甜瓜白粉病抗性基因遗传及候选基因定位

李冰 赵玉龙 朱强龙 张志鹏 樊超 高鹏 栾非时

目的与意义：白粉病是甜瓜生产过程中的主要病害之一，在陆地和保护地均有发生，严重影响甜瓜的产量和品质，白粉病病原菌增殖快，传播迅速，防治困难。抗真菌药物不能完全抑制白粉病的发生，而且过多的施用会对环境造成危害。选育抗白粉病甜瓜品种是解决白粉病影响的重要方法。甜瓜白粉病存在多种病原真菌，并且存在多种生理小种，Podosphaera xanthii 小种1是国内引发甜瓜白粉病的主要生理小种之一，明确Podosphaera xanthii小种1侵染条件下甜瓜白粉病抗病遗传机制、定位抗病基因，是进行甜瓜白粉病抗性分子标记辅助选择育种的重要研究基础。

材料与方法：以葫芦科白粉病鉴别寄主中的高抗白粉病品种‘MR-1为母本，以高感白粉病品种‘TopMark为父本配制F1，F1自交配制F2分离群体;同时种植13份葫芦科白粉病鉴别寄主鉴定白粉病生理小种。在F2分离群体中分别选择高抗白粉病单株15株，高感白粉病单株15株，单株提取DNA，然后将抗病单株和感病单株DNA等量混合，送交公司进行全基因组重测序。对测序结果进行BSA分析得到控制甜瓜白粉病抗性基因存在的候选区间。通过分析候选区间内的SNPs，开发CAPS分子标记，根据这些标记对 346 株 F2 分离群体进行酶切检测，进行QTL分析，从而缩小候选区间。通过对候选区间内的SNP进行分析，对候选区间内的基因进行功能注释，初步确定候选基因。

结果与分析：（1）本研究基于13份鉴别寄主对白粉病的抗性反应，确定了白粉病生理小种为Podosphaera xanthii小种1。親本MR-1和F1对Podosphaera xanthii小种1完全免疫，而TopMark对Podosphaera xanthii小种1表现出严重的易感性。F2代中抗性个体和易感个体之间呈现出3∶1的分离比例。这一结果表明，MR-1对Podosphaera xanthii 小种1的抗性受单一显性基因控制。（2）通过对亲本以及F2群体极端单株建池全基因组重测序数据进行BSA分析，甜瓜抗白粉病基因被定位到了12号染色体21 223 056～23 736 859 bp之间。（3）在候选区间内一共鉴定出424个SNP位点，进而开发了80个CAPS标记，其中25个标记在亲本间存在多态性。利用这25个标记对346个F2单株进行基因分型，构建一个49.7 cM的遗传连锁图谱，平均遗传距离为2.0 cM。通过进行QTL分析将抗病基因定位在标记BSA12-LI3ECORI和BSA12-LI4HINFI之间，将该位点命名为Pm12.1，该位点距两端标记的遗传距离分别为0.02 cM和0.28 cM。两标记之间物理距离为77.97 Kb，物理位置为22 804 825 至 22 882 791 bp。（4）在77.97 Kb的候选区间内一共存在17个基因，通过对候选区间内的SNP进行分析，发现存在25个非同义突变SNP分布在7个基因的外显子区域，初步将这7个基因确定为候选基因，通过对这7个基因进行功能注释，其功能分别为锚蛋白重复家族、富甘氨酸细胞壁结构蛋白、F-box蛋白和两个未知蛋白。

结    论：本研究中通过BSA，NGS以及广泛应用于不同植物材料进行基因定位的经典的QTL分析法进行甜瓜抗白粉病基因定位。本研究发现了一个遗传规律为单基因显性的甜瓜抗Podosphaera xanthii 小种1抗性基因，并将其定位在很小的遗传距离内，并且预测了7个基因作为甜瓜抗白粉病候选基因。