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黄瓜白粉病抗性遗传分析和基因定位研究

作　者: 刘龙洲
导　师: 蔡润
学　校: 上海交通大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 黄瓜白粉病 QTL Vitamin B1 系统获得抗性
分类号: S642.2
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

黄瓜白粉病(powdery mildew,PM)是由专性活体寄生真菌引起,在温室和大田都普遍发生的叶部病害;其病原菌主要包括瓜单囊壳(Podosp -haera xanthii)和二孢白粉菌(Golovinomyces cichoracearum)两属;中国以瓜单囊壳危害较为普遍。白粉病病原菌寄主广泛,可以感染黄瓜植株叶片、茎和花,在开花期感染白粉病可减少产量30～50%。培育和应用抗性品种是抵御黄瓜白粉病危害的根本途径。据文献报道,黄瓜高抗白粉病品种较少,利用常规育种技术选育抗性品种有很大的困难。为了分子标记辅助育种和抗性基因分离,本文对黄瓜白粉病抗性进行了遗传分析和抗性基因定位研究。1.应用温室喷雾接种法,对从国内外收集的120份黄瓜种质材料进行两次重复接种鉴定。接种菌为上海地区优势黄瓜白粉菌生理种,经单孢分离和纯化。共鉴定出高抗材料17份,耐病材料(中抗,中感)82份,高感病材料21份。高抗材料包括中国10份,中国台北、日本各2份,美国、荷兰、菲律宾各1份。本试验为培育黄瓜抗病品种和跨种植区引种,提供了良好的技术支持。2.以华北类型黄瓜自交系S94(感白粉病,母本)和欧洲温室型黄瓜自交系S06(抗白粉病,父本)为亲本材料,配置F6群体,构建了一张黄瓜分子标记遗传图谱。该图谱包括7个连锁群,含有257个标记,包括206个SRAP (sequence-related amplified polymorphism)标记,22个SSR(simple sequence repeat)标记,25个SCAR(sequence charact- erized amplified region)标记,1个STS(sequence tagged site)标记和3个形态学标记,图谱总长度1005.9cM,标记平均间距是3.9cM。3.对黄瓜自交系S94和S06及其由它们构建的130个F2:3家系,分别利用温室人工喷雾接种法(2005秋、2006春)和叶盘法(2005秋)进行白粉病抗性鉴定;并使用该群体对应的分子标记连锁图进行数量性状座位(quantita -tive trait loci,QTL)分析。使用复合区间定位方法共检测到5个白粉病抗性QTLs(pm1.1,pm1.2,pm2.1,pm2.2和pm5.1),分布于连锁群1、2和5,单个QTL的贡献率介于3.4%～45%之间。其中pm1.1,pm2.1和pm5.1在温室人工喷雾接种法和叶盘接种法都能检测到。4.同时还利用黄瓜自交系S94和S06及其由它们构建的224个F6:7家系的重组自交系(recombinant inbred lines,RIL)群体,分别在2005年秋和2006年春温室喷雾接种,进行白粉病抗性遗传分析;并在对应分子标记遗传图谱上,使用复合区间定位方法检测白粉病抗性QTLs。结果显示,在两种环境里共检测到黄瓜白粉病抗性的4个QTLs(rpm1.1、rpm2.1、rpm4.1和rpm6.1),分别分布于连锁群1、2、4和6上,单个QTL解释贡献率介于5.2%～21.0%之间,rpm4.1的表型贡献率最高(20.5%- 2005年秋,21.0% -2006年春)。其中rpm1.1、rpm2.1和rpm4.1在两种环境中均被稳定重复检测到,rpm6.1只在2005年秋被检测到。两种环境下检测的QTLs解释表型变异总和分别是52.0%(2005秋)和42.0%(2006春)。把F6:7与F2:3群体定位的白粉病QTL相比较发现,rpm1.1和rpm2.1分别与pm1.2和pm2.1附近的标记相同,应该为相同的QTL。但不同世代群体间相同的QTL,存在表型变化贡献率和加性等位基因来源方向不一致的现象。生产实践中,杀菌剂也被大量用于植物病害防治。使用杀菌剂,一方面增加了病原小种的变异率,另一方面表现出环境不友好和食品污染等问题。为了饮食健康,研究人员积极开发寻找高效、环保的控病措施。已有报道,Vitamin B1能作为激发子,诱导拟南芥、水稻和烟草产生抗病性。本研究对Vitamin B1作为激发子提高黄瓜白粉病抗性的作用机理进行了初步研究。1.通过考察Vitamin B1处理黄瓜幼苗白粉病发病的病情指数,确定50mmol/L Vitamin B1为最佳处理浓度,此浓度处理比对照水处理后的病情指数减少38%。2.用50mmol/L-Vitamin B1处理黄瓜感白粉病自交系S52第1片真叶,4h后第1片真叶接种黄瓜白粉病菌,分时间段取心叶提取叶片RNA,利用实时荧光定量PCR检测病程相关标记基因[病程相关蛋白-1a(pathoge-nesis-related protein-1a,PR-1a)基因、过氧化物酶(acidic peroxi -dase,POX)基因、脯氨酸裂解酶(phenylalanine amonia-lyase,PAL基因]与对照水处理0h相比的表达变化。结果发现3个基因72h内都表现出表达先快速增加,后降低的变化;表达量最大变化,分别出现在12h、48h和12h;分别是水对照的3.1、4.9和2.5倍。结果初步表明Vitamin B1预处理黄瓜自交系S52幼苗,能引起系统获得抗性(systemic acquired resistance,SAR)反应,使S52获得对白粉病的系统抗性。

黄瓜白粉病抗性遗传分析和基因定位研究

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