大豆花叶病（SMV）抗性基因鉴定、分子验证、基因聚合与表达研究

论文摘要

大豆花叶病（SMV）是全球主要大豆产区分布最广的病毒性病害之一。全球范围内大豆种质交流和新的强毒力病毒株系的不断出现,使大豆安全生产面临挑战。大豆花叶病毒归马铃薯Y病毒科（Potyviridae）、马铃薯Y病毒属（Potyvirus）,寄主范围狭窄,主要局限于豆科植物。可通过受侵染的种子,蚜虫和机械接种传播。植株受SMV侵染后,通常出现三种反应:无症状或仅在接种叶有局部致死斑（抗病类）,致死（局部致死或整株致死）及花叶症状（感病类）。大豆对SMV的侵染反应受寄主基因型、病毒株系、侵染时期和环境条件（特别是温度）的影响。依据一套大豆鉴别材料的表型反应,美国已鉴定出7个SMV病毒株系（G1-G7）,而在中国和日本,利用不同的大豆材料鉴定出不同的病毒株系,但各地鉴定的株系之间的关系尚不清楚,有待建立统一的病毒株系鉴别体系。美国利用Cho & Goodman（1979）的鉴别体系已经鉴定出位于大豆不同连锁群（MLG-F,-B2,-D1b）上的3个抗性基因位点（Rsv1,Rsv3,Rsv4）,并在Rsv1位点发现9个等位基因。对SMV和大豆互作中是否存在“一因多效”现象,国内外专家的认识存在分歧。中国学者认为大豆对不同病毒株系的抗性受不同基因控制,不存在“一因多效”现象,而美国专家认为,SMV抗性基因的作用是“多效的”。分子标记作图的结果表明,中国报道的抗性基因位点与美国鉴定的基因基本重合。本研究在美国大豆花叶病鉴别体系的基础之上,进行了如下研究:（1）发掘大豆种质中新的SMV抗病基因,为大豆抗SMV育种提供多样化抗源,提高大豆抵抗病毒侵袭的能力;（2）结合经典遗传研究,探讨利用与抗性位点紧密连锁的分子标记确定抗性基因的可能性;（3）利用分子标记辅助选择育种技术聚合多个抗性基因,创制大豆新抗源,为广谱持久抗性材料的选育提供有用的育种种质;（4）研究抗性基因杂合状态下,温度对致死反应的影响,深化对大豆抗病基因与病毒互作机制的认识。研究用6个株系（G1～G3,G5～G7）鉴定了127份大豆材料的抗性反应、甄别这些材料中携带的可能抗性基因。结果显示:84份材料携带Rsv1位点上的抗性基因,分别是Rsv1-y 42份, Rsv15份,Rsv1-k 19份,8份Rsv1-t, 8份Rsv1-r, 1份Rsv1-n, 1份Rsv1-h;Rsv3位点材料各3份;16份材料可能携带Rsv1, Rsv3,或Rsv4位点上的新基因,比较其与已报道的9个抗性基因对不同病毒株系的反应模式,发现其中9份材料（Kosuzu, Suzumaru, PI 398877, Jitsuka, Clifford, and Tousan 65, Cosica, PI 61944,和PI 61947）可能携带Rsv1位点的新基因,2份（PI 339870 and PI 399091）可能携带Rsv3位点的新抗性基因,5份（KAERI-GNT-220-7, PI 398593, PI 438307, Rhosa和Beeson）可能携带Rsv4位点的新抗性基因。另外,18份材料全抗6个株系,可能携带Rsv1-h, Rsv4, Rsv1Rsv3, Rsv1Rsv4,或Rsv3Rsv4基因。遗传等位测验显示中国大豆品种J05携带两个独立的大豆花叶病抗性基因Rsv1和Rsv3。研究利用分子标记证实J05携带两个抗性基因。用SMV-G1接种的F（2J05 x Essex）单株,结果很好地符合3:1的分离比例,Rsv1位点附近的三个SSR标记,Satt114, Satt510和Sat154,可在亲本J05和Essex中扩增出多态性条带,并与F连锁群的基因紧密连锁,证实J05中含有SMV G1的抗性基因Rsv1;选感SMV-G1的F2单株的F2:3家系接种SMV-G7株系,表现型出现1:2:1的分离比例,证实J05中存在Rsv3并与B2连锁群的两个SSR标记Satt726和Sat424紧密连锁;但与基因Rsv4紧密连锁的两个标记Satt296和Satt542与SMV的抗性分离表现相互独立,表明J05中不含Rsv4基因。Rsv1和Rsv3位点的这些标记可用于J05中SMV抗性基因选择和聚合的有效分子工具。试验以J05（Rsv1Rsv3）和V94-5152（Rsv4）做抗性基因供体,利用分子标记聚合Rsv1, Rsv3和Rsv4三个SMV抗性基因。用J05 x V94-5152的F2:3, F3: 4,和F4:5家系筛选携带三个抗性基因的聚合个体。8个与三个抗性基因连锁的PCR标记被用于分子辅助选择。两个SSR标记（Sat154和Satt5 10）和一个基因特异性标记（Rsv1-f/r）被用于筛选携带Rsv1的单株; Satt560和Satt063用于筛选Rsv3;Satt266, AI856415和AI856415-g用于筛选Rsv4。有五个F4:5家系在所有8个标记位点上都重合,推测可能已经聚合了3个SMV抗病基因。迄今在大豆种质中已鉴定出了3个SMV抗性基因位点,Rsv1, Rsv3和Rsv4。Rsv1位点的大多数基因对一些SMV株系（而非全部）表现抗病;Rsv3对G5- G7表现抗病,对G1- G4表现感病;Rsv4对G1-G7表现在幼苗早期抗病。Rsv1位点的抗性基因常表现剂量效应,出现杂合致死;而当与特定的SMV株系互作时,可出现纯合体的致死反应。研究利用一套Essex等基因系和F1杂种,探究了在不同温度条件下SMV的致死反应与抗性基因的剂量效应（基因型纯合对基因型杂合）之间的关系。结果表明,SMV侵染导致的致死症状受外界温度的影响。SMV接种携带Rsv3和Rsv4的植株,不论基因纯合或杂合,在所有温度下皆表现无症状。在纯合状态下,V94-3971（Rsv1）、PI 96983 （Rsv1）和V262 （Rsv1-n）植株接种G7或G1后,茎尖致死转化成花叶的温度阈值中分别为30oC, 33oC和33oC。但在杂合状态下,G7接种的F1（V94-3973 x Essex）的温度阈值为29oC;G7接种的F1（Essex x PI 96983）为30oC;G1接种的F1（V262 x Essex）为31oC。而且,在G1接种的F1（V262 x Essex）和G7接种的F1（V94-3973 x Essex）杂合体中,还观察到不完全致死症状,即致死和花叶症状是混合出现的。茎尖致死对温度的反应受抗性基因、基因剂量效应、和细胞核背景的影响,细胞质效应可能存在但很有限。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第一章文献综述

1.1 大豆与大豆花叶病的遗传互作

1.1.1 大豆花叶病毒侵染的表观特征

1.1.2 大豆花叶病毒侵染对大豆的影响

1.1.3 大豆花叶病毒的特征与传播

1.1.4 大豆花叶病毒基因组及其功能分化

1.1.5 大豆花叶病毒分类

1.1.6 大豆花叶病毒（SMV）株系间的互作

1.1.7 大豆花叶病株系进化和毒力变化

1.1.8 大豆对花叶病毒的抗性机制

1.1.9 SMV 是进行遗传研究的一个模式系统

1.2 大豆花叶病的抗性遗传研究30 年回顾

1.2.1 大豆花叶病毒抗性单基因

1.2.2 SMV 抗性谱广的双基因组合

1.3 中国大豆花叶病研究现状

1.3.1 SMV 病毒特征研究

1.3.2 侵染大豆的病毒种类

1.3.3 SMV 病症反应研究

1.3.4 中国的SMV 株系分类系统

1.3.5 病毒与寄主的协同进化

1.3.6 中国大豆花叶病毒株系与国外株系的比较

1.3.7 中国SMV 病症划分标准

1.3.8 SMV 抗性鉴定与抗性遗传分析

1.4 目前尚需解决的问题

1.5 研究的目的意义

1.6 研究的创新点

第二章大豆花叶病抗性鉴定与新基因初步推断

2.1 材料与方法

2.2 结果与分析

2.2.1 利用一套大豆鉴别寄主对SMV 株系的同一性进行验证

2.2.2 与 RSV1 位点 8 个已知等位基因反应型类似的大豆种质

2.2.3 与 RSV3 和 RSV4 基因的反应型类似的大豆种质

2.2.4 可能携带新的抗性基因或等位基因的大豆种质

2.2.5 对六个SMV 株系表现全抗的大豆种质

2.3 小结与讨论

2.3.1 依据一套SMV 鉴别体系可进行抗性基因的初步推断

2.3.2 RSV1 是变异最丰富、数量最多、分布也最广的基因位点

2.3.3 低频率基因 RSV3 和 RSV4 已出现新的等位基因变异,有望成为新的 SMV 抗源

第三章 J05 大豆SMV 抗性基因的SSR 标记检测

3.1 材料与方法

3.1.1 试验鉴定群体构建与SMV 抗性鉴定

3.1.2 分子标记的选择

3.1.3 DNA 提取与PCR 检测

3.1.3 数据分析

3.2 结果与讨论

3.2.1 分子标记证实 J05 携带控制 SMV-G1 抗性的 RSV1 基因

3.2.2 分子标记证实 J05 携带控制 SMV-G7 抗性的 RSV3 基因

3.2.3 分子标记证实 J05 不携带 RSV4 基因

3.3 小结

第四章大豆花叶病毒抗性基因聚合与分子辅助选择

4.1 材料与方法

4.1.1 品种材料与SMV 鉴别

4.1.2 标记选择和PCR 检测

4.2 结果与分析

4.2.1 特异分子标记及其多态性

4.2.2 基因聚合程序和分子辅助选择

4.3 小结与讨论

第五章温度对抗性基因纯合和杂合大豆植株的SMV 致死反应的影响

5.1 材料与方法

5.2 结果与分析

5.2.1 感G1 和G7 大豆材料病症表达对温度的反应

5.2.2 携带 RSV1 和 RSV1-N 基因的大豆植株致死症状对温度的反应

5.2.3 携带 RSV3 和 RSV4 基因的大豆植株的抗性表达对温度的反应

5.3 讨论

5.3.1 感病大豆植株上由SMV 导致的花叶症状受温度影响

5.3.2 温度对携带纯合和杂合抗性基因植株的SMV 致病症状的影响

5.4 小结

参考文献

附录

缩略词

致谢

作者简介

大豆花叶病（SMV）抗性基因鉴定、分子验证、基因聚合与表达研究

论文摘要

论文目录

相关论文文献

猜你喜欢