小豆数量性状位点鉴定揭示大豆胞囊线虫抗性新机制及其育种应用价值

本研究首次利用GRAS-Di技术鉴定出小豆中三个与大豆胞囊线虫（SCN）Race 1抗性相关的QTL（Qrhgaz-1、Qrhgaz-8和Qrhgaz-9），通过BC3F3系验证表明三基因座协同作用方可赋予高抗性。开发的KASP/SCAR标记为抗SCN小豆品种选育提供了分子工具，且揭示其抗性机制不同于大豆（rhg1/rhg2/Rhg4通路），为豆科作物线虫抗性研究开辟新方向。

　　

引言

大豆胞囊线虫（SCN, Heterodera glycines）是危害大豆（Glycine max）生产的全球性病原体，在日本主要流行Race 1（HG Type 2.5.7）和Race 3（HG Type 0）。小豆（Vigna angularis）作为北海道重要作物，近年发现其受SCN侵害可导致减产46%。种质"Acc2766"对SCN Race 1和3均表现高抗性，但因晚熟需通过分子育种改良农艺性状。

材料与方法

以抗性种质"Acc2766"和感病品种"Shumari"构建F₂群体，采用GRAS-Di技术鉴定491个SNP标记。通过人工接种SCN Race 1（接种量≥2000二期幼虫/株），接种30-35天后统计根表雌虫数（NFP），以雌虫指数（FI = 待测株NFP/感病对照平均NFP × 100）量化抗性。选用FI<26.4的25株和FI>75.3的21株进行QTL分析，使用R/qtl软件采用复合区间作图法（参数：区间1 cM，窗口大小10 cM，Haley-Knott回归）。

结果

3.1 抗性表型分离

亲本"Shumari"的NFP范围为223-368（均值240-312），"Acc2766"仅为0-5。F₂群体FI呈连续分布（0.7->100），11株FI<10，9株FI>100，表明抗性为多基因控制的数量性状。

3.2 QTL定位

构建总长453.8 Mbp的物理图谱（平均标记间隔0.9 Mbp），检测到3个QTL：

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  Qrhgaz-1（Chr1, 0.43 Mbp）：LOD=7.61，贡献率19.8%，加性效应-81.6（显性效应35.3）

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  Qrhgaz-8（Chr8, 6.56 Mbp）：LOD=6.15，贡献率20.2%，加性效应-56.4（显性效应-64.4）

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  Qrhgaz-9（Chr9, 5.14 Mbp）：LOD=9.60，贡献率30.9%，加性效应-88.7（显性效应-50.3）

  负向加性效应表明"Acc2766"等位基因降低FI值。开发了Vi01G007200（KASP）、CEDG149（SSR）等侧翼标记。

3.3 QTL验证

利用BC₃F₃系验证：携带三重抗性等位基因（AAA型）的株系NFP均值0.7-1.0，与"Acc2766"相当；缺失任一QTL的株系（如AAB/BAA型）NFP升至22.8-105.9；完全感病型（BBB）NFP达141.7-160.3。Tukey-Kramer检验证实三QTL存在显著叠加效应。

讨论

本研究首次揭示小豆SCN抗性由3个QTL协同控制，其机制不同于大豆的rhg1/rhg2/Rhg4系统（后者为非叠加型基因互作）。注释分析表明：

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  Qrhgaz-1区域编码植物抗病响应蛋白（IPR004265）

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  Qrhgaz-8区域含亮氨酸重复序列（IPR001611）和半胱氨酸蛋白酶（GO:0008234），后者可能通过降解线虫角质层发挥抗性

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  Qrhgaz-9区域含20个抗病蛋白（IPR000767）

  显性效应分析提示Qrhgaz-1为隐性遗传，Qrhgaz-8和Qrhgaz-9为显性遗传。所开发DNA标记可直接用于抗性育种，加速培育适应北海道的SCN抗性小豆品种。