黄瓜是我国第一大设施蔬菜作物,也是农村致富和农民增收的重要产业。设施栽培中为防治病害而频繁施用的农药,已经影响到黄瓜产品的食用安全,培育多抗病品种是有效控制病害危害的重要途径。我国收集保存的黄瓜资源蕴藏着丰富的优异抗病基因,特别是黄瓜全基因组测序的完成,为深入研究抗病基因奠定了良好的基础。本项目拟利用重测序基因组序列信息和超高密度SNP分子遗传图谱以及全基因组关联分析发掘种质资源的优异抗病基因,克隆黄瓜黑星病、枯萎病和爪哇根结线虫病抗病基因并进行功能验证,对白粉病和霜霉病抗性基因进行功能遗传解析,明确抗病基因作用的分子机理。本项目的实施,将极大地丰富黄瓜抗病基因分子生物学的理论知识,也将加速黄瓜抗病分子设计育种实践的进程。育成和推广多抗病黄瓜新品种,对于保证蔬菜食品安全和保护生态环境具有重要的意义。
cucumber;resistance gene;germplasm resource;genetic breeding;gene function analysis
在本项目的支持下,取得了的重要研究成果是(1)开发了黄瓜全基因组水平高通量SNP标记并构建了超高密度遗传图谱。通过重测序数据检测了330万个SNPs遗传变异;并从中选取了384对多态性较高且均匀分布的SNP标记用于设计芯片,在此基础上成功开发了黄瓜全基因组水平高通量SNP标记,并构建了黄瓜超高密度遗传图谱。(2)基于超高密度SNP图谱、全基因组关联分析和基因表达发掘出了抗病候选基因。基于上述超高密度SNP图谱进行了全基因组关联分析,挖掘了200多个抗性相关候选基因,发现在黄瓜驯化过程中野生黄瓜丢失了256个重要的抗病基因,这些基因为进一步研究黄瓜抗病性提供了重要基因资源。(3)精细定位了黄瓜抗黑腥病(Ccu),抗枯萎病(Foc)基因和角刺黄瓜抗根结线虫基因。将Ccu 定位到黄瓜2 号染色体短臂末端一个长度为140kb 的区域内,该区域包含3个NBS-LRR基因,将Foc定位到了距离Ccu区段外侧170kb的区间内,该区间包括2个NBS-LRR基因;对Ccu基因片段进行了克隆并转化感病黄瓜,相关功能研究正在进行中;测序并组装了角黄瓜基因组序列,通过构建极端抗、感池的方法将角黄瓜抗线虫基因定位到了scaffold13上大约510kb的范围内,该区域有64个编码基因,包含4个与抗病相关的激酶。(4)构建了AI-RILs永久群体,定位了白粉病和霜霉病的QTL。建立起用于白粉病和霜霉病QTL定位的交互重组自交系(AI-RIL)群体,该群体包含178个株系。通过上述群体,共检测到4个白粉病抗性基因的QTL位点pm5.1、pm5.2、pm5.3和pm6.1,其中pm5.2位点的贡献率最大,在其所在区域预测到了4个NBS-LRR类抗病基因;共检测到5个霜霉病病抗性基因的QTL位点dm1.1, dm5.1, dm5.2, dm5.3和 dm6.1,并检测到了5个QTL连锁的SSR标记,其中dm5.2,和dm5.3的贡献率最大,该区域分别发现6个和4个NBS-LRR类抗病基因。(5)创新了黄瓜多抗病种质的分子标记辅助选择聚合技术。在上述研究的基础上了,建立了黄瓜Ccu,Foc、霜霉和白粉等重要病害的MAS育种技术,用于MAS育种的准确率为87.88%。利用该创新技术培育出抗5种病害的8份多抗黄瓜育种材料,取得了良好的经济和社会效益。