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葡萄霜霉病(Downy Mildew,DM)严重威胁葡萄种植,为筛选抗性资源、鉴定抗性种质,上海交通大学等研究人员选取东亚野生葡萄,运用基因靶向测序(GBTS)技术构建遗传群体。研究获得测序及抗病等级数据,为挖掘东亚葡萄霜霉病抗性种质和培育抗病品种提供参考。
葡萄,这种在全球广泛种植、富含营养的重要园艺作物,却长期遭受葡萄霜霉病(Downy Mildew,DM)的严重威胁。霜霉病的病原菌是 Plasmopara viticola(P
v),它能侵染葡萄的叶片、嫩梢、卷须、幼果和花序等幼嫩组织,严重时会导致葡萄植株枯萎甚至死亡,进而造成葡萄产量大幅下降。目前,防治霜霉病主要依赖杀菌剂,但大量使用不仅会使病原菌产生抗药性,增加种植成本,还会污染环境,危害人类健康。因此,探索 P
v抗性种质,对深入了解葡萄抗霜霉病机制、培育抗病品种至关重要。
东亚是野生葡萄的三大起源地之一,中国拥有丰富的本土葡萄资源,许多品种对 Pv具有较强抗性。然而,目前关于中国本土葡萄品种的基因组信息十分有限,其抗霜霉病的机制也有待深入研究。在这样的背景下,上海交通大学农业与生物学院葡萄与葡萄酒研究中心、网络信息中心以及山西农业大学果树研究所的研究人员开展了相关研究。研究成果发表在《Scientific Data》上,为后续的葡萄抗病研究和品种培育提供了重要的数据支持。
研究人员为了获取更多关于葡萄抗霜霉病的遗传信息,采用了多种关键技术方法。首先,选取了 9 份具有不同遗传背景的东亚葡萄品种和 1 份欧亚葡萄品种‘赤霞珠’(Cabernet Sauvignon)作为实验材料,通过接种 Pv,利用孢子密度(Sporulation Density,SPD)方法评估其抗病性。接着,从葡萄幼叶中提取基因组 DNA,运用基因靶向测序(Genotyping by Targeted Sequencing,GBTS)技术进行研究。该技术先选定目标位置并设计杂交探针,之后构建文库、进行探针杂交和测序,从而获得葡萄的基因组信息。
研究结果主要分为以下几个方面:
- 抗病性评估:研究人员对 9 份东亚葡萄和‘赤霞珠’进行 Pv抗性鉴定,发现部分东亚葡萄品种如‘华东 1058’(V. pseudoreticulata,HD)对 Pv表现出极高的抗性,甚至完全无法接种 Pv。最终选取 HD、‘惠良’(V. davidii,HL)和‘双红’(V. amurensis,SH)构建遗传群体。
- 遗传群体构建及抗病性分布:以 HD 和 SH 为父本与易感品种‘赤霞珠’杂交,HL 进行自交,各获得 50 个子代。结果显示,子代的抗性呈现连续变异且符合数量性状分布。其中,‘CS×SH’群体抗性水平范围为 3.31 - 8.90,平均值为 6.41;‘CS×HD’群体范围为 6.09 - 9.00,平均值为 7.55;‘HL×HL’群体范围为 2.11 - 9.00,平均值为 5.91 。
- 测序数据分析:对样本进行 GBTS 测序后,利用 fastp 软件处理数据,去除接头序列、含 N 碱基过多及低质量的序列。将测序数据与葡萄参考基因组比对,结果显示平均 Q20 和 Q30 分别为 97.15% 和 90.24%,GC 含量为 40.08%,平均比对率为 99.72%,且 HL 及其自交群体的 Q20 和 Q30 最高。通过后续分析,成功鉴定出与东亚葡萄霜霉病抗性相关的单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism,SNP)信息。
研究结论表明,通过对东亚葡萄的研究,获得了其与霜霉病抗性相关的 SNP 数据。这些数据为深入挖掘东亚葡萄霜霉病抗性种质提供了关键信息,有助于进一步揭示葡萄抗霜霉病的分子机制,为培育抗霜霉病的葡萄新品种奠定了坚实基础。这一研究成果不仅对葡萄种植产业具有重要的实践意义,能够帮助种植者减少因霜霉病造成的损失;在理论研究方面也具有深远价值,为后续开展更深入的葡萄遗传学和植物病理学研究提供了宝贵的数据资源和研究思路。