The Crop Journal | 加拿大研究团队报道蔓越莓菜豆marsh spot病的抗性遗传

菜豆（Phaseolus vulgaris）是一年生豆类作物，在世界各国广泛种植，特别是在非洲和拉丁美洲国家。其干种子和嫩豆荚均可食用，是蛋白质、维生素和矿物质的是重要来源。蔓越莓菜豆（cranberry common bean）是菜豆商业品种类别之一。marsh spot是豌豆、菜豆、蚕豆等食用豆类常见的一种生理性病害，严重影响种子品质（图1)。前人研究表明，该病与缺锰引起的营养障碍有关。在热带和亚热带地区，酸性土壤导致矿质元素缺乏，是菜豆等作物生产的主要限制因素之一。为缓解和克服这一土壤营养逆境胁迫，作物遗传改良是一种有效方法，通过品种改良提高菜豆对矿质元素的吸收和利用效率，进而提高产量与品质。尽管marsh spot病早在20世纪30年代就已被发现，但迄今尚无对该病抗性遗传的报道。

图 1 蔓越莓菜豆种子和marsh spot病症状

最近，加拿大农业及农业食品部 （AAFC)）及渥太华大学在The Crop Journal在线发表了题为“Inheritance of marsh spot disease resistance in cranberry common bean (Phaseolus vulgaris L.)”的研究论文，利用蔓越莓抗病和感病品种杂交获得的重组自交系（RIL）群体开展marsh spot的抗性遗传分析，率先报道其抗性与具有加性及上位互作效应的四个主基因有关。

利用抗性品种“Cran09”和感病品种“Messina”进行杂交，创建了包含138个RIL系的双亲遗传群体。从2015年到2019年，连续5年在两种土壤（沙质和重度黏土）下，对该群体及其亲本进行了抗性鉴定，发现发病率（MSI）和抗性指数（MSRI）是两个高度相关的抗性指标，且这两个指标在年度之间显著相关，在两种土壤类型之间无显著差异（图2）。MSI和MSRI在群体中显示为偏态分布，表明性状可能涉及到由多个主基因和多基因构成的混合遗传。使用联合后代分离分析，发现具有加性及上位互作效应的四个主基因构成的遗传模型（4MG-AI model）解释抗性最合适，分别解释了MSI和MSRI表型变异的84.4%和85.3%（图3）。

图2  蔓越莓菜豆RIL群体marsh spot发病率（MSI）和抗病指数（MSRI）的直方图

图3 35个遗传模型的相对AIC值和遗传力估计

a. 基于MSI的相对AIC值；b. 基于MSRI的相对AIC值；c.基于MSI的遗传力；d. 基于MSRI的遗传力。 每个遗传模型的相对AIC值为该模型AIC占最大AIC的百分率，具有最小相对AIC的模型为最佳模型。

该研究发现，M1、M2、M3和m4分别是四个主基因的抗性等位基因，其中M和m代表每个基因的两个等位基因。但由于上位互作效应，只有具有M1M2M3M4 单倍型的个体具有高度抗性，而具有m1m2m3M4单倍型的个体最易感病。m4等位基因抑制了M1M2M3对抗性的累加效应，从而显著降低了具有M1M2M3m4个体的抗性（图4）。目前该研究团队正在开展QTL作图及基因定位研究，以期进一步验证和定位这些抗性基因。该项研究将有助于在菜豆基因组上发现并克隆marsh spot抗性基因，并开发分子标记用于标记辅助选择育种。

图4  4MG-AI模型中4个主效基因的相互关系

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