全基因组测序批量分离分析揭示八倍体草莓中FW7——一个被上位性效应掩盖的镰刀菌枯萎病抗性基因

《The Plant Genome》：Whole-genome sequencing bulked segregant analysis uncovered FW7, a Fusarium wilt resistance gene masked by epistasis in octoploid strawberry

本研究通过全基因组测序批量分离分析(WGS-BSA)技术，在八倍体草莓中鉴定出新型镰刀菌枯萎病抗性基因FW7。该基因位于2A染色体（此前未报道过抗性基因的染色体），其效应被2B染色体上的显性基因FW6通过上位性效应所掩盖。研究不仅验证了WGS-BSA在多倍体遗传分析中的有效性，还开发了可用于标记辅助选择(MAS)的高预测性SNP标记，为通过基因聚合(Pyramiding)策略提高草莓对镰刀菌枯萎病(Fusarium wilt)的抗性持久性提供了重要理论基础和实践工具。

研究背景与意义

镰刀菌枯萎病是由土壤传播的真菌病原体Fusarium oxysporum f. sp. fragariae (Fof)引起的草莓维管系统病害，过去20年间已成为加州及全球多个地区草莓枯萎和死亡的主要原因。先前研究已鉴定出多个对病原体小种1具有抗性的来源，发现抗性由2B染色体上的显性抗性基因(R-genes)FW1、FW2和FW5，1A染色体上的FW3以及6B染色体上的FW4所控制。传统品种Earliglow被推测含有新型R基因，其S₁后代呈现15抗:1感的孟德尔分离比，符合非连锁显性重复上位性的遗传分布特征。

材料与方法创新

研究采用Earliglow自交系群体，通过人工接种Fof菌株AMP132（加州小种1分离株）进行抗性表型鉴定。利用50K Axiom SNP芯片进行基因分型，并结合全基因组测序批量分离分析(WGS-BSA)技术，构建抗感和感病DNA混池进行高通量测序。通过QTL定位、连锁不平衡分析和单标记回归等统计方法，鉴定与抗性相关的遗传位点。特别开发了竞争性等位基因特异性PCR(KASP)标记用于FW6和FW7基因的标记辅助选择。

核心发现：FW6与FW7的遗传互作

研究表明Earliglow在2B染色体FW1基因簇中携带一个显性R基因FW6，同时在2A染色体上携带一个不完全显性R基因FW7（该染色体上此前未报道过镰刀菌枯萎病抗性基因）。FW7的效应被FW6的上位性效应所掩盖——当个体在FW6位点为纯合隐性(fw6/fw6)且FW7位点为杂合时，FW7的抗性效应才得以显现。

通过构建Earliglow S₂家系（选择基因型为fw6/fw6 FW7/fw7的S₁个体自交创建），研究成功消除了FW6的掩蔽效应。BSA和QTL分析将FW7精确定位到2A染色体23.6-25.1 Mb区间，其中最显著的关联SNP为AX-184026067(A/G; 24.1 Mb)。

基因效应与分子标记开发

FW6显示近乎完全显性效应(|d?/a| = 0.84)，而FW7在不被掩蔽条件下表现为近乎加性效应(|d?/a| = 0.27)。双基因互作分析表明，同时携带FW6和FW7有利等位基因的个体表现出最强的抗性表型。

研究开发了三个与FW6紧密关联的KASP标记(AX-184258944、AX-184415132、AX-184945734)和一个与FW7关联的KASP标记(AX-184026067)，这些标记对抗性表型的预测准确率高达85%-100%，为标记辅助选择提供了高效工具。

候选基因分析与进化意义

通过对Earliglow基因组的高质量组装和注释，在FW7定位区间内鉴定了12个具有防御相关功能的候选基因，包括10个受体激酶(RK)基因和2个核苷酸结合位点-富亮氨酸重复(NLR)基因。其中NLR1和NLR2(定位24.23-24.24 Mb)与最显著的FW7关联SNP物理位置最近，可能是潜在的抗性基因。

单倍型分析表明，FW6与先前在品种Guardian中发现的FW2可能是同源基因，都来源于共同祖先Howard 17。这揭示了草莓镰刀菌抗性基因的进化历史及其在育种中的传播路径。

研究应用与前景

该研究首次在草莓2A染色体上鉴定出镰刀菌枯萎病抗性基因，扩大了抗性基因的遗传多样性。发现的FW7基因虽然效应较弱，但与其他已知R基因无连锁关系，可通过标记辅助选择与FW1、FW3、FW4等基因进行聚合，形成更具持久性的抗性品种。

研究验证了WGS-BSA技术在八倍体草莓中鉴定大效应遗传位点的有效性，为其他多倍体作物的遗传研究提供了方法学参考。开发的分子标记可直接应用于草莓育种项目，加速抗病品种选育进程。

研究还讨论了抗性基因部署的耐久性问题，指出虽然FW1基因的广泛使用已导致加州小种2的出现，但通过多基因聚合策略可显著降低病原体进化突破抗性的概率，为草莓镰刀菌枯萎病的可持续治理提供了遗传学基础。