大豆抗SMV-SC3新遗传位点及功能基因Gm18GRSC3的鉴定与功能解析

推荐：为解决大豆花叶病毒(SMV)严重影响产量和品质的问题，研究人员通过GWAS(全基因组关联分析)结合转基因技术，首次鉴定出染色体18上8.47～8.89 Mb区域与SMV-SC3抗性相关，发现CC-NBS-LRR基因Gm18GRSC3通过正调控降低病毒积累，并开发出检测效率达76%的功能标记FM18GSC3，为大豆抗病毒育种提供新靶点。

　　

大豆作为全球重要的粮油作物，其生产长期受到大豆花叶病毒(Soybean mosaic virus, SMV)的威胁。SMV属于马铃薯Y病毒属(Potyvirus)，感染后导致叶片出现黄绿斑驳、植株矮化，造成30%-50%的产量损失。中国黄淮海大豆主产区的SC3株系尤为流行，但现有抗性基因多针对苗期定性抗性，成株期定量抗性机制尚不明确。传统抗性评价依赖苗期症状观察，易受环境干扰，且部分品种在成株期才表现抗性，亟需系统解析全生育期抗性遗传基础。

河北农业大学作物育种中心的研究团队在《The Crop Journal》发表论文，通过整合547份大豆种质的重测序数据，在8种环境下评估苗期病情指数(DI)和成株期8个产量相关性状，利用GEMMA软件进行GWAS分析，结合BPMV介导的病毒诱导基因沉默(VIGS)和发根农杆菌介导的转基因技术，鉴定出抗SC3的关键基因并开发功能标记。

关键技术包括：(1) 对547份大豆种质进行多环境表型分析；(2) 基于Williams 82参考基因组的GWAS关联分析；(3) BPMV-VIGS系统验证候选基因功能；(4) 大豆发根转基因体系进行基因过表达；(5) EMS突变体验证基因功能；(6) 开发基于等位变异的CAPS标记。

3.1 遗传变异分析
在547份大豆群体中，苗期DI的广义遗传力达92.90%，成株期性状变异系数43.63%-122.84%，遗传力72.12%-87.44%。苗期DI与成株期性状呈显著正相关(r=0.60-0.76)，表明抗性具有发育阶段连续性。

3.2 关联位点鉴定
共检测到11,405个SNPs和1,566个InDels与抗性相关，其中染色体18上8.47-8.89 Mb区域首次被发现同时调控苗期DI和成株期RPH(株高损失率)、RPN(荚数损失率)等4个性状。该区域155个SNPs和21个InDels在全部环境中稳定关联。

3.3 候选基因筛选
在染色体18目标区间内，11个候选基因中CC-NBS-LRR型基因Glyma.18G086200(命名为Gm18GRSC3)存在非同义突变(C→T)和插入突变(G→GATGAAT)，导致CC结构域丙氨酸→缬氨酸及谷氨酸/酪氨酸插入。

3.5 Gm18GRSC3功能验证
VIGS沉默Gm18GRSC3使病毒CP基因表达量提高5.17倍，病情指数从14.49升至41.89；过表达该基因则使病毒积累降低3.5倍。EMS突变体gm18grsc3出现提前终止密码子，接种后DI达92.86，显著高于野生型(58.33)。

3.6 功能标记开发
基于非同义突变开发的FM18GSC3标记，在100份验证材料中基因型-表型吻合率达76%，其中敏感基因型(T)检测准确率84.4%，抗性基因型(C)为72.1%。

该研究首次揭示染色体18上Gm18GRSC3通过NLR免疫通路介导大豆对SC3的全生育期抗性，突破传统抗性评价仅关注苗期的局限。发现的8.47-8.89 Mb区域为产量相关抗性位点，52.42%的关联位点具有多环境多效性，为分子设计育种提供新靶点。开发的FM18GSC3标记可直接应用于抗SC3品种选育，而Gm18GRSC3的广谱抗病潜力(对疫霉菌、蚜虫等亦有响应)值得进一步探究。研究创新性地将GWAS、VIGS和转基因技术结合，为解析复杂抗病机制提供范式。