甘蓝型油菜菌核病抗性的遗传分析

《甘蓝型油菜菌核病抗性的遗传分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

第31卷第11期作物学报Vol131,No1112005年11月1495~1499页ACTAAGRONOMICASINICApp11495-1499Nov1,2005甘蓝型油菜菌核病抗性的遗传分析**何昆燕易斌傅廷栋涂金星(华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室,湖北武汉430070)摘要:利用牙签接种和花瓣接种法鉴定了甘蓝型油菜DH821(抗)@DHBao604(感)组合P1、P2、F1、BC1、BC2和F26个世代群体菌核病的抗性,通过主基因-多基因混合遗传模型分析表明,牙签接种3d的抗性受2对加性主基因+加性-显性多基因控制,BC1、BC2、F2群体主基因遗传率为12149%~28148%,多基因遗传率为21108%~27187%;接种5d的抗性由2对加性-显性-上位性主基因控制,显性及显性互作效应明显,无多基因修饰,BC1、BC2和F2群体主基因遗传率为25119%~38169%;接种3~5d的菌丝扩展抗性由2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因控制,主基因效应明显,多基因效应不明显,BC1、BC2、F2群体主基因遗传率为0172%~54106%,多基因遗传率为7134%~46179%。花瓣接种15d的抗性由2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因控制,2对主基因的加性效应和显性效应为-316051~-315225,互作效应为315190~316089,主基因遗传率为0191%~41179%,多基因遗传率为19132%~73169%。关键词:甘蓝型油菜;菌核病;抗性鉴定;抗性遗传中图分类号:S565GeneticAnalysisofResistancetoSclerotiniasclerotioruminBrassicanapusL1*HEKun-Yan,YIBin,FUTing-Dong,TUJin-Xing(NationalKeyLaboratoryofCropGeneticImprovement,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070,Hubei,China)Abstract:ResistancetoSclerotiniasclerotiorum(Lid)deBaryincrossofDH821@DHBao604(BrassicanapusL1)wasassessedbymycelialtoothpicksandpetalsinoculations,andtheinheritanceofresistanceinthiscrosswasanalyzedbyapplyingthemajorgenepluspolygenemodelofquantitativetraitstoajointanalysisofmult-igenerations(P1,P2,F1,BC1,BC2andF2)1Theresultsshowedthatresistancemeasured3daftermycelialtoothpicksinoculationwascontrolledby2pairsofmajorgeneswithadditiveeffectspluspolygenewithadditive-dominanteffects1HeritabilityvaluesofthemajorgenesofBC1,BC2,andF2populationswerefrom12149%to28148%,whiletheseofpolygenewerefrom21108%to27187%1Resistancemeasured5dafterinoculationwascontrolledby2pairsofmajorgeneswithadditive-dominan-tepistaticeffects,amongwhichdominantandassociatedepistaticeffectsweresignificant1HeritabilityvaluesofthemajorgenesofBC1,BC2,andF2populationswerefrom25119%to38169%1Resistancetoexpansionofmyceliaduring3-5dafterinoculationwascontrolledby2pairsofmajorgeneswithsignificantadditive-dominan-tepistaticeffectspluspolygenewithlowadditive-dominanteffects1HeritabilitiesofmajorgenesandpolygeneinBC1,BC2,andF2populationswerefrom0172%to54106%andfrom7134%to46179%,respectively1Resistancedetected15dafterinfestedpetalsinoculationwascontrolledby2pairsofmajorgeneswithadditive-dominan-tepistaticeffectspluspolygenewithadditive-dominan-tepistaticeffects1Theadditiveanddominanteffectsofthemajorgeneswerefrom-31605to-315225,andtheinteractioneffectsfrom315190to3160891HeritabilityofmajorgenesandpolygeneinBC1,BC2andF2populationswerefrom0191%to41179%andfrom19132%to73169%,respectively1Keywords:BrassicanapusL1;Sclerotiniasclerotiorum(Lid)deBary;Identificationofresistance;Inheritanceofresistance基金项目:国家自然科学基金优秀重点实验室项目(30123001)。作者简介:何昆燕(1979-),女,硕士研究生,研究方向:植物遗传育种。*通讯作者:涂金星。Tel:027-87281819,E-mail:tujx@mail1hzau1edu1cnReceived(收稿日期):2004-10-31,Accepted(接受日期):2005-01-151 1496作物学报第31卷油菜菌核病是由核盘菌[Sclerotiniasclerotiorum200株,F2群体200~400株。设置抗病对照中油(Lid)deBary]侵染引起的一种世界性病害,在我国821和感病对照Westar。初花至成熟期覆盖两层沙长江中下游和东南沿海油菜主产区发病尤为严重,网保温保湿。一般年份致使产量损失10%~20%,重病年份达11211牙签接种于终花期的阴雨天进行。将50%以上。在法国和德国,菌核病也是引起油菜产牙签均匀摆放于9cm培养皿中,呈辐射状,倒入[1]量损失的重要病害之一。该病病原菌的寄主范围PDA培养基,接种活化菌丝培养2d,用医用镊子在非常广泛,可寄生侵害75科,450多种植物或亚第2或第3片无柄叶茎秆处打孔,插入带菌牙签。[2]种。国内外至今未发现完全抗病或免疫的种质资接种后第3、5天调查主茎病斑长度,计算3~5d的源。大豆、向日葵、花叶菜等作物的菌核病抗性可能病斑扩展长度。受多基因或隐性多基因控制,具有加性效应,也可能11212花瓣接种于终花期的阴雨天进行。4e[3~9]受单隐性或显性基因控制。孢子或菌丝接种向保存菌株于PDA,转入PDA液体培养48h,匀浆后日葵的不同组织器官,寄主抗性表现不同,涉及不同继代培养36h,再匀浆备用。采取刚开放的花瓣保[10]的抗性基因。刘澄清、黄永菊、李永红等对甘蓝湿放置24h后,与菌丝液混合均匀,22e培养2h,取型油菜菌核病抗性遗传的研究表明,抗性可遗传,受4片带菌花瓣接种于终花期植株的第2或第3片无[11~13]多基因控制,为部分显性。有关菌核病抗性基柄叶叶腋处。接种后10d、15d调查主茎病斑长度,因的位点数目及其互作方式的报道较少,刘春林等收获前1周调查病级,参照周必文提出的分级标[16]和Zhao等采用分子标记技术对甘蓝型油菜菌核病准。抗性基因进行QTL定位,发现苗期抗性和成株期抗113遗传分析方法[14,15]性分别受3个不同的QTLs控制。中油821在采用盖均镒等提出的植物数量性状混合遗传模[17~19]多年的生产实践中表现了较好的抗(耐)病性,成为型主基因+多基因多世代联合分析方法,对抗病育种中重要的种质资源。本文应用植物数量性DH821@DHBao604组合6个家系世代的菌核病抗性状主基因+多基因混合遗传模型分析法,研究了甘进行分析。考虑1对主基因(代号A类)、2对主基蓝型油菜DH821和DHBao604组合菌核病抗性的遗因(B类)、多基因(C类)、1对主基因+多基因(D传规律。类)、2对主基因+多基因(E类)等5类24种遗传模型,通过极大似然法和IECM算法估计混合分布中1材料与方法的分布参数,经AIC值的判别、似然比测验和一组适111材料合性测验,选择最优遗传模型,并估计主基因和多基中油821、Bao604分别经小孢子培养获得双单因效应值、遗传率等一阶遗传参数和二阶遗传参数。倍体,DH821为抗病亲本(P1)、DHBao604为感病亲2结果与分析本(P2)。2001年于油菜初花期套袋自交,并人工配211遗传模型制P1@P2组合;2002年初花期对P1、P2进行自交,获得5类24种遗传模型的极大似然函数值和并配制P1@P2、(P1@P2)@P1和(P1@P2)@P2组合;AIC值。表1列出了最小5组AIC值的模型。2002年夏繁种植F1(P1@P2),自交获得F2;2002年由表1可知,牙签接种后3d抗性以E-3和B-2秋播种植P1、P2、F1、F2、[(P1@P2)@P1]BC1、[(P1@22模型的AIC值最小,在进一步的适合性检验(U1、U2、P2)@P2]BC2组合。22U3、nW、Dn)中都没有统计量达到显著水平,均属2病原菌采自田间发病甘蓝型油菜残茬上的菌对主基因范畴,选择AIC值最小的E-3模型,即2对核。加性主基因-显性多基因模型,为组合DH821@112田间试验和抗病性鉴定DHBao604在牙签接种后3d菌核病抗性遗传的最佳田间试验在华中农业大学试验农场进行。P1、模型。接种后5d抗性以E-3、B-1模型的AIC值较P2、F1、BC1、BC2和F26个世代的联合分析,共种植2小,极大似然比经测验(LRT)两个模型的差异不显套材料,用于终花期牙签接种和花瓣接种鉴定抗性。著(K=215908,P>0105),适合性检验E-3模型有一P1、P2、F1为3行区,每行10株,BC1、BC2群体100~个统计量达显著水平,而B-1模型没有统计量达显 第11期何昆燕等:甘蓝型油菜菌核病抗性的遗传分析1497著水平,确定B-1为最佳遗传模型。3~5d菌丝扩前2个模型在适合性测验中有14个统计量达到显展抗性以B-1、E-3、E-1、E-0模型的AIC值较小,极大著水平,而E-1、E-0分别有6个、9个统计量达到显似然比检验B-1与E-3、E-1与E-0差异不显著,其中著水平,确定E-1为最佳遗传模型。表1DH821@DHBao604组合菌核病抗性的不同遗传模型的AIC值Table1SelectlowerAICvaluesofresistancetoSclerotiniasclerotiorumincrossofDH821@DHBao604抗性指标模型AIC值抗性指标模型AIC值Resis1criterionsModelAICvalueResis1criterionsModelAICvalue牙签接种3d抗性E-3335017244花瓣接种10d抗性E-0148617759Res13daftermycelialB-2335115071Res110dafterinfestedE-1153016486toothpickinoculationD-2335315796petalinoculationD-3160112893C-0335411482D-2160112909D-4335413650D-4160118068牙签接种5d抗性E-3429519053花瓣接种15d抗性E-1289714590Res15daftermycelialB-1429915786Res115dafterinfestedD-0292114055toothpickinoculationD-2430616328petalinoculationE-0293215581D-3430616636B-1293417415E-1430717461E-5294918093牙签接种3~5d菌丝扩展抗性B-1314217346花瓣接种病指D-2167013529Res1tomyceliaexpansionE-3314618750DIwithinfestedpetalD-1167213512withtoothpickinoculationin3-5dE-1316717219inoculationE-2168112603E-0317414036E-1168812130D-3319511890B-1175510637花瓣接种后10d抗性以E-0和E-1模型的AIC基因加性效应[d]和多基因显性效应[h]分别为值最小,极大似然比测验2个模型的差异极显著(K=116190、018828。主基因遗传率以BC2最高,为4918727,P<01001),进一步的适合性检验中,E-0在28148%;F2、BC1分别为23130%、12149%。多基因6个世代的30个统计量中有21个达到显著水平,可遗传率以BC1最高,为27187%,BC2、F2分别为能模型的基本假定与抗性遗传的实际情况不相符,21141%、21108%。牙签接种后5d抗性受2对加未作进一步的遗传参数估计。接种后15d的抗性性-显性-上位性主基因控制,无多基因修饰。第1以E-1、D-0、E-0、B-1模型的AIC值较小,极大似然比对主基因的加性效应值和显性效应值分别为测验(LRT)仅D-0、E-0两个模型的差异不显著,其余-011543和510437。第2对主基因的加性效应值和模型间的差异极显著,适合性检验E-0模型30个统显性效应值分别只相当于第1对主基因的61133%计量中达显著水平个数最少,为14个,确定为最佳和12172%。单基因存在时,2对主基因均表现为感遗传模型。收获前病指计算结果,AIC较小的5个病对抗病为超显性。2对主基因的互作效应明显,模型在适合性检验中30个统计变量均有15个以上其中显性@显性互作效应[l]最大,为-4171。主基达到显著水平,未作进一步的分析。因遗传率以F2最高,为38169%,其次是BC2,为从以上结果看,DH821@DHBao604组合对菌核36144%,BC1最小,为25119%。病抗性受2对主基因的控制,在不同的抗性鉴定方接种后3~5d菌丝扩展抗性符合2对加性-显法以及不同的抗性评价时期和指标中存在基因作用性-上位性+加性-显性多基因混合遗传模型(E-1),方式和多基因存在与否的差异。第1对主基因的加性效应值和显性效应值分别为212遗传参数估计-113215和-114523,抗对感近似于正向完全显性,对牙签接种后3d抗性、5d抗性、3~5d菌丝第2对主基因的加性效应值和显性效应值分别为扩展抗性、花瓣接种后15d抗性的最佳遗传模型的114403和012168,感病对抗病呈正向部分显性。2遗传参数估计见表2。对主基因的加性@加性互作效应值[i]最大,显性@牙签接种后3d抗性受2对加性主基因控制,显性互作效应值[l]较小,第1对主基因的加性@第第1对主基因的加性效应值[da]为-110078,第22对主基因的显性互作效应[jab]不明显,而第2对对主基因的加性效应值[db]为-017725,2对主基因主基因的加性@第1对主基因的显性互作效应[jba]的效应值相差不大。同时抗性还受多基因修饰,多较大,基因的效应值较大时,相应的互作效应也明 1498作物学报第31卷显。多基因对抗性的修饰作用很小。主基因遗传率显性效应值分别为-315225和-316051,2对主基因以F2最大,为54106%,BC2、BC1群体分别是的加性效应和显性效应值相近,单基因存在时,均为47153%、0172%;而多基因遗传率与主基因遗传率抗病性对感病性完全显性。2对主基因的加性互表现相反,在BC2、BC1群体分别为7134%、46179%,作、显性互作、加性@显性、显性@加性互作效应为F2的多基因方差偏小,不能与误差区分开。说明在315190~316089,互作效应明显,且表现为与其加主基因作用较弱时,多基因的效应易于检测到,反性、显性效应相反的作用。主基因遗传率在BC2、之,则多基因效应与误差难于区分开。牙签接种反F2、BC1分别为41179%、39168%和0191%,多基因映的抗性主要受2对主基因控制,前期加性效应明遗传率为31150%、19132%和73169%。由于2对主显,后期显性效应及相关的互作效应较明显。基因的加性互作、显性互作、加性@显性、显性@加花瓣接种后15d抗性受2对加性-显性-上位性性互作效应相近,方向相同,使得BC1群体的4种成主基因控制,并受加性-显性-上位性多基因修饰。分分布(AABB、AABb、AaBB、AaBb)近似于单一成分第1对主基因的加性效应值和显性效应值分别为分布,其表型变异主要由多基因方差组成,主基因方-315225和-316043,第2对主基因的加性效应值和差极小,统计分析上难以区分4种成分。表2DH821@DHBao604组合菌核病抗性的遗传参数估计值Table2EstimatesofgeneticparametersofresistancetoSclerotiniasclerotiorumincrossofDH821@DHBao604抗性指标最优模型一阶参数估计值一阶参数估计值二阶参数估计值EstimateResistanceBes-tfit1storder1storder2ndordercriterionmodelparameterEstimateparameterEstimateparameterBCBCF122牙签接种后3d抗性E-3M410137R2p312275318409314607Res1of3dafterd2a-110078Rpg018994018222017295mycelialtoothpickd2b-017725Rmg014031110938018063inoculation[d]116191R2e119249119249119249[h]018828h2(%)121492814823130mg[h]P[d]015452h2pg(%)271872114121108牙签接种后5d抗性B-1M615603j2ab012718Rp91442111111361115204Res1of5dafterd2a-011543jba-014078Rmg213788410502414571mycelialtoothpickd2b-010947l-417083Re710633710633710633inoculationh2a510437haPda-3216786hmg(%)251193614438169hb016413hbPdb-617755l013700牙签接种3~5d菌丝扩展抗性E-1M417502j2ba-112215Rp310653315651315020Res1tomyceliaexpansiond2a-113215l-011640Rpg114343012616010000withtoothpickd2b114403haPda110990Rmg010221116947118932inoculationin3-5dh-114523hPd011505R2116089116089116089abbeh2b012168[d]-010432hmg(%)01724715354106I-112876[h]010347h2pg(%)461797134-1)jab-011293[h]P[d]-018039花瓣接种15d抗性E-0m21712510ha-316043Rp471845845149832916375Res1of15dafterm22715684hb-316051Rmg01434119101381117601infestedpetalm23-514405i315190Rpg35125981413326517255inoculationm810541j316081R21211519121151912115194abem25416487jba316089hmg(%)01914117939168m26418324l315610hpg(%)731693115019132da-315225haPda110232db-315225hbPdb110235注:1)R2=0低估了多基因效应,未估算多基因遗传率。pgNotes:1)R22pg=0waslowerthantherealvariancevalueofpolygene,sothevalueofhpg(%)wasnotestimated1性遗传的基因位点数目、基因效应、基因的互作以及3讨论有无多基因修饰做出了进一步的分析。发现DH821油菜菌核病的抗性为数量性状,受多基因控制,@DHBao604组合的抗性遗传受2对主基因控制,并本研究利用盖钧镒等提出的新主基因+多基因混合受多基因的修饰,为进一步的抗性QTL定位奠定了遗传模型分析新方法验证了这一点,同时对控制抗基础,为抗病育种提供了有益的参考。 第11期何昆燕等:甘蓝型油菜菌核病抗性的遗传分析1499牙签接种和花瓣接种是以牙签和花瓣携带菌丝variousformsofattackbySclerotiniasclerotiorumandrelationswithsomemorphologicalcharacters1Euphytica,1993,68(1-2):85-98体接种于终花期植株的第2或第3片无柄叶叶腋[6]CastanoF,VearF,deLabrouheDT1Thegeneticsofresistancein处,在同一病圃中进行,病原物和寄主以及发病条件sunflowercapitulatoSclerotiniasclerotiorummeasuredbymycelium都较为一致,两种接种法的抗性遗传都受2对主基infectiouscombinedwithascosporetests1Euphytica,2003,122(2):因控制。然而2对主基因的效应、互作以及是否受373-380多基因修饰因不同的接种方法,以及同一接种方法[7]LabrouheDT1HorealityofresistancetoSclerotiniasclerotioruminsunflowers1Ó1Studyofreactionstoartificialinfectionsofrootsand的不同时期或不同的评价指标而不同,牙签接种3dcotyledons1Agronomie,1990,10(4):323-330抗性遗传受2对加性主基因+加性-显性多基因控[8]MiklasPN,GraftonKF,SecorGA,McCleanPE1Useofpathogen制,5d抗性遗传受2对加性-显性主基因控制,3~5filtratetodifferentiatephysiologicalresistanceofdrybeantowhitemoldd菌丝扩展抗性受2对加性-显性-上位性主基因+disease1CropScience,1992,32(2):310-312加性-显性多基因控制;花瓣接种15d抗性遗传为2[9]MiklasPN,GraftonKF1Inheritanceofpartialresistancetowhitemoldininbredpopulationsofdrybean1CropScience,1992,32(4):943-对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多948基因控制。牙签接种法是一种伤害接种法,菌丝在[10]Grezes-BessetB,TournacleG1Greenhousemethodtoassesssunflower侵入途径和方式上不同于花瓣接种,牙签接种利用resistancetoSclerotiniarootandbasalsteminfentions1PlantBreed,植株茎秆自然保温保湿更有利于菌丝的侵入和扩1994,112:215-222展,病原物在侵入途径、扩展速度上的不同,必然诱[11]LiuC-Q(刘澄清),DuD-Z(杜德志),HuangY-J(黄有菊),WangC-H(王春华)1Studyonresistance(tolerance)andgeneticeffectsto导寄主产生不同的抗性机制,从而涉及不同的基因SclerotiniasclerotioruminBrassicanapusL1ScientiaAgriculturaSinica参与抗病反应和防卫反应。牙签接种3d主要表现(中国农业科学),1991,24(3):43-49(inChinesewithEnglish为抗侵入,2对主基因的加性效应明显,多基因的加abstract)性效应和显性效应也很明显;5d主要表现为抗扩[12]HuangY-J(黄永菊),ChenJ(陈军),LiY-C(李云昌)1Genetic展,2对主基因的加性效应较弱,显性效应和显性互studiesonresistance(tolerance)toSclerotiniasclerotioruminrapeseed(B1napusL1).Ñ1Geneticnatureandanalysisofcombiningabilities作明显,无多基因修饰;3~5d的病斑扩展长度反映ofresistance1ChineseJofOilCropSciences(中国油料作物学报),出抗侵入和抗扩展的综合效应,但更多的是抗扩展,2000,22(4):1-5(inChinesewithEnglishabstract)2对主基因的加性效应及第1对主基因的显性效应[13]LiY-H(李永红),ZhangP(张璞),MuJ-X(穆建新),LiD-R(李殿明显,多基因效应较小。说明基因效应及其互作随荣)1StudyonbreedingpotentialofsclerotinoseresistanceinBrassica病情发展呈现加性到显性的动态变化。napusL1ActaBotBoreal-OccidentSin(西北植物学报),2001,21(3):451-455(inChinesewithEnglishabstract)抗性遗传率在BC1、BC2、F23个分离世代较为[14]LiuC-L(刘春林),GuanC-Y(官春云),LiX(李),RuanY(阮一致,将其分解为主基因遗传率和多基因遗传率则颖),LiaoX-L(廖晓兰),XiongX-H(熊兴华),ZhouX-Y(周小在3个分离世代存在较大的差异,同一分离世代中云),WangG-H(王国槐),ChenS-Y(陈社员)1Constructionof主基因遗传率较高时,多基因遗传率则较低,反之亦linkagemapandmappingresistancegeneofSclerotiniasclerotiorumin然,且在BCBrassicanapus1ActaGeneticSinica(遗传学报),2000,27(10):1、BC2群体表现明显。这是否为主基因918-924(inChinesewithEnglishabstract)和多基因间互作所致,尚有待进一步的证实。[15]ZhaoJW,MengJL1GeneticanalysisoflociassociatedwithpartialReferencesresistancetoSclerotiniasclerotioruminrapeseed(BrassicanapusL1)1TheorApplGenet,2003,106:759-764[1]KimberDS,McGregorDL1Brassicaoilseedsproductionandutilization1[16]ZhouB-W(周必文)1EvaluationmethodsofSclerotiniastemrotinUK:CABInternational,19951111-146rapeseed1ChineseJofOilCropSciences(中国油料),1994,(suppl):[2]InstituteofOilCropsResearch(中国农科院油料作物研究所编)ed188-94(inChinesewithEnglishabstract)Sclerotiniastemrotinrapeseed1Beijing:AgriculturePress,1979(in[17]GaiJY,WangJK1IdentificationandestimationofaQTLmodelanditsChinese)effects1TheorApplGenet,1998,97:1162-1168[3]BaswanaKS,RastogiKB,SharmaPP1Inheritanceofstalkrot[18]GaiJ-Y(盖均镒),ZhangY-M(章元明),WangJ-K(王建康)1AresistanceincauliflowerBrassicaoleraceavar1botrytisL1Euphytica,jointanalysisofmultiplegenerationsforQTLmodelsextendedtomixed1991,57(2):93-96twomajorgenespluspolygene1ActaAgronomicaSinica(作物学报),[4]CastanoF,HemerytardinMC,delabrouheDT,VearF1The2000,26(4):385-391(inChinesewithEnglishabstract)inheritancebiochemistryofresistancetoSclerotiniasclerotiorumleaf[19]ZhangY-M(章元明),GaiJ-Y(盖均镒)1TheIECMalgorithmforinfectionsinsunflower(HelianthusannuusL1)1Euphytica,1991,58estimationofcomponentdistributionparametersinsegregatinganalysisof(3):209-219quantitativetraits1ActaAgronomicaSinica(作物学报),2000,26[5]CastanoF,deLabrouheDT1Resistanceofsunflowerinbredlinesto(6):699-706(inChinesewithEnglishabstract)