在源自普通豆类基因型PI 527538和Ervilha的群体中，对抗炭疽病的数量性状位点的定位

《Frontiers in Plant Science》：Mapping of quantitative trait locus for resistance to anthracnose in a population derived from genotypes PI 527538 and Ervilha of common bean

炭疽病（ANT）由真菌 *Colletotrichum lindemuthianum* 引起，是赞比亚黄色菜豆的主要病害。本研究对四种 isolates 进行 races 特征化（6、7、81、294），利用 PI 527538 和 Ervilha 杂交的 220 个 RILs 定位了 6 个 QTL（ANT1.1、ANT3.1、ANT4.1、ANT10.1、ANT10.2、ANT10.3），解释 6.3%-90.3% 的抗性方差，发现两个对四 races 高度抗性的 RILs（YY_49 和 YY_65），并鉴定 31 个候选抗病基因。分隔符

　　
炭疽病是非洲地区黄芸豆生产的主要限制因素之一。本研究针对赞比亚主产区分离的四个炭疽病菌 isolate，通过 races 鉴定、重组自交系群体 QTL 定位和抗性基因筛选，揭示了黄芸豆广谱抗性遗传机制。研究团队采用 Andean 与 Middle American 双亲本杂交构建的 220 个 RILs 群体，结合多 races 感染试验和全基因组关联分析，首次系统解析了黄芸豆抗炭疽病的多层次遗传控制体系。

在病原菌 races 鉴定方面，研究团队从赞比亚马拉斯里农业试验站采集田间病株，通过 race differential 鉴别体系确认分离得到的四个 isolate 分别属于 races 6（Andean）、7（混合型）、81（混合型）和 294（混合型）。值得注意的是，这四个 races 的发现填补了非洲地区炭疽病菌 races 结构图谱的空白，其中 races 7 和 294 作为混合型 races 的新记录，其跨 Andean/Middle American 基因组的致病特性可能对传统抗性策略构成挑战。

基于 F5:9 代重组自交系群体，研究团队构建了覆盖 Pv01、Pv03、Pv04 和 Pv10 四个染色体的精细遗传图谱。通过复合区间映射（CIM）技术，成功鉴定出 six QTLs（表4），其抗性贡献率介于 6.3%-90.3% 之间，体现了抗性遗传的复杂性。其中 Pv01 染色体的 ANT1.1 QTL 表现尤为突出，其抗性贡献率高达 90.3%，与已知 Co-1 基因座在 Pv01 (48.8-50.8 Mbp) 区域形成重叠，揭示了该区域在 Andean 系统抗性中的核心地位。

Pv10 染色体呈现多效抗性特征，包含三个独立 QTLs（ANT10.1-ANT10.3）。值得注意的是，ANT10.2 QTL 在 Pv10 (3.8 Mbp) 区域与 Zuiderveen 等人（2016）在 Andean 基因组中的发现形成空间重叠，但本研究的发现首次揭示了该区域在 Middle American 系统抗性中的作用。通过 JBrowse 软件对 Pv01 和 Pv10 的抗性基因簇进行解析，共鉴定出 31 个候选基因（表2），其中 Pv01 的 17 个 NB-ARC-LRR 基因和 Pv10 的 14 个 TIR-NBS-LRR 基因构成核心抗性基因库。

研究特别揭示了两个 RILs（YY_49 和 YY_65）的广谱抗性特征，该组合在四个 races 感染下均保持高度抗性（表2）。这种抗性组合突破了传统育种中黄芸豆种子颜色与抗性基因 introgression 的矛盾，为非洲小农提供新的育种资源。通过构建包含 870 个多态性标记的遗传图谱，研究团队实现了 QTL 精准定位，其中 Pv04 的 ANT4.1 QTL（5.3 Mbp）与 Co-3、Phg-3 等已知抗性基因形成独立调控网络，这解释了为何该 QTL 仅贡献 6.4% 的抗性变异，但其种族特异性调控机制值得深入探究。

在抗性遗传机制方面，研究发现黄芸豆抗炭疽系统具有显著的层次性特征：由 23 个已知的 Co 基因（基因型-基因座对应关系）构成 qualitative resistance（定性抗性），其作用模式符合基因-基因互作模型；而 QTLs 构建的 quantitative resistance（定量抗性）体系则展现出复杂的多效性。例如，Pv10 染色体的三个 QTLs 分别针对 races 6、7 和 294，这种种族特异性响应提示可能存在不同的抗性信号通路。

该研究突破性地实现了两个目标：其一，构建了赞比亚首个炭疽病菌 races 结构图谱，填补了非洲地区 races 分布数据的空白；其二，发现了 Pv10 染色体上的三个新 QTLs（ANT10.1-3），其中 ANT10.3 的抗性贡献率高达 29.3%，其物理位置（3.7-3.9 Mbp）与 Lateef 等人（2024）报道的 Co-18 基因座存在 0.3 Mbp 的间隔，这提示可能存在不同的抗性基因组合。通过比较抗性基因簇的分布特征，研究发现 Pv01 的基因簇更偏向 Andean races 抗性，而 Pv10 的基因簇则表现出对 Middle American races 的更强适应性。

在育种应用层面，研究证实了 pyramiding（基因叠加）策略的有效性。两个广谱抗性 RILs（YY_49 和 YY_65）的基因型分析显示，其抗性来源于 Pv01 的 ANT1.1（Co-1 基因）与 Pv10 的 ANT10.2-3 的组合效应。这种复合抗性机制为设计多基因协同育种策略提供了理论依据。研究团队特别指出，Pv10 的三个 QTLs 形成梯度抗性系统，其中 ANT10.2 的抗性贡献率（12.2%）与 Co-1 的贡献率（90.3%）形成鲜明对比，这种差异可能源于基因网络的不同调控模式。

值得注意的是，该研究首次在黄芸豆（Manteca 类型）中发现对 races 6 和 81 的广谱抗性基因。通过比较 Co-1 基因在不同 market class 中的表达差异，研究团队发现黄芸豆的基因沉默机制可能影响了传统 Co 基因的显性表达。因此，在 introgression 过程中需要特别关注基因的表达调控问题。研究还揭示了炭疽病菌 races 间的复杂关联： races 6 和 7 的抗性相关性系数高达 0.41，而 races 6 和 294 的相关性仅为 0.08，这种差异可能源于病菌不同 races 的致病基因组合特征。

在抗性遗传改良方面，研究团队提出的三阶段策略具有重要参考价值：第一阶段通过 Pv01 的 ANT1.1 提供对 Andean races 的基础保护（贡献率 90.3%）；第二阶段引入 Pv10 的 ANT10.2-3 组合增强对 Middle American races 的抗性（贡献率累计达 41.5%）；第三阶段通过 Pv03 的 ANT3.1（贡献率 6.9%）和 Pv04 的 ANT4.1（贡献率 6.4%）完善抗性网络。这种分阶段改良策略既避免了传统 introgression 中黄种子 coat 的基因型污染问题，又通过多 QTL 协同作用提高了抗性稳定性。

该研究对全球豆科作物抗病育种具有重要启示。通过对比 Pv10 的三个 QTLs，研究发现 race-specific resistance（种族特异性抗性）主要由 TIR-NBS-LRR 基因簇介导，而 quantitative resistance（定量抗性）则更多依赖于 NB-ARC-LRR 基因的剂量效应。这种抗性调控机制的不同可能解释了为何 Pv10 的三个 QTLs 在抗性贡献率上呈现显著差异（6.3%-29.3%）。研究团队特别建议在后续工作中采用多组学整合分析，深入解析这些抗性基因在 race-specific 和 quantitative 两种抗性模式中的协同作用机制。

从实践应用角度，研究建立的 QTL 指标体系（表4）为分子标记辅助选择提供了可靠依据。例如，针对 races 6 和 81 的 ANT1.1 QTL（Pv01:48.8-50.8 Mbp），可开发包含 Co-1 基因的分子标记；而针对 races 7 和 294 的 Pv10 QTL 组合，则需同时检测 ANT10.2 和 ANT10.3 的标记组合。这种多标记检测体系能有效提升育种效率，缩短从基因发掘到品种育成的时间周期。

最后，研究团队通过构建包含 220 个 RILs 的表型数据库，实现了抗性遗传资源的数字化管理。该数据库不仅记录了每个 RILs 的抗性表现，还整合了基因型数据、表型评分（1-9 分）和抗性基因位点的空间分布信息。这种多维数据整合为抗性基因的精准编辑和转基因改良提供了新的研究范式，特别是对那些需要同时保持黄种子 coat 特征和抗性改良的品种选育具有重要指导意义。