Identification of Race-Specific, Clade-Specific and Broad-Spectrum Resistance to Xanthomonas campestris pv. campestris in Brassica Diversity Fixed Foundation Sets

本研究系统鉴定芸薹属多样性固定基础集合（DFFS）中对甘蓝黑腐病菌（Xcc）不同生理小种（1、4、5、6号）的抗性，发现抗性分布存在显著的种属特异性：甘蓝（B. oleracea）对5、6号小种抗性较强，而欧洲油菜（B. napus）对1、4号小种表现出广泛抗性。研究首次揭示抗性与作物形态型的关联（瑞典型芜菁最易感），并通过系统发育分析发现同一小种内存在显著遗传多样性。鉴定出多个具有小种特异性、进化枝特异性及广谱抗性的优良品系（如Bna165），为芸薹属作物抗黑腐病的可持续育种提供了宝贵遗传资源和理论依据。

　　

材料与方法

研究采用甘蓝（Brassica oleracea）和欧洲油菜（Brassica napus）的多样性固定基础集合（DFFS）作为实验材料，分别包含140和189个纯合品系。这些品系经过单种子传代（SSD）或双单倍体（DH）技术固定遗传背景，代表了两物种基因库的遗传多样性。

接种实验选用代表Xcc 1、4、5、6号生理小种的英国分离株（WHRI 10018A、8978、8892A、8497）。采用剪叶接种法，用浸渍菌液（浓度2×10⁸ CFU/mL）的镊子损伤叶片侧脉。接种后2周进行病害评分，计算病理指数（DI）：DI = 发病接种点比例（PIP） × （平均病斑大小（LS）/3）。根据DI值将抗性分为：抗病（R，DI≤0.10）、部分抗病（PR，0.100.75）。

研究设计分为初筛（Screen 1）和复筛（Screen 2）。初筛用4个代表菌株测试所有DFFS品系；复筛选用对多个小种表现抗性的品系，用14个代表不同遗传进化枝（Clade A-F）的Xcc分离株进行抗谱验证。采用基因组测序（Illumina和Nanopore技术）和系统发育分析（PhaME流程）解析供试菌株的遗传多样性。

结果

DFFS中Xcc抗性的鉴定

抗性分布呈现显著的种属特异性：甘蓝（B. oleracea）对1、4号小种抗性罕见（仅2.9%品系抗4号小种），但对5、6号小种抗性较强（7.9%品系抗5号小种）。相反，欧洲油菜（B. napus）对1、4号小种抗性普遍（63%品系抗4号小种），但对5、6号小种抗性较弱（仅1.1%品系抗5号小种）。值得注意的是，10个甘蓝品系和67个欧洲油菜品系对≥2个小种表现抗性，其中欧洲油菜品系Bna150对全部4个小种表现部分抗性。

抗性与形态型的关联

在甘蓝中，抗性水平与形态型（花椰菜、羽衣甘蓝、芥蓝等）无显著相关性。但在欧洲油菜中，瑞典型芜菁（swede）对1、5、6号小种显著更感病（p<0.05），而冬季油籽油菜（WOSR）等形态型相对抗病。这表明瑞典型芜菁可能携带感病基因或缺乏抗性基因。

多小种抗性品系

研究发现24个欧洲油菜品系同时抗1、4号小种，但甘蓝中未见此类组合。抗4、5号小种的组合在甘蓝（4品系）和欧洲油菜（17品系）中均存在。尤其值得注意的是7个欧洲油菜品系对3个小种表现抗性，其中Bna138（WOSR）抗1、4、5号小种，Bna73（WOSR）抗1、4、6号小种，Bna165（SOSR）抗4、5、6号小种。

抗谱特性分析

通过复筛14个Xcc分离株，揭示了抗性的不同模式：

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  小种特异性抗性：如Bna131抗所有1、4号小种分离株，但感5、6号小种。
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  进化枝特异性抗性：如Bna104抗所有4号小种，但对1号小种的抗性仅限于Clade C菌株（WHRI 6022A、3843B）。
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  广谱抗性：Bna73抗除5号小种外的所有菌株；Bna138抗除6号小种外的所有菌株；Bna165抗除Clade A菌株WHRI 10018A外的所有菌株。

系统发育分析表明，同一Xcc小种可属于不同进化枝（如6号小种分布在Clade A、D、F），而不同小种可能遗传相似（如1号小种WHRI 10018A属Clade A，而WHRI 6022A属Clade C）。这揭示了Xcc小种定义的复杂性。

讨论与展望

研究证实Xcc抗性在芸薹属物种间分布不均：1、4号小种抗性可能源于A基因组（存在于欧洲油菜），而5、6号小种抗性可能源于C基因组（存在于甘蓝）。这解释了为何1、4号小种在甘蓝作物中更流行——缺乏相应抗性基因。

鉴定出的抗性品系（特别是Bna73、Bna138、Bna165）为育种提供了宝贵资源。这些抗性可能由主效R基因控制，表现为稳定可重复的免疫反应。部分抗性虽在重复实验中不稳定，但在田间较低接种压力下可能仍具应用价值。

未来工作应侧重：1）通过GWAS或QTL定位解析抗性遗传机制；2）开发分子标记用于标记辅助选择（MAS）；3）堆叠不同抗性基因以延长持久性；4）监测新小种出现趋势。尤其值得注意的是，瑞典型芜菁的感病性为研究Xcc-寄主互作提供了独特材料。

该研究首次在芸薹属DFFS中系统鉴定黑腐病抗性，揭示了抗性分布的种属特异性和形态型关联，发现了具有小种特异性、进化枝特异性及广谱抗性的优异品系，为芸薹作物抗病育种提供了理论基础和遗传资源。