欧洲梨（Pyrus communis L.）品种‘Petersbirne’火疫病抗性的数量性状位点（QTL）定位

《Plant Breeding》：Mapping of Fire Blight Resistance QTL in the European Pear (Pyrus communis L.) Cultivar ‘Petersbirne’

　　

培育既符合市场需求又抗火疫病的梨（Pyrus communis）品种是一项挑战，因为合适的抗性供体稀缺。为鉴定有价值的抗性来源，表型筛选与遗传表征必不可少。研究人员通过杂交两个中等抗性的梨品种‘Petersbirne’和‘Harrow Sweet’建立了F1群体，旨在鉴定‘Petersbirne’的抗性位点，并评估将两个抗性品种组合是否会比与易感品种‘Conference’杂交产生更高抗性的后代。‘Petersbirne’בHarrow Sweet’群体的平均病斑长度百分比（PLL）为17.8，低于‘Harrow Sweet’בConference’群体的34.3。对‘Petersbirne’火疫病严重度的定位在连锁群（LG）02上揭示了一个抗性QTL，其具有与‘Harrow Sweet’确定的相同抗性单倍型。此外，对于LG02 QTL抗性单倍型纯合的后代，其PLL值显著低于杂合后代。另外，研究人员在‘Harrow Sweet’的LG14上鉴定了一个此前未识别的假定微效QTL（minor QTL），但未能证实此前在其他LG上检测到的QTL。尽管未在‘Petersbirne’中鉴定出新抗性位点，但两个抗性品种的组合似乎增加了火疫病抗性后代的数量，从而提升了育种成功率。

论文解读：欧洲梨品种‘Petersbirne’火疫病抗性QTL定位研究

一、研究背景与意义

火疫病由解淀粉欧文氏菌（Erwinia amylovora）引起，对梨属（Pyrus spp.）等仁果类果树具有毁灭性影响。广泛栽培的梨品种如‘Conference’和‘Bartlett’高度易感。现有的化学防治手段多不可持续或低效，培育抗病/耐病品种是控制该病害最有效的策略，但符合市场需求的抗性欧洲梨（P. communis）品种稀缺，合适的抗性供体有限。既往研究表明，梨对火疫病的抗性为数量性状，由多基因控制，其中位于连锁群02（LG02）上的数量性状位点（QTL）在‘Harrow Sweet’、‘Old Home’、‘Moonglow’等品种中被多次报道。德国果树基因库中的欧洲梨品种‘Petersbirne’对火疫病菌株Ea222表现低发病率，但其遗传基础和抗性位点尚未解析。为此，研究人员开展本研究，旨在表征‘Petersbirne’的抗性遗传基础，并探究两个低感病亲本杂交是否能提高后代抗性比例。该论文发表于《Plant Breeding》。

二、主要关键技术方法

研究人员以中等抗性的欧洲梨品种‘Petersbirne’（母本）与‘Harrow Sweet’（父本）杂交构建含103个个体的F₁分离群体。采用人工接种 shoots 法，使用E. amylovora菌株Ea222进行表型鉴定，以病斑长度百分比（PLL）衡量病害严重度。DNA经70K Axiom SNP阵列（Pear）进行基因分型，辅以SSR标记验证。利用JoinMap 5.0分别构建双亲的遗传连锁图谱，通过Kruskal–Wallis分析及区间作图（Interval mapping）在MapQTL 5.0中进行QTL定位，全基因组与染色体水平阈值由置换检验确定，并利用SAS广义线性混合模型比较等位效应。通过核心SNP单倍型重建及系谱分析追溯抗性单倍型来源。

三、研究结果

3.1 表型鉴定（Phenotyping）

亲本‘Petersbirne’与‘Harrow Sweet’的平均PLL分别为15.5和14.4。F₁群体平均PLL为17.8（中位数13.9，标准差29.1），显著低于参照群体‘Harrow Sweet’בConference’的34.3。5个个体无病症，最高PLL为63.7。结果表明双亲本均低感的组合降低了后代感病程度。

3.2 SNP与SSR基因分型（Genotyping With SNPs and SSRs）

经质控过滤（剔除单态、高缺失、偏分离标记），最终22,812个SNP（占芯片32%）用于分析。其中‘Petersbirne’特有多态SNP 6831个，‘Harrow Sweet’9510个，双亲杂合6471个。18个SSR标记中，16个在‘Petersbirne’中多态，全部18个在‘Harrow Sweet’中多态，部分SSR为多拷贝位点。1个SNP缺失严重的个体被排除，最终102个后代用于关联分析。

3.3 遗传图谱构建（Construction of Genetic Maps）

利用JoinMap 5.0构建双亲遗传图谱。‘Petersbirne’图谱含1597个SNP和18个SSR位点（16个SSR引物），覆盖17个LG，总长1268 cM；‘Harrow Sweet’图谱含1591个SNP和22个SSR位点（18个SSR引物），总长1378 cM。标记密度约每cM 1.1–1.4个。部分SNP物理位置通过比对‘Bartlett’及‘d'Anjou’基因组确定，少数标记遗传定位与物理群组不符。多拷贝SSR分别定位到不同LG。

3.4 QTL定位（QTL Mapping）

Kruskal–Wallis及区间作图显示，双亲均在LG02上检测到显著抗性QTL。‘Petersbirne’的LG02 QTL峰值位于标记LG02_3981399（AXE-171947526，T/C），LOD=5.2，解释21.1%表型变异，超过全基因组阈值4.4。‘Harrow Sweet’的LG02 QTL峰值位于LG02_4058739（AXE-172367621，A/G），LOD=5.2，解释21.0%变异，超过全基因组阈值4.3。此外，在‘Harrow Sweet’的LG14上检测到一假定微效QTL，峰值LG14_19998520（AXE-172031527，T/G），LOD=3.1，解释13.2%变异，仅超染色体水平阈值。两QTL合计解释约33.2%变异。SSR标记TsuENH017、TsuENH001等将LG02 QTL限定在约11 cM区间。

等位效应分析表明：同时继承双亲LG02抗性单倍型的个体PLL最低（12.0），仅继承‘Petersbirne’或‘Harrow Sweet’单份抗性单倍型者次之（14.7、20.8），无抗性单倍型者最高（30.5）。纯合抗性等位基因型比杂合型PLL显著更低，证实加性效应。

3.5 抗性单倍型判定与系谱重建（Determination of Resistance Haplotype and Reconstruction of Pedigrees）

选取LG02上TsuENH017至TsuENH001区间内的SNP进行单倍型分析，该区间物理跨度约4.07 Mb。‘Petersbirne’与‘Harrow Sweet’共享一段约1.46 Mb的抗性单倍型（LG02_3492529至LG02_4955390）。该单倍型也存在于‘Rousselet de Reims’、‘Seckel’、‘Elliot’、‘Green Sugar Pear’（‘Sucre Verte’）、‘Old Home’、‘Roi Charles de Wurtemberg’、‘Duchesse de Angouleme’、‘White Doyenne’、‘Potomac’、‘Anjou’、‘Moonglow’等假定抗性品种中。系谱分析显示这些品种可能拥有一个未知的共同抗性祖先。‘Bartlett’作为双亲共同祖先却高度感病，说明抗性单倍型来自另一系谱分支。

四、讨论总结与结论翻译

研究人员指出，70K Axiom SNP阵列适用于梨遗传研究，可构建全基因组图谱并比较单倍型。‘Petersbirne’בHarrow Sweet’组合比‘Conference’בHarrow Sweet’显著降低后代PLL（p<0.0001），支持双低感亲本杂交提升育种效率。本研究在‘Petersbirne’确认了LG02上的已知主效QTL，未发现新的独立抗性位点，但在‘Harrow Sweet’中新增LG14微效QTL。既往报道的其他LG QTL未在本群体中复现，可能与亲本均为抗性/耐受型、群体大小、病原小种及环境表型误差有关。抗性单倍型在多个品种间共享暗示欧洲梨抗火疫病LG02位点的遗传基础较单一，源自共同祖先。未来可对梨种质进行全基因组关联分析（GWAS）以挖掘更多未知等位基因。

研究结论部分翻译：

果树育种耗时耗资，任何能简化流程、节约成本的工具都备受青睐。将一个抗性品种与另一个抗性品种杂交，提高了后代受E. amylovora影响较轻的比例。研究人员在‘Petersbirne’的LG02上鉴定到一个火疫病抗性QTL，并发现它与‘Harrow Sweet’共享相同的抗性单倍型。此外，通过将抗性单倍型与其他假定抗性梨品种比较，检测到一段约1.46 Mb的LG02区域为所有这些品种所共享。