现抗侵染,齐黄22、大白麻、早熟18、徐豆1号、Davis、Buflla这6个品种只对SC3表现抗侵染,Q0807、南农307、Q0806、中作056082等15个品种接种SC3和SC7后发病症状较轻,病情指数均在20%以内,对SMV有较好的抗扩展能力。 251份品种无论接种优势流行弱毒株系(SC3和SC18)还是优势流行强毒株系(SC7和SC15),品种抗性分布都有如下规律:抗性表现为中间类型(中抗和中感)的品种所占比例很高,均在60%以上,表现高抗病和高感的品种比例很低,低于5%。并且抗弱毒株系的品种所占比例高于抗强毒株系的品种比例。 国内黄淮海大豆生态区的山东、北京、山西3省(市)的抗性资源丰富,品种平均病情轻,品种间抗性变异度大。 2.大豆对SMV株系SC3的抗性遗传与抗病基因的等位性分析 七个抗性材料分别与感病材料南农1138-2杂交获得杂交后代。对各组合亲本及后代接种SMV株系SC3鉴定其抗感表型,并对调查结果做卡方适合性测验。结果显示:齐黄1号、科丰1号、Davis、广吉、早熟18、徐豆1号、PI96983分别与感病品种南农1138-2杂交的F1表现抗病,F2呈3抗:1感的分离比例,F2:3家系符合1抗:2分离:1感的分离比例,初步表明它们各有一对基因控制对SMV株系SC3的抗性,且抗性基因为显性。 针对这七个抗性材料配制抗抗杂交组合,对各组合亲本及后代接种SMV株系SC3鉴定其抗感表型,并对调查结果做卡方适合性测验。结果显示:齐黄1号×广吉、齐黄1号×早熟18、Davis×广吉、Davis×早熟18、徐豆1号×广吉、PI96983×广吉六组抗抗杂交组合的F1,F2均未发现感病植株,初步表明齐黄1号、广吉、早熟18、Davis、徐豆1号、PI96983所携带的对SC3的抗性基因是等位的或紧密连锁的。科丰1号×广吉和科丰1号×早熟18两组抗抗杂交组合F1都表现为抗病,F2经卡方测验呈15抗:1感的分离比例,初步表明科丰1号所携带的对SC3的抗性基因与广吉、早熟18分别携带的对SC3的抗性基因在不同的位点上,且两个基因独立遗传。 3.大豆对SMV株系SC12的抗性基因的定位及对RSC12、 RSC14Q的标记辅助选择研究 杂交组合齐黄22(R)×南农1138-2(S)的亲本及后代接种SMV株系SC12,F1表现抗病,F2群体抗感分离比例符合3:1,F2:3家系呈1抗:2分离:1感的分离比例,表明齐黄22对SMV株系SC12的抗性是由一对显性基因控制,以Rsc12表示。 利用齐黄22×南农1138-2的包含219个单株的F2作图群体,采用常规摩擦接种法对群体各单株进行表型鉴定,依据分离群体分组分析法,应用Mapmaker3.0软件进行表型与基因型的连锁分析,对抗性基因Rsc12进行标记定位,将Rscl2定位在F连锁群上,7个SSR标记均与抗病基因RSC12连锁,标记与RSCl2顺序和距离为:Sat_2976.4cM Sat_2344.9cM Sat_1541.1cM Satt1140.7cM SOYHSP1761.6cM Satt3342.4cM RSC126.3cM Sct033。 利用抗病基因RSC12、Rsc14Q两侧的SSR分子标记Satt334和Sct033对齐黄22×南农1138-2的F2、F3和F4世代以及齐黄1号×南农1138-2的F5、F6世代进行抗病基因的标记辅助选择效率研究。结果表明:单独使用标记Satt334或Sct_033对Rscl2在齐黄22×南农138-2的三个世代以及对Rscl4Q在齐黄1号×南农1138的两个世代MAS准确率均在85%以上,同时使用两个标记准确率达95%。证明2个标记可以有效地代替人工接种鉴定用于大豆抗SMV育种中对抗病基因RSC12、RSC14Q的选择。 4.大豆对SMV抗病基因RSC14Q的精细定位研究 利用RSC14Q的初步定位结果,在重组自交系中筛选目标区间杂合、遗传背景纯合的单株,即剩余杂合体,共筛选到的四株剩余杂合体。构建了一个由剩余杂合体自交获得的包含680个单株的次级分离群体。经接种鉴定群体符合3抗:1感的分离比例,可以作为Rscl4Q基因的定位研究的定位群体。 根据大豆基因组序列信息,针对目标区段开发新的标记,成功开发出了2个InDel标记和1个SNP标记,所获得的InDel标记分别命名为MY750, MY26530,所获得的SNP标记命名为MY525。新标记的获得有助于提高目的基因区域遗传图谱的精度,精细定位RSC14Q。 本研究将RSC14Q定位在Satt334和MY750之间,分别与之相距0.6cM和0.5cM,根据已公布的大豆基因组序列,将包含RSC14Q的区段限定在1.18Mb区间内。根据单株及其后代的鉴定表型及标记数据,将RSC14Q锁定在标记MY525和MY750之间,依据大豆基因组序列信息,进一步将RSC14Q限定在616kb区间内,为图位克隆Rscl4Q基因奠定了基础。


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