中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (17): 3389-3399.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.17.003
赵冬兰(), 马居奎, 肖世卓, 周志林, 赵凌霄, 王洁, 戴习彬, 孙厚俊, 曹清河
收稿日期:
2025-03-10
接受日期:
2025-04-22
出版日期:
2025-09-02
发布日期:
2025-09-02
联系方式:
赵冬兰,E-mail:19991006@jaas.ac.cn
基金资助:
ZHAO DongLan(), MA JuKui, XIAO ShiZhuo, ZHOU ZhiLin, ZHAO LingXiao, WANG Jie, DAI XiBin, SUN HouJun, CAO QingHe
Received:
2025-03-10
Accepted:
2025-04-22
Published:
2025-09-02
Online:
2025-09-02
摘要:
【目的】分析甘薯(Ipomoea batatas (L.) Lam.)抗茎线虫病相关的QTL,为甘薯抗茎线虫病基因的精细定位、克隆及功能研究奠定基础,同时也为甘薯抗茎线虫病遗传机理研究和培育抗性品种提供支持。【方法】以抗茎线虫病品种豫薯10号和高感病品系新24为亲本构建包含212个子代的F1群体为试验材料,对其进行田间自然诱发甘薯茎线虫病抗性鉴定,基于前期构建的遗传图谱,采用复合区间作图法(composite interval mapping,CIM)对甘薯抗茎线虫病进行QTL定位与分析,并对QTL置信区间内的候选基因进行预测。同时,采用rMVP(a memory-efficient、visualization-enhanced、parallel-accelerated R package)软件对甘薯抗茎线虫病进行全基因组关联分析(genome-wide association studies,GWAS)。对抗病品种郑红22进行室内接种甘薯茎线虫,在接种线虫后的不同时期进行取样,采用qRT-PCR对筛选的5个候选基因(itf02g19880、itf02g20080、itf02g20100、itf13g18480和itf13g18550)进行定量表达分析。【结果】共定位到3个与甘薯抗茎线虫病相关的QTL——qSNR02-1、qSNR02-2和qSNR13-1,分布于第2和第13染色体。单个QTL表型变异解释率为9.6%—11.7%。经GWAS分析,在第6染色体关联到1个与甘薯抗茎线虫病显著相关的位点。根据基因组注释信息,对QTL置信区间内的候选基因进行预测,筛选出36个与抗茎线虫病相关的候选基因。候选基因功能注释表明,防御机制相关的ABC转运蛋白家族、多药及毒性外排转运蛋白(MATE)外排蛋白家族,以及翻译后修饰、蛋白质周转相关的E3泛素连接酶和谷胱甘肽S转移酶等参与抗病胁迫。qRT-PCR结果表明,5个候选基因的表达模式呈显著性差异,itf02g20100在接种3 d时表达量达到峰值,是对照的6.2倍;itf02g19880在接种0.5 d后表达量急剧上升至最高达到对照的43.2倍;itf13g18480和itf13g18550的表达模式相似,均在接种7 d时达到峰值。表明不同候选基因在甘薯茎线虫侵染后的防御响应中可能发挥不同的调控作用。【结论】定位到3个与甘薯抗茎线虫病相关的QTL,筛选出36个相关候选基因。
赵冬兰, 马居奎, 肖世卓, 周志林, 赵凌霄, 王洁, 戴习彬, 孙厚俊, 曹清河. 甘薯抗茎线虫病的QTL定位与分析[J]. 中国农业科学, 2025, 58(17): 3389-3399.
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表1
候选基因qRT-PCR引物"
基因 Gene | 正向引物 Forward primer (5′-3′) | 反向引物 Reverse primer (5′-3′) | 产物大小 Product size (bp) |
---|---|---|---|
Itf02g20080 | GCTACTCAAGCTTTCCACAGGC | GAAGGAGGAGACTGTTTCGC | 107 |
Itf02g20100 | TCAATCTTCACCGTCCACTACA | GGAGTTTCTCATCATCATCAGG | 200 |
Itf02g19880 | CACCACCACCACCACCATAA | AGAGAGGAGGAGATTGCGAG | 161 |
Itf13g18480 | TCATAGTTGGAGACTTGGACTTG | AGCCACACCTTCAAGAACCA | 122 |
Itf13g18550 | GGCTCCACCAAGATGCAAG | TCCATAGCAGTGGCCATGTT | 141 |
表2
甘薯抗茎线虫病的QTL定位"
数量性状位点 QTL | 连锁群 Linkage group | 标记区间 Marker interval | 标记数 Marker number | 物理区间 Physical interval | LOD值 LOD value | 表型变异解释率 Explained variance (%) | 基因数 Gene number |
---|---|---|---|---|---|---|---|
qSNR02-1 | LG02 | Marker471299-Marker479577 | 5 | Chr.02 15795792-16767105 | 3.23 | 9.6 | 57 |
qSNR02-2 | LG02 | Marker484408-Marker498135 | 27 | Chr.02 17052850-19167216 | 3.96 | 11.7 | 41 |
qSNR13-1 | LG13 | Marker3187715-Marker3192541 | 7 | Chr.13 20087827-20975255 | 3.48 | 10.3 | 133 |
表3
候选基因注释"
数量性状位点 QTL | 候选基因 Candidate genes | COG注释 COG annotation | GO注释 GO annotation | NR注释 NR annotation |
---|---|---|---|---|
qSNR02-1 | itf02g20080 itf02g20090 | 防御机制 Defense mechanisms | GO:0005524 GO:0006200 GO:0016887 | ABC转运蛋白A家族成员7和2 ABC transporter A family member 7 and 2 |
itf02g20180 itf02g20100 itf02g19820 | 翻译后修饰、蛋白质周转、分子伴侣 Posttranslational modification, protein turnover, chaperones | GO:0004842 GO:0006511 GO:0009650 | 泛素缀合酶E2 Ubiquitin-conjugating enzyme E2 E3泛素蛋白连接酶 E3 ubiquitin-protein ligase | |
itf02g20350 itf02g20340 itf02g20320 | 翻译后修饰、蛋白质周转、分子伴侣 Posttranslational modification, protein turnover, chaperones | GO:0004364 GO:0009072 GO:0016034 | 谷胱甘肽S转移酶zeta类 Glutathione S-transferase zeta class | |
itf02g20520 | 碳水化合物运输和代谢 Carbohydrate transport and metabolism | — | 异胡豆苷合成酶 Strictosidine synthase | |
itf02g19900 itf02g19880 itf02g20190 | — | — | 转录因子bHLH47、TCP14和WRKY61 Transcription factor bHLH47, TCP14 and WRKY61 | |
qSNR02-2 | itf02g21100 | — | GO:0000234 GO:0032259 | 磷酸乙醇胺N-甲基转移酶 Phosphoethanolamine N-methyltransferase |
itf02g21980 | — | GO:0055085 | 生长素外排促进因子PIN1b Auxin efflux facilitator PIN1b | |
itf02g21450 | — | GO:0004185 GO:0006508 | 丝氨酸羧肽酶45 Serine carboxypeptidase-like 45 | |
itf02g21820 | — | — | 锌指蛋白VAR3 Zinc finger protein VAR3 | |
qSNR13-1 | itf13g19430 itf13g19700 | — | GO:0016772 | 丝裂原活化蛋白激酶激酶激酶2 Mitogen-activated protein kinase kinase kinase 2-like(MAPKKK2) |
itf13g19030 | 无机离子运输和代谢 Inorganic ion transport and metabolism | GO:0004784 GO:0009651 GO:0042742 | 超氧化物歧化酶 Superoxide dismutase | |
itf13g18440 itf13g18450 itf13g18920 itf13g18910 | — | GO:0016787 | 果胶酯酶28、29 Pectinesterase 28, 29 | |
itf13g18480 itf13g18470 itf13g18520 itf13g18490 itf13g18500 itf13g18530 itf13g18510 | — | GO:0008152 GO:0016787 | 环氧化物酶 Epoxide hydrolase | |
itf13g18550 | 防御机制 Defense mechanisms | GO:0006855 GO:0015238 GO:0015297 | MATE(多药和毒性化合物外排转运蛋白)外排家族蛋白5 MATE (Multidrug and toxic extrusion transporters) efflux family protein 5-like | |
itf13g18640 | 防御机制 Defense mechanisms | — | ABC转运蛋白C家族成员14异构体X1 ABC transporter C family member 14 like isoform X1 | |
itf13g19860 | 氨基酸转运和代谢 Amino acid transport and metabolism | GO:0004124 GO:0006535 GO:0016740 | 半胱氨酸合成酶 Cysteine synthase | |
itf13g19220 itf13g18940 itf13g19630 | 翻译后修饰、蛋白质周转、分子伴侣 Posttranslational modification, protein turnover, chaperones | GO:0046872 GO:0051716 GO:0050794 | E3泛素连接酶 E3 ubiquitin-protein ligase |
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