精细定位与鉴定菜豆抗锈病 Ur11位点的致病变异：开启抗锈育种新篇章

研究人员为定位 Ur11位点、确定相关变异并开发标记，开展 GWAS 等研究，发现关键变异和有效标记。

　　# 菜豆抗锈病研究新突破：精准定位 Ur₁₁位点与关键标记开发
在农业生产的大舞台上，菜豆（Phaseolus vulgaris L.）是重要的一员，可它却深受锈病的困扰。锈病，由 Uromyces appendiculatus（Pers.：Pers.）Unger 引起，在潮湿的热带和亚热带地区，以及温带湿润区域，就像一个可怕的 “杀手”，时不时引发大规模的病害流行，让菜豆产量大幅下降。

目前，已知菜豆锈病病原菌有 90 多个小种，其高毒力多样性给防治工作带来了极大挑战。尽管人们知道菜豆与病原菌之间存在基因对基因的关系，也确定了至少 11 个抗锈病位点，但多数位点的致病变异仍不清楚。其中，Ur₁₁基因能对多数锈病小种产生广谱抗性，不过之前研究未能明确其具体致病等位基因，也缺乏可靠的分子标记，这就像在黑暗中摸索，严重阻碍了菜豆抗锈育种工作的推进。

为了攻克这些难题，来自北达科他州立大学（North Dakota State University）等多个机构的研究人员踏上了探索之旅。他们的研究成果发表在《Theoretical and Applied Genetics》上，为菜豆抗锈病研究带来了新的曙光。

研究人员采用了多种关键技术方法。在植物材料方面，选用了 362 种包含不同类型的菜豆基因型。通过全基因组关联研究（GWAS），利用 70,959 个单核苷酸多态性（SNP）标记和表型数据，分析基因组与表型的关联。同时进行 DNA 测序，构建测序文库，筛选高质量的 SNP 用于后续分析。此外，还设计了 PCR 等位基因竞争延伸（PACE）标记，对候选基因的 SNP 位点进行检测。

研究结果

1. 表型反应：在温室条件下，对菜豆材料接种 U. appendiculatus 小种 31 - 22，观察其表型反应。结果显示，不同基因型反应差异明显，从高抗到高感都有。拥有 Ur₁₁位点的种质系和品种，如部分大豆、菜豆品种，表现出免疫或抗性反应1。
2. GWAS 分析：通过 GWAS 分析，研究人员在菜豆基因组上找到了与抗锈病相关的区域。发现 86 个显著的 SNP 标记，其中多数在 Pv11 染色体上。位于 55.16 - 56.21 Mb 区域的 30 个 SNP 标记，能解释较高比例的抗小种 31 - 22 的表型变异。这些 SNP 标记附近的基因模型，大多编码应对生物和非生物刺激的蛋白质，尤其是 NBS - LRR 蛋白2。
3. 候选基因及序列分析：对候选基因进行 DNA 序列比对，发现多个单核苷酸多态性。设计的 12 个 PACE 标记中，S11_55191718 能精准区分不同来源的 Ur₁₁抗性基因型和易感基因型。进一步分析发现，PvUI111.11G202400 基因的 c.1,328A>G 多态性，导致锈病抗性基因型中酪氨酸（Y）被半胱氨酸（C）替代（Y443C），该变异位于 RNBS - D 基序附近34。
4. 基因功能预测：通过序列比对，发现 PvUI111.11G202400 基因与其他豆科作物的抗病蛋白有相似性，具有典型 CC - NBS - LRR 蛋白的特征基序。推测该基因的野生型等位基因与 Ur₁₁位点的锈病抗性有关5。

研究结论与意义

研究人员成功将 Ur₁₁位点定位到 Pv11 染色体上，靠近 PvUI111.11G202400 基因，该基因编码 NBS - LRR 蛋白。同时发现，PvUI111.11G202400 基因的 c.1,328A>G 变异可能是导致锈病抗性差异的关键。开发的 PACE 标记 S11_55191718，能有效区分抗性和易感基因型，为菜豆抗锈育种提供了可靠的分子标记，让育种工作者在早期就能筛选出携带抗性基因的植株，大大提高了育种效率。

此外，研究还发现了其他与抗锈病相关的 SNP 标记，如位于 Pv08 染色体上的 S08_33204501 和 Pv11 染色体上的 S11_25155352，它们与已知抗锈基因无关，为后续研究抗锈病机制提供了新的方向。

这项研究为菜豆抗锈病育种提供了重要的理论依据和实用工具，就像给育种工作者点亮了一盏明灯，指引他们培育出更具锈病抗性的菜豆品种，对保障菜豆的产量和质量具有重要意义。未来，研究人员还计划进一步验证 PvUI111.11G202400 基因在锈病抗性中的作用，有望为菜豆抗锈病研究带来更多突破。