马铃薯抗晚疫病基因研究进展

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1、马铃薯抗晚疫病基因研究进展摘要：马铃薯晚疫病是马铃薯的第一大病害。利用分子生物学和基因工程技术，从马铃薯野生种质资源中分离抗病基因，并将其转化到优良栽培品种中，是提高马铃薯晚疫病抗性高效快捷的方法之一，目前已有多个来自不同野生种质资源中的晚疫病抗性基因被分离或定位。本文主要概述了近年来马铃薯抗晚疫病基因的研究现状。关键词：马铃薯；晚疫病；抗性基因中图分类号:S43532文献标识号:A文章编号：1001-4942(2013)01-0141-04马铃薯晚疫病是由致病疫霉菌(Phytophthorainfestans)引起的马铃薯第一

2、大毁灭性病害，可引起马铃薯大规模减产。19世纪中叶晚疫病的发生导致了举世闻名的爱尔兰大饥荒［1］(TheGreatIrishFamine),致使数百万人死亡或流离失所。该病在世界范围内广泛传播，每年在全球造成损失约170亿美元，我国的减产损失也在10亿美元以上［2］。在发展中国家，每年用于治理晚疫病的花费高达35亿美元。导致晚疫病的致病疫霉菌是一种高度可变的病菌［3］,晚疫病菌群体中出现的A2交配型和原来的A1交配型在大田条件下即可进行有性杂交并产生可以越冬的卵鞄子［4］,进一步增加了该病原的变异性和危害性；全基因组测序发现，晚

3、疫病菌的基因组容量高达240Mb,是迄今发现的囊泡藻界(Chromalveolata)中最大、最复杂的基因组［5］,被认为是进化潜力最高、风险最大、最易克服单个抗病基因或少数几个抗病基因累加系的病原之一。因此，防治马铃薯晚疫病仍是当前马铃薯生产和育种的重中之重。马铃薯晚疫病的化学防治主要是应用抗真菌剂［6,7］,但成本高、易导致环境污染。随着现代分子生物学和基因工程技术的发展，从马铃薯抗晚疫病野生种质资源中分离抗病基因，并进行基因转化导入栽培种中，已经成为马铃薯抗病育种的一个重要途径［8］。本文将对马铃薯野生种中抗晚疫病基因的分

4、离、定位及应用进行概述。1马铃薯晚疫病抗性基因定位与分离11来源于Sdemissum的晚疫病抗性基因来自于墨西哥的六倍体野生种Sdemissum不仅高抗晚疫病，而且易与四倍体栽培品种Stuberosum杂交，是马铃薯晚疫病抗性基因的重要来源。目前，已从该野生种鉴定出11个主效抗病基因(R1〜R11)并导入到栽培种中。111R1基因Leonards-Schippers等(1994)［9］将R1基因定位在Sdemissum的第V号染色体上，R1位点区域也是各种病原体抗病基因的集中区。研究发现，马铃薯第V号染色体上RFLP标记GP21

5、和GP179之间的短臂区域编码对Pinfestans的抗性，这个区域包含多个与马铃薯晚疫病抗性相关的数量性状位点(QTL),这些抗病基因的成簇分布表明它们可能是通过基因复制从同一祖先演化而来的，在此过程中同时也伴随着功能分化。2002年,Ballvora等［10］构建了R1基因位点区域的高分辨率图谱，并通过图位克隆结合候选基因方法克隆了该基因。R1包含1293个氨基酸，相对分子量1494kD,蛋白结构分析表明，R1包含一个保守的核昔酸结合位点(NBS)、一个富亮氨酸重复序列(LRR)和一个亮氨酸拉链结构(LZ)。2005年，Ku

6、ang等［11］在R1基因位点附近构建了3个大约1Mb的物理图谱，鉴定出3个不同抗性的基因家族，其中之一与R1基因高度同源，另外2个与番茄Prf基因和Bs-4基因同源。对R1同源基因的序列分析表明它们在距离进化树上形成3个明显的进化枝，在R1同源基因的进化枝上有频繁的序列交换。这些结果表明R1同源基因包括3组不同的抗病基因，并且由于组内成员频繁的序列交换而使这些基因具有特定的嵌合体结构，属于I型R基因，该发现也表明I型和II型R基因可能具有相同的分化机制。112R2和R2-like基因Li等(1998)［12］利用四倍体作图群体

7、EJ96-4061将R2基因定位在马铃薯第IV号染色体上,并利用集群分析(BSA)法获得了与R2位点紧密连锁的11个AFLP标记。Park等(2005)［13］进一步利用二倍体作图群体发现了与R2连锁的2个基因:R2-like和一个未知基因，并获得了R2-like位点的55个AFLP标记，利用R2-like位点的2个侧翼标记对1586个后代分离群体进行筛选，获得了该区间的103个重组体，成功构建了R2-like位点的高分辨率遗传图谱，并将R2-like定位于马铃薯第IV号染色体的04cM区域内，同时获得了与R2-like基因共分

8、离的4个AFLP标记。Lokossou等(2009)[14]利用R2-like位点和Rpi-blb3位点区域的高分辨率遗传图谱,结合等位基因发掘的策略克隆了R2和R2-like,R2和R2-like均无内含子，属于LZ-NBS-LRR型基因，R2和R2-like