中国东北地区大豆抗立枯丝核菌根腐病的全基因组关联分析及抗性机制研究

为解决大豆立枯丝核菌根腐病(Rhizoctonia solani root rot, RSRR)抗性遗传基础不明的问题，研究人员通过整合GWAS和转录组学技术，对492份中国北方春大豆种质进行抗性分析，鉴定出48个显著SNP位点和135个候选基因，其中Glyma.02g252200(枯草杆菌蛋白酶样蛋白酶)和Glyma.18g179800(果胶乙酰酯酶)通过qPCR验证呈现差异表达模式。该研究为分子标记辅助育种提供了新靶点，并为解析大豆-R.solani互作机制奠定理论基础。

　　

大豆作为全球重要的粮油作物，其生产长期受到土传病原菌立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)的威胁。这种真菌引起的根腐病(RRR)会导致根系坏死和植株萎蔫，在温暖潮湿条件下尤其严重。尽管已有化学防治和农艺措施，但抗性品种选育进展缓慢，主要原因是抗性遗传机制不清。传统育种依赖有限抗性位点，而病原菌快速进化导致抗性易失效。更棘手的是，与大豆其他病害如疫霉根腐病(Phytophthora sojae)和胞囊线虫(Heterodera glycines)相比，RRR的抗性基因研究明显滞后。

吉林省农业科学院的研究团队在《Physiological and Molecular Plant Pathology》发表的研究，首次系统揭示了中国北方春大豆对AG1-IA菌株的抗性遗传架构。研究整合了两年期492份种质资源(191份2021年，301份2022年)的表型数据与50K SNP芯片基因型数据，采用混合线性模型(MLM)校正群体结构和亲缘关系，发现14条染色体上48个显著SNP。其中ss715599943(Chr08)和ss715583097(Chr02)分别解释9.85%和5.69%表型变异。通过LD衰减分析划定467kb候选区间，结合SoyBase数据库注释出135个候选基因，包括LRR受体激酶和PR-1家族蛋白等典型抗病基因。

关键技术包括：(1)两种接种方法(下胚轴创伤接种与茎基部直接接种)评估疾病指数(DI)；(2)SoySNP50K芯片基因型质控(MAF>0.05，HWE P≤1e-4)；(3)RTM-GWAS软件计算LD衰减；(4)Structure 2.34分析群体结构；(5)qPCR验证候选基因时空表达模式。

【3.1 温室抗性评估】
通过六级病情分级标准发现，191份种质中3份表现高抗(DI=0)，而301份种质呈近似正态分布。两种接种方法显示下胚轴创伤法诱导更高DI值，揭示病原侵染方式影响表型变异。

【3.2 SNP分布与LD衰减】
质控后保留29,609-30,214个高质量SNP，染色体18 SNP密度最高(7.6%)。LD衰减距离分别为467kb(191份)和447kb(301份)，为候选基因筛选提供依据。

【3.3 群体结构与关联分析】
STRUCTURE将群体分为4-7个亚群。MLM模型检测到Chr08的ss715599943与DI显著相关(PVE=9.85%)，Chr14的ss715617803与发病率相关(5.29%)。

【3.4 候选基因预测】
GO富集显示62个基因参与生物过程如硝酸盐同化，83个基因定位于内质网膜等细胞组分，14个基因具有鸟嘌呤核苷酸交换因子活性等分子功能。

【3.5-3.6 候选基因验证】
qPCR揭示Glyma.02g252200在接种72小时后上调3.2倍(P<0.01)，而Glyma.18g179800持续下调至0.4倍(P<0.05)，暗示枯草杆菌蛋白酶可能通过调控细胞壁修饰酶参与防御。

讨论指出，染色体2和18上1.34-1.58Mb的成簇抗性位点与已知疫霉抗性基因Rps4/5/6物理位置重叠，提示不同病原抗性可能存在进化趋同。Glyma.02g252200(枯草杆菌蛋白酶)与Glyma.18g179800(果胶乙酰酯酶)的拮抗表达模式，类比小麦TaSBT1调控果胶甲酯酶的机制，可能通过重塑细胞壁屏障抵抗侵染。

该研究不仅提供可用于MAS的SNP标记，还揭示了中国北方大豆种质中独特的抗性调控网络。发现的LRR-RK(富含亮氨酸重复受体激酶)和PR-1(病程相关蛋白1)等候选基因为抗病育种提供新靶点，而建立的标准化接种评估体系有助于抗性种质筛选。未来通过基因编辑验证这些候选基因，将加速培育广谱持久抗病品种，对保障大豆安全生产具有重要意义。