中国南方大豆花叶病毒株系的鉴定、抗性遗传和抗性基因的定位

摘要

大豆花叶病毒（Soybean Mosaic Virus，SMV）病是一种世界性大豆病害，严重影响大豆产量和品质。SMV存在株系分化，国内外学者已就SMV株系划分、抗源筛选、抗性遗传和抗性基因定位等进行了大量研究。但在SMV株系划分体系的研究上，世界范围内还没有一套统一的SMV株系鉴别体系，目前，美国与韩国使用同一套SMV株系鉴别体系，日本则用另外一套。而我国的株系划分体系则因地域广阔，变异繁多而相对混乱，研究者各为其是，形成多个株系划分体系。这对各地区间SMV株系、抗病材料的交流、抗病品种的选育与推广，研究成果的交流都十分不利，给充分利用全国资源开展抗SMV育种带来了极大的困难。因此，育种家期望建立一套全国统一的SMV株系鉴别体系，以便于全国抗性材料的交流和抗性育种信息的交流。王修强等(2003)建立了一套我国统一的SMV株系鉴别体系。在该鉴别体系下，我国东北与黄淮地区已鉴定报道了SC1-SC17共十七个株系，而作为我国三大大豆主产区之一的南方地区，因所栽培的大豆品种类型较东北、黄淮丰富，SMV的主要传播介体蚜虫可在各大豆生长季节得以转移繁殖进行病毒传播，因此我国南方地区的SMV危害较东北、黄淮更为严重和突出。然而我国南方大豆产区SMV株系的组成、分布与流行情况至今未见报道，因此本研究主要目的是在王修强、杨雅麟、战勇、郭东全、王延伟等对我国东北、黄淮地区SMV株系鉴定研究的基础上，采用同一套鉴别寄主，通过对我国南方13个省市田间SMV病样的大量采集、单斑分离纯化、血清学鉴定、株系鉴别，明确南方地区SMV株系的组成和分布，进而利用聚类软件NTSYS-pc对我国目前发现的21个SMV株系进行聚类，联系我国各大豆地理生态区，明确各生态区的主要流行株系类群以及我国SMV株系毒性从北到南的演化趋势；以及配制杂交组合对该地区新发现株系进行抗性遗传和抗病基因定位研究。主要结果如下：
　　 (1)我国南方大豆产区SMV株系的鉴定与分布：
　　 2004-2006年在我国南方大豆产区（陕西南部、四川、重庆、江苏、上海、浙江、江西、湖南、福建、广西、广东、贵州、云南）13个省（市）117个县的1500多块大田广泛采集SMV症状病样1417份，经初步繁殖鉴定、单斑分离纯化和血清学鉴定，得到201个SMV分离物。采用王修强-杨雅麟-战勇(WYZ)等建立的选自国内外各鉴别寄主体系的10个大豆材料（南农1138-2，诱变30,8101，铁丰25，Davis,Buffalo，早熟18，Kwanggyo，齐黄1号，科丰1号）作为一套全国统一的SMV株系鉴别体系。根据201个分离物在10个鉴别寄主上的症状反应，将之归为12个株系。其中8个与以往报道的其他地区株系相同，其余4个为南方地区新发现株系，按照王修强等(2003)的SMV株系命名体系，4个新株系被命名为SC18、SC19、SC20和SC21。检出的12个株系中，SC15和SC18为南方大豆产区的优势、广分布株系，分别占分离物总数的32.3％和26.4％，分布在9、10个省（市）；此外，SC7、SC9、SC10分别可在7、6、9个省市检测到，同样为我国南方地区广泛分布的且毒性较强的SMV株系。SMV株系的地区分布显示，湖南省以SC15和SC20株系为主，福建、广西以SC15和SC18株系为主，广东省以SC15株系为主，浙江省以SC10和SC18株系为主。
　　 (2)我国21个SMV株系的聚类及SMV株系毒性演化趋势：
　　 在WYZ的SMV株系鉴别体系下，全国累计已鉴定出21个株系（SC1-SC21），在相似系数0.6时，21个株系可聚为5个类群。其中Ⅰ群包含9个弱毒株系，Ⅱ群包含9个中毒株系，Ⅲ，Ⅳ，V群分别各含有1个强毒株系。进一步将全国SMV株系毒性的聚类结果与大豆地理生态分区联系起来看，我国东北地区以SC11为广分布株系，属于类群Ⅰ；黄淮地区以SC3、SC11和SC7为广分布株系，分属于类群Ⅰ和Ⅱ；而南方地区则以SC18、SC7、SC10、SC9、SC15为广分布株系，分属于类群Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和V。虽然这3大生态区均有弱毒株系和强毒株系交叉出现，但总体上我国东北地区以弱毒株系（类群Ⅰ）为主，黄淮区以弱毒株系（类群Ⅰ）和中毒株系（类群Ⅱ）为主，而南方地区则以中毒株系（类群Ⅱ）和强毒株系（类群Ⅲ、V）为主。因而我国SMV株系毒性有自北向南逐渐增强的演化趋势。此外，强毒株系SC15在南方大豆产区的流行应当引起重视。
　　 (3)对广分布株系SC18的抗性遗传、基因定位研究结果：
　　 6个抗×感组合（科丰1号×南农1138-2，齐黄22×南农1138-2，中作00-683×南农1138-2，8101×滨豆95-20,8101×东大2号，中品661×南农1138-2）F1均表现抗病，F2均出现3R:1S分离，F2:3家系1R:2Seg:1S。184个科丰1号×南农1138-2重组自交系群体也表现为1R:1S分离。以上结果初步表明6个抗性亲本各有一对显性基因控制对SC18株系的抗性。
　　 抗×抗组合‘科丰1号×齐黄22’的F2在接种SC18后出现15R:1S的分离比例，表明科丰1号与齐黄22各携带一个对SC18的抗性基因，且在不同位点，2个抗性基因独立遗传，下文科丰1号与齐黄22两个群体对SC18株系抗性基因的定位结果进一步印证了上述结论。初步表明大豆对SC18株系的抗性为两对显性基因控制，且两个基因独立遗传。将科丰1号中对SC18的抗性基因符号定为Rsc18A，推断其基因型为Rsc18ARsc18Arsc18B rsc18B;齐黄22中的抗性基因符号定为Rsc18B，推断其基因型为rsc18Arsc18A Rsc18B Rsc18B;南农1138-2基因型为rsc18A rsc18A rsc18Brsc18B。
　　 根据科丰1号×南农1138-2的184个重组自交系对SC18的抗病性鉴定结果，结合王宇峰等（2008，未发表）新整合的该群体的分子标记图谱，利用Joinmap3.0和MapChart2.1初步将Rsc18A定位在大豆连锁图谱D1b上。抗性基因与标记间顺序为Sat_351(12.3cM)-Rsc1aA-GNB095(2.8cM)。同时利用齐黄22×南农1138-2的220个单株的F2群体，经分离群体分组分析法(BSA)发现，SSR标记Satt114,Soyhsp176和Satt334不仅在两个亲本之间表现良好的多态性，而且在抗感池之间同样表现良好的多态性，因此，进一步利用这3个标记和齐黄22×南农1138-2的220个单株的F2群体检测其与抗病基因Rsc18B的连锁关系。结果显示：SSR标记Satt114，Soyhsp176和Satt334均与抗病基因Rsc18B连锁，与其遗传距离分别为5.6cM、6.7cM和5.0cM，根据Song等(2004)整合的分子标记公共图谱，将其定位在F连锁群上。
　　 (4)对SMV株系SC19、SC20和SC21的抗性遗传、基因定位研究结果：
　　 分别对组合科丰1号×南农1138-2的亲本、F1、184个重组自交系家系接种SC19、SC20和SC21，结果显示：科丰1号对3个株系均表现抗病，南农1138-2则均表现感病，其F1接种SC19表现感病，接种SC20和SC21均表现抗病，说明科丰1号对SC19的抗性为隐性基因控制，对SC20和SC21抗性为显性基因控制。184个家系的抗性反应根据卡方测验结果，对SC19株系表现为1抗：3感，初步表明科丰1号对SC19株系的抗性为两对隐性基因控制，该遗传结果有待利用更多的分离群体进一步验证。而对株系SC20和SC21则均表现为1抗：1感分离比例，表明科丰1号对这两个株系的抗性分别为一对显性基因控制。将科丰1号中对SC20和SC21的抗性基因符号定为Rsc20和Rsc21。
　　 因本研究中科丰1号对SC19株系的抗病基因型未知，因此本研究利用科丰1号×南农1138-2重组自交系群体只对SC20和SC21两个株系的抗性基因进行了定位研究。根据科丰1号×南农1138-2的184个重组自交系对SC20和SC21的抗病性鉴定结果，结合王宇峰等（2008，未发表）新整合的该群体的分子标记图谱，利用Joinmap3.0和MapChart2.1初步将Rsc20和Rsc21定位在大豆连锁图谱D1b上。抗性基因两侧均有与其紧密连锁的分子标记，尤其是Rsc20两侧的两个BAC-SSR标记GNB026和GNB053与该抗性基因的遗传距离分别为1.5cM和1.1cM，两个标记均与其紧密连锁。这为分子标记辅助选择抗病育种、抗病基因精细定位及抗病基因的图位克隆奠定了一定的基础。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1 大豆病毒病

1.1 菜豆豆荚斑驳病毒

1.2 烟草环斑病毒

1.3 黄瓜花叶病毒

2 大豆花叶病毒概述

2.1 大豆花叶病毒病的发现与危害

2.2 大豆花叶病毒的性质、寄主范围及在大豆上的症状表现

2.3 大豆花叶病毒株系划分研究进展

2.4 大豆花叶病毒病的传播、流行及影响因素

2.5 大豆花叶病毒病的防治

2.6 大豆花叶病毒(SMV)基因组学研究

2.7 大豆对大豆花叶病毒(SMV)抗性的鉴定与抗源筛选

2.8 大豆对SMV抗性遗传的研究

2.9 大豆对大豆花叶病毒(SMV)抗性基因定位研究

2.10 SMV抗病育种

3 本研究的目的、意义

第二章 中国南方大豆花叶病毒株系的鉴定与分布

1 材料与方法

1.1 病样的采集与繁殖

1.2 病样的生物学纯化

1.3 SMV分离物的血清学检测

1.4 鉴别寄主与株系鉴定

1.5 抗感划分标准

1.6 SMV株系聚类分析

2 结果与分析

2.1 我国南方大豆花叶病毒分离物的鉴定

2.2 我国南方地区大豆花叶病毒株系的鉴定与分类

2.3 我国南方地区大豆花叶病毒株系的组成与分布

2.4 全国21个SMV株系间毒性的分化与相似性

3 讨论

3.1 SMV病样的采集和异地保存

3.2 SMV病样纯化和血清鉴定的必要性

3.3 SMV株系鉴别寄主体系的评价

3.4 上位叶坏死症状的抗感归属

3.5 东北、黄淮以及南方地区SMV株系组成与流行比较

3.6 SMV株系的分子生物学鉴定

第三章 大豆对我国南方发现的4个新SMV株系的抗性遗传与基因定位

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.2 试验方法

2 结果与分析

2.1 抗源筛选

2.2 大豆对广分布株系SC18的抗性遗传分析和抗性基因定位研究

2.3 大豆对株系SC19、SC20和SC21的抗性遗传分析和抗性基因定位研究

3 讨论

3.1 大豆对SMV株系抗性遗传研究

3.2 SMV抗病基因定位及抗病基因的成簇存在

第四章 全文结论

1 我国南方大豆产区SMV株系的鉴定与分布

2 我国21个SMV株系的聚类及SMV株系毒性演化趋势

3 对广分布株系SC18的抗性遗传、基因定位研究结果

4 对SMV株系SC19、SC20和SC21的抗性遗传、基因定位研究结果

本研究主要创新点

参考文献

附录

撰写论文情况

致谢