利马豆（Phaseolus lunatus）抗根结线虫新数量性状位点的鉴定与定位

《Molecular Breeding》：Novel quantitative trait loci conferring resistance to root-knot nematodes in lima bean (Phaseolus lunatus)

　　

利马豆（Phaseolus lunatus）是一种广泛适应、经济重要的豆科作物，同时也是根结线虫（root-knot nematodes, RKN；Meloidogyne spp.）的感病寄主，根结线虫是全世界农业系统中毁灭性的植物病原物。迄今为止，关于利马豆RKN抗性遗传决定因素的研究很少。理解抗性背后的遗传机制对于改良抗性性状并将其纳入利马豆育种计划至关重要。为辅助标记辅助选择，研究人员旨在鉴定并定位赋予RKN抗性相关性状的数量性状位点（quantitative trait loci, QTLs）。本研究使用了三个重组自交系（recombinant inbred line, RIL）群体。这些RIL群体由两个RKN抗性亲本分别与同一RKN感病亲本杂交以及两个抗性亲本互交衍生而来。所有群体均使用全基因组单核苷酸多态性（single-nucleotide polymorphism, SNP）标记进行基因分型。在温室试验中，各群体分别针对南方根结线虫（Meloidogyne incognita）和爪哇根结线虫（Meloidogyne javanica）的根瘿（root galling, RG）和RKN卵繁殖（egg reproduction, ER）进行筛选。跨群体共检测并定位到三个主要QTL，分别位于染色体Pl04（QRk-pl04.1）、Pl05（QRk-pl05.1）和Pl10（QRk-pl10.1）上。其中，QRk-pl05.1同时影响对两个RKN物种的RG和ER，而QRk-pl04.1和QRk-pl10.1抑制M. incognita的根瘿和/或繁殖反应，但对M. javanica无效。由侧翼标记界定的这些染色体区域将有助于指导利马豆RKN抗性的标记辅助育种和基因发掘。

利马豆（Phaseolus lunatus）是一种广泛适应、经济重要的豆科作物，同时也是根结线虫（root-knot nematodes, RKN；Meloidogyne spp.）的感病寄主。根结线虫是全世界农业系统中毁灭性的植物病原物，可导致严重产量损失。然而，目前关于利马豆RKN抗性遗传决定因素的研究很少，这限制了抗性性状在育种计划中的有效利用。为辅助标记辅助选择，研究人员利用三个重组自交系（recombinant inbred line, RIL）群体，结合全基因组单核苷酸多态性（single-nucleotide polymorphism, SNP）标记和温室表型鉴定，定位了赋予RKN抗性相关性状的数量性状位点（quantitative trait loci, QTLs），为利马豆抗线虫育种提供了重要基因组资源。研究在染色体Pl04、Pl05和Pl10上检测到三个主要QTL，并揭示了不同QTL对不同线虫种的特异性和广谱性，证实了RKN抗性的多基因独立控制。这些发现为标记辅助回交选育和候选抗性基因发掘奠定了基础。

研究人员用于开展这项研究的主要关键技术方法包括：利用限制性位点相关DNA测序（restriction site-associated DNA sequencing, RAD-Seq）对三个RIL群体（由Henderson × L-136构成RIL01、Henderson × PI 256874构成RIL02、PI 256874 × L-136构成RIL03，均为F9重组自交系）进行全基因组SNP基因分型；在温室盆栽试验中分别接种M. incognita和M. javanica，对根瘿（root galling, RG）和卵繁殖（egg reproduction, ER；以每根系统卵数及每克根卵数表示）进行表型鉴定；采用QTL IciMapping软件中的完备区间作图法（Inclusive Composite Interval Mapping, ICIM）进行连锁分析和QTL定位。

### 表型变异（Phenotypic variation）
RIL01群体对两种线虫的根瘿反应呈双峰分布，其中抗性亲本L-136瘿化程度低于感病亲本Henderson；M. incognita卵块也与瘿化呈双峰分布，但二者无显著相关，而M. javanica卵块在各品系间均匀分布。RIL02群体瘿化表型对两种线虫均呈双峰分布，M. javanica的繁殖表型（ERS和EGR）偏向Henderson；M. incognita的ERS与瘿化显著相关。RIL03群体在繁殖和EGR上表现广泛变异，两亲本值相近；L-136对M. javanica瘿化更感，而PI 256874对M. incognita瘿化更感；M. incognita瘿化与繁殖反应强相关。各性状广义遗传力（broad sense heritability, H²）在三个群体中总体较高，表明表型变异主要由遗传因素决定，适合进行QTL定位。

### QTL鉴定（QTL identification）
在RIL01群体中，检测到三个主要QTL：Pl04上的QTL与M. incognita瘿化相关，解释表型方差（PVE）89.6%；Pl05上的QTL与M. incognita卵块和繁殖反应相关，PVE=92.0%；Pl10上的QTL与M. javanica瘿化相关，PVE=92%。有利等位基因均来自L-136。在RIL02群体中，Pl05上的主要QTL同时与M. incognita和M. javanica的瘿化、繁殖及EGR显著相关，有利等位基因来自PI 256874。在RIL03群体中，Pl04 QTL与M. incognita瘿化、ERS和EGR相关，有利等位基因来自L-136；Pl05 QTL与两种线虫的EGR相关；Pl10 QTL与M. incognita EGR相关，有利等位基因来自PI 256874；此外，Pl08上两个QTL与M. javanica EGR相关。三个RIL群体在Pl04、Pl05和Pl10上的QTL区间相互重叠，据此命名为QRk-pl04.1、QRk-pl05.1和QRk-pl10.1。

讨论中，研究人员指出这些QTL与先前报道的独立核基因对应，分别控制M. incognita瘿化、M. incognita繁殖和M. javanica瘿化，证实了其独立遗传控制。QRk-pl04.1仅对M. incognita特异，而QRk-pl05.1对两种线虫均有抗性，这可能与不同线虫分泌的效应蛋白及宿主识别途径的特异性有关。RIL03群体中出现了超亲分离，部分品系抗性超过任一亲本，部分品系完全感病，表明多个QTL的累加或互作效应。侧翼标记界定的QTL区域可直接用于标记辅助育种和候选基因发掘。

本研究结论可翻译为：本研究在三个RIL群体中鉴定了可用于利马豆抗根结线虫M. javanica和M. incognita标记辅助育种的重要QTL。通过整合基因型数据与根瘿和线虫繁殖反应的表型分析，研究人员证实了RIL01群体中M. incognita诱导的瘿化与繁殖反应以及M. javanica瘿化是独立遗传控制的。对RIL02和RIL03群体的分析在三个群体共有的Pl04、Pl05和Pl10染色体上鉴定出QTL。F1群体分析表明，L-136对瘿化的抗性为显性，而L-136对繁殖的抗性以及PI 256874对瘿化和繁殖的抗性均为隐性。这对标记辅助育种中筛选隐性抗性等位基因尤为重要，因为单纯依赖表型选择难以有效识别隐性基因。今后的研究应通过回交和基因表达实验进一步精细定位目标QTL区域，鉴定抗性亲本中的基因，并进而开发基于基因的分子标记用于抗性育种。