大麦种质(Hordeum vulgare L.)中抗网斑病与抗网纹状网斑病选育的SSR标记验证

《Advances in Agriculture》:Validation of SSR Markers for Scald and Net Form Net Blotch Resistance Selection in Barley Accessions (Hordeum vulgare L.)

【字体: 时间:2026年08月11日 来源:Advances in Agriculture 3.4

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  网斑病(由Rhynchosporium commune引起)与网纹状网斑病(NFNB,由Pyrenophora teres f. teres引起)是突尼斯大麦最具破坏性的叶部病害。研究人员在田间条件下采用增广区组设计对59份大麦基因型进行评价。抗性评分显示出高

  
网斑病(由Rhynchosporium commune引起)与网纹状网斑病(NFNB,由Pyrenophora teres f. teres引起)是突尼斯大麦最具破坏性的叶部病害。研究人员在田间条件下采用增广区组设计对59份大麦基因型进行评价。抗性评分显示出高度变异性及不对称遗传约束:无NFNB感病(S)基因型表现为网斑病抗病(R),而半数网斑病R基因型同时对NFNB表现抗性。9个简单序列重复(SSR)标记揭示大麦基因型中等遗传多样性(每位点平均3.11等位基因,多态性信息含量(PIC)为0.492,Nei基因多样性=0.568)。STRUCTURE分析确定最优K=3遗传簇,突尼斯种质主要归入簇1与簇3,现代品种(Kounouz、Manel)主导簇3,Rihane强烈归属于差异更大的簇2。簇3群内多样性最高且分化最低,簇2分化最大;中等混杂与等位基因频率分化证实群体间存在有限但确有的基因流。在9个多态SSR标记中,3H染色体上的Ebmac0871被确定为网斑病抗性最具预测力标记,二分类(R+MR vs MS+S)总体准确率78%,对S系检测率达96.8%。6H染色体上Bmag807是NFNB抗性最重要单标记,四分类准确率49.2%,完美识别R基因型且感病归类率77.8%。这些标记可用于支持突尼斯育种计划中大麦品种开发的初步标记辅助选择。
研究背景方面,大麦(Hordeum vulgare L.)是全球第四大禾谷类作物,在年降雨低于380 mm的干旱与半干旱区广泛种植,而叶部病害网斑病(scald,病原Rhynchosporium commune)与网纹状网斑病(NFNB,病原Pyrenophora teres f. teres)通过降低光合能力、削弱籽粒发育造成严重减产。抗性与网纹状网斑病抗性的遗传架构复杂,由主要质量基因与微效数量性状位点(QTL)共同控制,分布于七条染色体;既往研究虽已定位Rrs1、Rrs4(3H)、Rpt系列(多染色体)等主效基因及连锁SSR,但在突尼斯本地种质中缺乏可用标记验证。该研究即在此背景下,旨在评估59份大麦种质的遗传多样性并验证已有SSR标记对两病抗性分级的判别力,以支持本国育种计划的标记辅助选择(MAS)。论文发表于《Advances in Agriculture》。
主要关键技术方法方面,研究人员在突尼斯Kef研究站(半干旱、年均降雨380 mm)以增广不完全区组设计种植59份大麦基因型(含29份突尼斯材料:4个现代品种Rihane、Manel、Kounouz、Lemsi,5个高级品系,20份老种质),以Rihane与Kounouz为重复对照,自然发病下于抽穗期按Tekauz 1–10级归为R、MR、MS、S四级;同时取三叶期幼苗提基因组DNA,用9个已报道SSR标记(落于2H、3H、4H、6H、7H)行PCR与琼脂糖电泳分型。群体结构以STRUCTURE 2.3.4贝叶斯聚类(K=1–10,ΔK定优),遗传多样性用CERVUS算等位数、观测/期望杂合度、PIC、Nei指数;标记预测力以R语言Random Forest包做留一交叉验证(LOOCV-RF),分别建二分类与四分类模型并评估总体准确率与各类敏感度。
研究结果部分,3 结果与讨论中首先给出表型分布:网斑病以MS(19份)与MR(15份)居多,NFNB以S(18份)与MS(17份)居多;29份突尼斯材料中仅BR24抗网斑病、Kounouz抗NFNB,Rihane双病均MS,Manel双病均MR。两病抗性Pearson相关0.61,呈现不对称约束——无NFNB-S基因型为网斑病R,而12份网斑病R中有6份(50%)同时NFNB-R。
3.1 基于SSR标记的遗传多样性评估显示,9标记等位数2–4(均3.11),观测杂合度均低(0.06),期望杂合度均0.57,PIC均0.492;Bmag603_3H(PIC 0.67)与EBmac0755_7H(PIC 0.63)信息量最高,Nei多样性0.56,Shannon 0.95,整体为中等多态。
3.2 聚类与群体结构中,ΔK峰值为K=3:簇1含多数老突尼斯种质(BR24、BR15),簇3含现代品种Kounouz(0.96)、Manel(0.78)且群内多样性最高(HExp 0.50,Fst 0.23),簇2以Rihane(0.75)为代表分化最强(Fst 0.39);簇1与3等位频率差异最小(0.17),簇2与3差异最大(0.24),存在中等混杂提示有限基因流。
3.3 SSR标记疾病预测验证中,3.3.1 网斑病二分类下Ebmac0871_3H单标记总体准确率77.97%,对MS+S系(携22等位基因占96.8%)识别率96.77%;五标记组合(Ebmac0871+Bmac209+Bmag603+Ebmac0906+EBmac0755)LOOCV准确率88.14%。3.3.2 NFNB四分类下Bmag807_6H单标记49.15%,完美识别R(100%携11等位),二分类下其11等位在R组占70.8%、S组54.3%;前五标记组合可捕获主要变异。3.3.3 双病联合四分类(RR/RS/SR/SS)中五标记集(Bmac209、Ebmac0871、Ebmac0906、Bmag807、Bmac134)准确率62.7%–64.4%,RR组中Bmag807的11等位达72.2%。
讨论部分指出,K=3结构与既往将Kounouz、Manel同簇结果一致;表型不对称约束(NFNB-S不出现网斑病R)在本种质中存在但属表型关联而非直接遗传证明,需更大群体验证。9标记落点(3H长臂含Rrs1/Rrs4、6H含Rrs13与NFNB主效QTL、4H含Rpt4、7H与2H互补效应)与已知主效位点共定位,故Ebmac0871(近Rrs1)、Bmag603(近Rrs1)、Bmag807(6H)具备同时改良两病抗性的分子基础。结论部分表明,网斑病与NFNB抗性为受基因型—环境互作影响的复杂多基因性状,本研究的SSR标记(Bmag603_3H、Ebmac0871_3H、Bmag807_6H)呈中等关联,可作突尼斯大麦育种初步筛查与MAS之用;未来需扩大群体并增补SSR与SNP以捕捉微效与上位效应。
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