中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (13): 2509-2524.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.13.002
桂翠林(), 马亮(
), 王银莹, 谢富贵, 赵彩宏, 王文淼, 李鑫, 王青(
), 高夕全(
)
收稿日期:
2023-07-11
接受日期:
2023-11-10
出版日期:
2024-07-09
发布日期:
2024-07-09
通信作者:
联系方式:
桂翠林,E-mail:2020101079@stu.njau.edu.cn。马亮,E-mail:2019201077@njau.edu.cn。桂翠林和马亮为同等贡献作者。
基金资助:
GUI CuiLin(), MA Liang(
), WANG YinYing, XIE FuGui, ZHAO CaiHong, WANG WenMiao, LI Xin, WANG Qing(
), GAO XiQuan(
)
Received:
2023-07-11
Accepted:
2023-11-10
Published:
2024-07-09
Online:
2024-07-09
摘要:
【目的】 玉米茎腐病是我国玉米主产区普遍发生的重要病害之一,自然条件下,玉米茎腐病多由多种病原菌共同侵染造成。筛选抗禾谷镰孢菌(Fusarium graminearum)和拟轮枝镰孢菌(Fusarium verticillioides)复合侵染的优异玉米种质,鉴定与复合病原引起的茎腐病抗性相关数量性状核苷酸(quantitative trait nucleotide,QTN),挖掘抗性候选基因,为玉米抗复合病原抗性分子育种提供基因资源和理论借鉴。【方法】 以一个玉米自然群体为试验材料,接种F. graminearum和F. verticillioides复合病原菌,鉴定茎腐病表型;利用全基因组关联分析,筛选显著抗性SNP位点,预测抗病候选基因。【结果】 通过田间和室内2个环境下接种复合病原后的茎腐病表型鉴定试验,发现不同来源和亚群的自交系对复合病原侵染的表型差异显著。田间表型鉴定结果表明,收集于中国的自交系普遍抗性较高,而美国的自交系普遍感病性较高;热带及亚热带亚群的自交系抗性较高,混合型亚群的自交系感病性较高。室内表型鉴定结果表明,收集于美国的自交系材料抗性较高,国际玉米小麦改良中心的自交系材料感病性高;硬秆亚群的玉米种质表现较高抗性,混合型亚群的种质表现较高感病性。于田间和室内2个环境下分别筛选出29份和16份对复合病原侵染具有较高抗性水平的种质,2个环境共同筛选到6份抗病种质。基于田间表型GWAS分析,鉴定到18个与复合病原茎腐病抗性显著相关的QTN,挖掘出93个抗病候选基因;有4个基因表现出单倍型变异,且接种后基因表达水平在抗病材料中呈上调趋势。【结论】 利用遗传背景丰富的玉米自然群体,在2个环境中共同鉴定出6份玉米镰孢菌复合病原茎腐病抗性材料,可作为潜在的玉米抗茎腐病育种种质资源;挖掘出4个可能参与复合病原菌抗性的候选基因,为玉米镰孢菌复合病原茎腐病抗性育种提供基因资源。
桂翠林, 马亮, 王银莹, 谢富贵, 赵彩宏, 王文淼, 李鑫, 王青, 高夕全. 玉米镰孢菌复合病原茎腐病抗性种质资源鉴定及抗性基因挖掘[J]. 中国农业科学, 2024, 57(13): 2509-2524.
GUI CuiLin, MA Liang, WANG YinYing, XIE FuGui, ZHAO CaiHong, WANG WenMiao, LI Xin, WANG Qing, GAO XiQuan. Identification of Resistant Germplasms and Mining of Candidate Genes Associated with Resistance to Stalk Rot Caused by Synergistic Infection with Fusarium spp. in Maize[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(13): 2509-2524.
表1
玉米茎腐病病情分级标准"
病级指数 Disease index | 室内 In the laboratory | 田间 In the field | 抗性评价 Resistance evaluation |
---|---|---|---|
1 | 茎秆未见明显菌丝和明显色泽变化 No obvious hyphae and color change were observed on the stem | 发病面积占接种茎节总面积0%—10% The lesion area accounts for 0%-10% of the total area of inoculated stems | 高抗 Highly resistant (HR) |
2 | 接种部位出现稀疏菌丝,接种部位表面出现褶皱 The hyphae were sparse and the surface of inoculation site was wrinkled | 发病面积占接种茎节总面积10%—20% The lesion area accounts for 10%-20% of the total area of inoculated stems | 抗 Resistant (R) |
3 | 有明显菌丝,接种部位颜色加深,出现腐烂变软,但茎秆仍可直立 There are obvious hyphae, the color of the inoculation site is deepened, and it decays and softens, but the stem can still stand upright | 发病面积占接种茎节总面积20%—40% The lesion area accounts for 20%-40% of the total area of inoculated stems | 中抗 Moderately resistant (MR) |
4 | 菌丝扩展,接种部位腐烂变软出现明显水渍状,茎秆不能直立 The hyphae expanded, the inoculation site rotted and softened, and obvious water soak appeared, and the stems could not stand upright | 发病面积占接种茎节总面积40%—60% The lesion area accounts for 40%-60% of the total area of inoculated stems. | 感 Susceptible (S) |
5 | 菌丝向上向下密集扩展,腐烂部位深褐色,茎秆倒伏 The hyphae spread densely upward and downward, the rotten parts were dark brown, and the stems were lodging | 发病面积占接种茎节总面积60%—100% The lesion area accounts for 60%-100% of the total area of inoculated stems | 高感 Highly susceptible (HS) |
表5
禾谷镰孢菌和拟轮枝镰孢菌复合侵染茎腐病的室内抗性统计"
数量和百分比 Number and percentage | 高抗HR | 抗R | 中抗MR | 感S | 高感HS |
---|---|---|---|---|---|
重复1数量No. of repeat 1 | 2 | 27 | 64 | 87 | 8 |
重复1百分比Percentage of repeat 1 (%) | 1.06 | 14.36 | 34.04 | 46.28 | 4.26 |
重复2数量No. of repeat 2 | 0 | 10 | 47 | 109 | 22 |
重复2百分比Percentage of repeat 2 (%) | 0.00 | 5.32 | 25.00 | 57.98 | 11.70 |
重复3数量No. of repeat 3 | 0 | 6 | 40 | 126 | 16 |
重复3百分比Percentage of repeat 3 (%) | 0.00 | 3.19 | 21.28 | 67.02 | 8.51 |
表6
田间复合病原茎腐病抗性的候选基因信息"
标记 Marker | Bin | <BOLD>P</BOLD>值 <BOLD>P</BOLD> value | 位置 Position | 基因 Gene | 基因位置开始-结束 Gene start-end | 注释 Annotation |
---|---|---|---|---|---|---|
Chr.1.S_37202321 | 1.03 | 2.67E-06 | 3′UTR | GRMZM2G408305 | 37202146-37215962 | ARM重复超家族蛋白 ARM repeat superfamily protein |
Chr.1.S_35134046 | 1.03 | 1.95E-06 | 外显子Exonic | GRMZM2G136513 | 35132532-35136898 | 抗病蛋白RPS2 Disease resistance protein RPS2 |
Chr.1.S_35136660 | 1.03 | 8.73E-06 | 外显子Exonic | GRMZM2G136513 | 35132532-35136898 | 抗病蛋白RPS2 Disease resistance protein RPS2 |
Chr.1.S_230178588 | 1.08 | 5.64E-06 | 外显子Exonic | GRMZM5G816209 | 230176955-30178674 | |
Chr.3.S_6095672 | 3.02 | 8.22E-06 | 3′UTR | GRMZM2G468479 | 6088603-6096563 | 假定的MYB DNA结合域超家族蛋白 Putative MYB DNA-binding domain superfamily protein |
Chr.3.S_198540836 | 3.07 | 6.03E-06 | 内含子Intronic | AC209455.3_FG009 | 198539184-198543636 | |
Chr.4.S_226677337 | 4.09 | 6.23E-07 | 上游Upstream | GRMZM2G534064 | 226678246-226678352 | |
Chr.5.S_110733295 | 5.04 | 8.23E-06 | 基因间区Intergenic | GRMZM2G052821 GRMZM5G810549 | 110462595-110515712 111031219-111031605 | (6-4) DNA 光解酶 (6-4) DNA photolyase |
Chr.6.S_16552209 | 6.01 | 3.09E-06 | 基因间区Intergenic | GRMZM2G357280 GRMZM2G519047 | 16469580-16476098 16592323-16592418 | |
Chr.6.S_166899228 | 6.08 | 7.19E-07 | 3′UTR | GRMZM2G158998 | 166897023-166899522 | Phox相关结构域 Phox-associated domain |
Chr.7.S_13209638 | 7.01 | 5.63E-06 | 3′UTR | GRMZM2G150091 | 13208679-13209853 | 硫氧还蛋白 Thioredoxin |
Chr.7.S_133361933 | 7.03 | 4.56E-06 | 外显子Exonic | GRMZM2G103902 | 133359936-133367491 | EMSY-LIKE 4蛋白 Protein EMSY-LIKE 4 |
Chr.7.S_133367147 | 7.03 | 4.56E-06 | 外显子Exonic | GRMZM2G103902 | 133359936-133367491 | EMSY-LIKE 4蛋白 Protein EMSY-LIKE 4 |
Chr.7.S_133367336 | 7.03 | 4.56E-06 | 外显子Exonic | GRMZM2G103902 | 133359936-133367491 | EMSY-LIKE 4蛋白 Protein EMSY-LIKE 4 |
Chr.7.S_145977576 | 7.03 | 3.70E-06 | 外显子Exonic | GRMZM2G146240 | 145968303-145978114 | |
Chr.7.S_173375841 | 7.05 | 5.90E-06 | 基因间区Intergenic | GRMZM2G349655 GRMZM5G867912 | 173327041-173328625 173447389-173451235 | 钙结合蛋白CAST Calcium-binding protein CAST |
Chr.10.S_10615482 | 10.02 | 9.26E-07 | 外显子Exonic | GRMZM2G103662 | 10613555-10616571 | 天冬氨酰蛋白酶APCB1 Aspartyl protease APCB1 |
Chr.10.S_28599638 | 10.03 | 7.00E-06 | 基因间区Intergenic | GRMZM2G052606 GRMZM2G121031 | 28600793-28603531 28588781-28589630 | 次生壁MYB46转录因子Secondary wall MYB46 transcription factor |
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