黃瓜-酸黃瓜漸滲系抗南方根結(jié)線蟲的遺傳及抗性機制研究.pdf

1、黃瓜(Cucumis sativusL.，2n=14)是世界十大蔬菜作物之一，具有重要的經(jīng)濟(jì)價值。然而遺傳基礎(chǔ)狹窄，抗病基因匱乏，導(dǎo)致黃瓜在生產(chǎn)上病害發(fā)生非常嚴(yán)重，其中根結(jié)線蟲(Meloidogyne spp.)是目前影響黃瓜生產(chǎn)最重要的根部病害，可導(dǎo)致黃瓜嚴(yán)重減產(chǎn)，甚至絕收。南方根結(jié)線蟲(Meloidogyne incognita)是危害我國黃瓜栽培的主要種群。迄今的研究在現(xiàn)有黃瓜種質(zhì)資源和生產(chǎn)品種中尚未發(fā)現(xiàn)抗病基因，目前生產(chǎn)上也未發(fā)

2、現(xiàn)抗南方根結(jié)線蟲的黃瓜品種。利用野生抗性資源是改良和創(chuàng)制黃瓜新品種的重要途徑。近緣野生種酸黃瓜(C.hystrix Chakr.，2n=24)是唯一能與栽培黃瓜成功雜交并獲得可育后代的珍貴資源，具有抗南方根結(jié)線蟲等多種栽培黃瓜需要的抗病基因。前期研究獲得的黃瓜/酸黃瓜漸滲系攜帶有酸黃瓜抗南方根結(jié)線蟲的優(yōu)異性狀。然而，目前尚不清楚其抗性遺傳及其抗性相關(guān)機制，難以在育種實踐中有效利用。因此，研究黃瓜/酸黃瓜漸滲系遺傳規(guī)律及相關(guān)抗性機制對深入

3、發(fā)掘抗病基因，實現(xiàn)黃瓜對南方根結(jié)線蟲抗病性改良具有重要的理論意義與實踐價值。
　　本文利用黃瓜/酸黃瓜抗病漸滲系IL10-1與感病栽培黃瓜CC3構(gòu)建的四世代群體進(jìn)行漸滲系抗南方根結(jié)線蟲的遺傳規(guī)律分析;基于群體重測序技術(shù)，利用IL10-1和CC3構(gòu)建的F2∶6群體進(jìn)行QTL定位與候選基因預(yù)測;以IL10-1為試材，從組織結(jié)構(gòu)與激素水平對漸滲系南方根結(jié)線蟲抗性機制進(jìn)行研究。
　　主要研究結(jié)果如下:
　　1.黃瓜/酸黃瓜漸滲

4、系南方根結(jié)線蟲抗性的遺傳分析
　　對黃瓜/酸黃瓜漸滲系IL10-1人工接種南方根結(jié)線蟲45 d后進(jìn)行抗性再鑒定。結(jié)果顯示，漸滲系IL10-1的根結(jié)指數(shù)為2.3，表現(xiàn)為抗病。
　　以黃瓜/酸黃瓜抗南方根結(jié)線蟲漸滲系IL10-1和感病黃瓜CC3構(gòu)建的四世代群體(P1、P2、 F1和F2)進(jìn)行兩季兩地抗性性狀調(diào)查，根結(jié)指數(shù)分布均為雙峰分布。應(yīng)用植物數(shù)量性狀混合遺傳模型，對抗性遺傳特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明:種植在牌樓溫室和江浦大棚不同

5、種植環(huán)境的遺傳均符合E-1模型，即漸滲系南方根結(jié)線蟲抗性受2對加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性多基因控制。說明了種間漸滲系抗南方根結(jié)線蟲遺傳的相對穩(wěn)定性和一致性。但不同地點F1的遺傳傾向和遺傳參數(shù)不同，種植在牌樓溫室的F2群體的主基因遺傳率為11.53％，多基因遺傳率為12.78％;種植在江浦大棚的F2群體的主基因遺傳率為9.60％，多基因遺傳率為16.37％。
　　2.基于群體重測序的漸滲系抗南方根結(jié)線蟲QTL定位及候選基因

6、預(yù)測
　　基于群體重測序技術(shù)，對以IL10-1與CC3構(gòu)建的重組自交系F2∶6群體的122個單株進(jìn)行重測序及Bin標(biāo)記開發(fā)，構(gòu)建了一張包含1049個Bin標(biāo)記，覆蓋7個連鎖群，全長1070.71 cM，Bin標(biāo)記平均距離為1.02 cM的遺傳圖譜。結(jié)合群體南方根結(jié)線蟲抗病表型數(shù)據(jù)，采用區(qū)間作圖法(LOD＞3.0為閾值)，分別在1號染色體上檢測到1個QTL位點(貢獻(xiàn)率為13.36％)，在5號染色體上檢測到2個QTLs（貢獻(xiàn)率分別為9

7、.07％和9.58％）且位置相鄰。QTL區(qū)段內(nèi)序列分析后，檢測到37個發(fā)生非同義突變的基因?；蚨勘磉_(dá)分析表明，在接種南方根結(jié)線蟲早期，LRR（亮氨酸）富集蛋白編碼基因Csa5M608240、Csa5M610420在IL10-1為上調(diào)表達(dá)而在CC3中呈下調(diào)表達(dá)，且在兩材料中表達(dá)量顯著差異，預(yù)測這兩個可能在IL10-1早期對南方根結(jié)線蟲防御反應(yīng)中起主要作用;而與細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)組成相關(guān)基因Csa5M623410在抗感材料中表達(dá)變化趨勢相近，且

8、差異不顯著，可能在漸滲系IL10-1早期抵御南方根結(jié)線蟲侵染中起次要作用。
　　3.黃瓜/酸黃瓜漸滲系IL10-1對南方根結(jié)線蟲病抗性的組織結(jié)構(gòu)特征
　　在接種后不同天數(shù)，分別對抗感材料進(jìn)行相關(guān)抗性指標(biāo)統(tǒng)計。結(jié)果顯示，接種后2d開始，抗病漸滲系IL10-1在根結(jié)數(shù)、根結(jié)大小、線蟲侵入率等指標(biāo)上均顯著低于感病對照CC3。且在接種后3d時對根系進(jìn)行染色觀察，發(fā)現(xiàn)根結(jié)線蟲在IL10-1中移動緩慢，主要集中在根系內(nèi)皮層，而在感病對照

9、CC3中線蟲主要分布維管束區(qū)域。
　　在線蟲侵染早期(1，2，3 dai)，分別對抗感材料的根結(jié)進(jìn)行病理組織切片觀察。結(jié)果顯示，接種后1d時，CC3根系中已有巨型細(xì)胞形成;接種2d時，漸滲系IL10-1根系巨型細(xì)胞形成，但數(shù)量少、形狀較小且呈延伸狀，而對照CC3巨型細(xì)胞數(shù)量多、體積較大且可見清晰蟲體;3d時，漸滲系IL10-1中的巨型細(xì)胞體積小且出現(xiàn)空洞狀，而感病對照CC3中的巨型細(xì)胞進(jìn)一步擴(kuò)大且細(xì)胞內(nèi)含物飽滿。
　　4.黃

10、瓜/酸黃瓜漸滲系IL10-1對南方根結(jié)線蟲抗性的激素響應(yīng)特征
　　以接水為對照，在南方根結(jié)線蟲侵染早期(0，1，2，3 dai)，分別對抗病漸滲系IL10-1與感病黃瓜品種CC3進(jìn)行根系內(nèi)源激素含量及相關(guān)基因表達(dá)的測定與分析。
　　結(jié)果顯示，接種早期，三種內(nèi)源激素含量在抗感材料中差異顯著。與接水對照相比，內(nèi)源生長素的含量在漸滲系IL10-1顯著減少，而在栽培黃瓜CC3中無明顯變化;內(nèi)源SA的含量在兩材料中均顯著增加，且IL1

11、0-1的增幅顯著高于CC3;內(nèi)源ACC的含量在漸滲系IL10-1顯著增加，而在CC3中含量顯著減少。說明IL10-1根系中IAA含量的減少、SA與ACC含量的增加共同作用促進(jìn)了其對線蟲的抗性;而SA不是IL10-1的特有抗性特征激素。在接種早期，激素相關(guān)基因的表達(dá)變化在抗感材料之間存在顯著差異，其中生長素受體基因Cs TIR1、CsAFB2，水楊酸合成途徑關(guān)鍵基因CsPAL與乙烯生物合成氧化酶基因CsACO中均呈現(xiàn)在IL10-1上調(diào)表達(dá)