木薯抗粉虱数量性状位点(QTL)的遗传定位与KASP标记验证研究

针对粉虱严重危害木薯生产的问题，研究人员通过构建F2群体，结合高效温室表型筛选和高通量图像分析(Nymph-star)，首次定位到7个染色体上的抗性QTL，其中Chr8上的MeF2WFly8.1可解释35.44%表型变异。开发的KASP标记Chr08_6483145在多样化遗传背景中验证有效，为木薯抗粉虱分子育种提供了重要工具。该成果发表于《Theoretical and Applied Genetics》。

　　

粉虱是危害木薯生产的主要害虫，不仅直接取食造成叶片黄化脱落，还会传播木薯花叶病(CMD)和褐条病(CBSD)等毁灭性病毒。在非洲，烟粉虱(Bemisia tabaci)复合种导致病害大流行；而在南美，社会粉虱(Aleurotrachelus socialis)可造成高达79%的产量损失。尽管综合防治措施有一定效果，但培育抗性品种才是最经济环保的解决方案。国际热带农业研究中心(CIAT)的种质资源筛选已发现ECU72等抗性材料，但其遗传机制尚不明确。

为解析抗性遗传基础，来自国际生物多样性联盟和CIAT的研究团队构建了183个F₂个体组成的分离群体(亲本为抗性种质ECU72×感病种质COL2246)。通过自主研发的Nymphstar自动化表型分析系统，定量测定了若虫数量(NC)和叶面积占比(%Area)等12个性状。结合RAD测序构建的2,017个SNP遗传图谱(总长2,658.2 cM)，采用复合区间定位(CIM)和全基因组关联分析(GWAS)相结合的策略开展研究。

关键技术包括：(1)建立粉虱大规模饲养和标准化接种体系；(2)基于图像分析的Nymphstar表型平台；(3)简化基因组测序(RAD-seq)基因分型；(4)QTL定位与GWAS多模型验证；(5)开发36个KASP标记并在365个ECU72背景个体和673份育种群体中验证。

研究结果：

1. 表型特征分析
   群体呈现连续分布且存在超亲分离，广义遗传力H²达0.56-0.74。茎杆繁殖材料的表型变异解释率更高，与H²估算结果一致。

2. QTL定位
   在1、2、5、6、8、9和14号染色体上检测到12个QTL，其中4个主效QTL(MeF2WFly2.1、MeF2WFly5.1、MeF2WFly8.1和MeF2WFly14.1)在多个性状中稳定出现。8号染色体上的MeF2WFly8.1效应最强，可解释8.4-35.44%表型变异，其峰值区间包含115个候选基因。

3. 标记开发与验证
   从GWAS显著位点中筛选出24个SNP开发KASP标记，其中Chr08_6483145、Chr08_6512325和Chr08_6640496在多样化遗传背景中保持稳定关联。Chr08_6483145的有利等位基因(C)可使69.8%个体达到抗/中抗水平。

4. 抗性机制解析
   候选基因分析揭示多层次防御机制：

• 抗生作用：凝集素受体激酶(LecRLKs)和过氧化物酶53通过干扰消化或诱导细胞死亡
• 排趋性：MYB106和MYB103调控角质层蜡质和木质素沉积
• 激素信号：ABA缺陷蛋白4和油菜素内酯受体BRI1参与防御调控
  值得注意的是，MeF2WFly8.1与先前报道的抗螨QTL共定位，提示该区域可能存在广谱抗性基因。

结论与意义：
该研究首次系统解析了木薯抗社会粉虱的遗传基础，定位的QTL和开发的KASP标记为分子育种提供了直接工具。特别重要的是，8号染色体上的主效QTL不仅解释率高，且与抗螨QTL重叠，为培育多抗品种提供了新靶点。发现的MYB转录因子、凝集素激酶等候选基因为深入解析抗性机制指明了方向。研究成果将显著提升木薯抗虫育种效率，对保障热带地区粮食安全具有重要意义。