棉花抗黄萎病遗传位点挖掘及变异分析

【作者】 张艳； 陈斌； 孙正文； 崔彦茹； 柯会锋； 王志城； 王国宁； 吴立强； 张桂寅； 李志坤； 杨君； 吴金华； 阎媛媛； 王星懿； 王省芬； 马峙英；

【机构】 华北作物改良与调控国家重点实验室/河北省作物种质资源重点实验室/河北农业大学；

【摘要】 黄萎病(Verticillium wilt)是棉花生产毁灭性病害,严重影响产量和棉纤维品质。鉴定抗性遗传变异、挖掘抗病相关基因对于棉花抗黄萎病遗传改良具有重要意义。本研究利用大丽轮枝菌强致病力菌系Lx2-1和中等致病力菌系Vd991分别在环境可控的人工气候室和温室累计鉴定6次重复,获得陆地棉核心种质接菌后20 d (20 dpi)和25 d (25 dpi)的抗病表型Lx2-1-20dpi、Lx2-1-25dpi、Vd991-20dpi、Vd991-25dpi、Ave-20dpi和Ave-25dpi共6种数据类型。强致病力菌系Lx2-1鉴定条件下,401份种质资源病指最小值为20.53,最大值为70.71,平均为43.47,群体病指符合正态分布。基于对陆地棉核心种质11×深度重测序鉴定到6 034 699个单核苷酸多态性(SNP)位点,联合抗病表型和群体SNP进行全基因组关联分析,共鉴定出382个与棉花黄萎病抗性显著关联的SNP。其中最显著的关联信号位于Dt11染色体的68 798 494～69 212 808 bp区间,该区间内的13个SNP在2种菌系条件下被重复鉴定到,将这13个SNP认定为核心SNP,它们能够将棉花抗病反应类型由感病(参考型)提升为耐病(突变型)。基因功能分析表明:关联的Dt11区段是黄萎病抗性主要遗传位点,在与Dt11信号相关联的58个候选基因中有25个基因受大丽轮枝菌诱导后差异表达;进一步通过定量表达分析、基因抑制和(或)基因超表达试验验证了23个候选基因参与黄萎病抗性反应。首次鉴定到位于Dt11的GhLecRKs-V.9基因簇对棉花黄萎病抗性的重要调节作用。在现代品种中,13个核心优异等位变异的频率为12.55%,显著高于中早期品种(4.29%),且这些现代品种中黄河流域品种占68.8%,表明黄河流域棉区黄萎病高发频发重发的生态压力下固定了这些优异突变位点,且棉花抗病遗传改良过程中人工选择育种增加了核心优异等位变异的频率。新育成的优良抗病品种冀农大棉23、冀农大棉24具有核心优异等位SNP,2个品种在病圃中具有优良的抗病表型且产量、品质没有显著降低,表明这些优异SNP具有直接用于棉花抗病遗传改良的重要价值。更多还原