玉米穗粒腐病抗性QTLqRfv1候选基因的鉴定

摘要

玉米穗粒腐病(maize ear rot)是严重危害玉米生产的真菌性病害,其主要致病菌是拟轮枝镰孢菌.由拟轮枝镰孢菌引起的玉米穗粒腐病不仅造成玉米产量的损失,同时病原菌产生的伏马菌素等毒素严重危害着人畜健康.选育和推广抗病品种，是防治玉米穗粒腐病的根本途径。挖掘穗粒腐病抗性位点和基因，深入了解玉米穗粒腐病抗性机制能更好的服务于育种实践。试验基于抗病亲本BT-1和感病亲本N6衍生的248份RIL群体家系，利用4年3点5个环境的抗性表型并结合联合分析，检测到3个QTL，分别位于第3、4染色体上，解释7-l9%的表型变异。利用近等基因系，采用基于交换单株后代分离群体的定位策略，将qRfvl和qRfv2定位区间缩小到2M和1.2M。随后，利用QTL-seq策略验证并缩小了这两个QTL的定位区间。在第4染色体的qRfvl候选区域，分析了ASNP-index在0.8以上的SNP位点有13个，通过分析发现13个相关的基因，其中最显著的两个SNP位点位于基因GRMZM2G0421 79上游lOObp内的启动子区域。全基因组关联分析显示qRfvl区域内与穗粒腐抗性关联最显著的两个标记也位于基因GRMZM2G042179附近，因此该基因被作为qRfvl的候选基因。同源性分析显示，该基因在拟南芥中的同源基因编码UDP-葡糖糖醛酸酯4-表异构酶，与细胞壁果胶的合成相关，影响细胞的完整性及对真菌和细菌的抗性，且拟南芥突变体对灰霉菌易感。在水稻上的同源基因也对条锈病的侵染产生特异的上调响应。对该基因的结构分析发现，抗病自交系BT-1的编码区与B73相比没有产生非同义突变，而感病自交系N6则在该区段缺失或产生大量突变。通过对该基因在BT-1接水及接菌前后转录组上的表达分析发现，GRMZM2G042179在接水0天，1天和10天，转录水平没有显著的差异，而在接菌1天和10天后表达量显著提高，分别提高了2.6和4.8倍。qRT-PCR的结果也对其对轮枝镰孢菌侵染的响应趋势进行了验证。综上所述，UDP-D-葡萄糖醛酸酯4-表异构酶基因GRMZM2G0421 79可能为玉米抗穗粒腐病QTL qRfvl的候选基因，并通过影响细胞壁完整性而导致抗感自交系间的抗性差异。该结果加深了对玉米穗粒腐病抗性机制的理解，并为进一步的功能标记开发和分子育种奠定了基础。