一作解读|TAG：小麦抗茎基腐病资源评价及抗性位点发掘
茎基腐病（Fusarium crown rot）是一种由镰孢菌属真菌引起的我国新发小麦土传病害。在前期研究基础上，本研究以358 份我国小麦种质资源构建的自然群体为材料，利用黄淮麦区小麦茎基腐病优势病原菌假禾谷镰刀菌进行苗期接种鉴定，并结合55K SNP芯片数据对群体中的抗病相关位点的分布情况进行了分析。
与前人报道类似，本研究表明我国小麦品种茎基腐病总体抗性水平较低。358份品（系）大多表现感病，病情指数集中在30-50，仅少部分材料抗性水平与抗病对照Sunco (中抗) 相仿（Fig. 1）。关联分析共检测到104个与抗病性显著关联的SNP标记，分布在1BS (4), 1DS (17), 2AL (1), 5AL (1), 5DS(42), 5DL (35), 6BS (1) 和 7BL (3) 上（Fig. 2）。其中，1BS、2AL以及5DS等染色体上存在已知的抗茎基腐病位点。
Fig. 1 Phenotypic distribution for FCR resistance inthree trials.
在104个SNP标记中，位于5DL上的5个SNP标记在三次接种试验中均与抗病性稳定关联。通过与中国春的序列比较，发现这5个SNP位点位于5DL上一个大约13.78Mb区间内。进一步分析表明，这些SNP在关联群体中形成4种单倍型Hap1，Hap2，Hap3，Hap4，且Hap1型材料病情指数平均值显著优于其他3种单倍型（Table1 和Fig. 3）。
Fig. 2 Manhattan plot displaying SNP identified for FCR resistance in GW AS using BLUP values of 358 wheat germplasms. The dashed line represents the significance threshold (−log10 P =3.0).
Table 1. Haplotypes observed in association panelusing the five SNPs on 5DL.
Fig. 3 Box plots showing the phenotypic values of the four haplotypes of the five SNPs on chromosome 5DL in the association population for FCR resistance.
前人报道中，部分已知抗茎基腐病相关QTL与其临近的控制株高、抽穗期等重要农艺性状QTL存在明显互作，对这些抗病位点在育种中的潜在应用价值造成不利影响。因此，为排除本研究发现的5DL位点由于受临近株高、抽穗期位点影响效应值与实际值有所偏差的可能，本研究对关联群体内控制抽穗期和株高的位点进行了分析。结果表明，5D染色体上没有检测到株高、抽穗期相关位点。另外，5个SNP所形成的4种单倍型在株高和抽穗期差异也不显著（Table 2）。
Table 2. The plant height and heading date of the four haplotypes for five SNPs on5DL.
*Same letters are not significantly different at P < 0.05 according to Duncan’s multiple range test.
利用抗病材料04中36 （Hap1型）和感病材料良星518（Hap3型）构建的F2群体和F2:3家系对由5个SNP标记锚定的5DL上13.78Mb区间与抗病性关联的真实性进行了验证。结果表明在F2群体中，5个SNP标记以1:2:1的比例共分离。携带有04中36等位基因型与良星518等位基因型的F2植株抗性水平差异显著（Table 3）。
Table 3. Effects of 5DL region on FCR resistance in the F2 population of 04 Zhong 36 and Liangxing 518.
通过中国春基因组比对，发现在5DL关联区间共存在175个基因。进一步对区间内3个具有代表性的候选基因在接种后48小时和96小时的相对表达量进行了分析（Fig.4）。结果表明，接种后TraesCS5D01G143300.1和TraesCS5D01G141600.1在抗病材料04中36的上调倍数均显著高于感病材料新麦26。这两个基因的编码产物可能参与降解假禾谷镰刀菌侵染小麦过程中产生的呕吐毒素(DON)。有研究表明DON对于茎基腐病在小麦茎秆上的扩张非常重要。
Fig.4 Relative expression level of three selected DEGs in the 5DL region in 04 Zhong 36 and Xinmai 26 based on qRT-PCR analysis. A TraesCS5D01G138700.1; BTraesCS5D01G141600.1; C TraesC-S5D01G143300.1. Mock: mock-inoculated controlplants. Fp: inoculated with Fusarium pseudograminearum. Data are the mean ± standard deviation of three trials. Same letters are not significantly different at P < 0.05 according to Duncan’s multiple range test.
2020年3月14日，这一研究成果发表在期刊Theoretical and Applied Genetics上（https://doi.org/10.1007/s00122-020-03577-1)，题目为“Identification of a novel genomic region associated with resistance to Fusarium crown rot in wheat”。论文第一作者是博士生金京京，河北农业大学农学院甄文超教授与中国农业大学小麦研究中心马骏副教授是该论文的共同通讯作者。论文主要参与者还包括中国农业大学小麦研究中心博士生段硕楠、解超杰教授和李保云教授，河北农业大学齐永志副教授，中国农业科学院棉花研究所小麦玉米研究室李伟副研究员和闫素红副研究员。本研究受到国家自然科学基金资助项目(31872865)和“十三五”国家重点研发计划（2017YFD0300906，2018YFD0300501，2018YFD0300502）的资助。
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