煙草青枯病抗性遺傳效應(yīng)分析

耿銳梅 程立銳 劉 旦 張興偉 蔣彩虹 馮全福 羅成剛 陳志強 王紹美 曹長代 張國超 楊愛國 任民

摘 ?要：煙草青枯病是由青枯菌引起的煙草細菌性病害，是危害我國煙草生產(chǎn)的主要病害之一，解析煙草青枯病的抗性遺傳效應(yīng)對指導(dǎo)抗病育種具有重要意義。本研究采用主基因+多基因混合遺傳模型的多世代聯(lián)合分析方法，以多個抗病/感病樣本為親本，構(gòu)建了兩個不同的雜交組合，進行群體遺傳效應(yīng)分析。結(jié)果表明，巖煙97的青枯病抗性由2對加性、顯性、上位性主基因以及加性、顯性、上位性多基因控制;反帝三號-丙的青枯病抗性受1對加性-顯性基因+加性-顯性-上位性多基因控制。煙草青枯病抗性以加性效應(yīng)為主，兼有顯性效應(yīng)，有利于等位基因聚合育種及早代選擇。

關(guān)鍵詞：煙草;青枯病;抗性;主基因+多基因;遺傳效應(yīng)

中圖分類號：S572.03 ?????????文章編號：1007-5119（2019）04-0007-07 ?????DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2019.04.002

Genetic Analysis of Resistance to Bacterial Wilt in Tobacco

GENG?Ruimei，?CHENG Lirui， LIU Dan， ZHANG Xingwei， JIANG Caihong， FENG Quanfu，

LUO Chenggang，?CHEN Zhiqiang， WANG Shaomei， CAO Changdai， ZHANG Guochao，

YANG Aiguo， REN Min

（1. Tobacco Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences， State Key Laboratory of Tobacco Genetic Improvement and Biotechnology & State Key Laboratory of?Tobacco Genetic Breeding in Tobacco Industry， Qingdao?266101， China; 2. Rizhao Tobacco Company， Rizhao，?Shandong 276826， China; 3.?Tobacco Research Institute of Shandong， Jinan 250101， China）

Tobacco bacterial wilt is a bacterial disease caused by ， and is one of the main diseases that harm China's tobacco production. Analysis of the resistance genetics of tobacco bacterial wilt has important significance in guiding disease resistance breeding. In this study， a multi-generation combined analysis method of the main gene + multi-gene mixed genetic model was used to construct two different hybrid combination groups for the analysis of population genetic effects with multiple resistance/susceptible materials as parents. The results showed that bacterial wilt resistance of tobacco appeared to be a quantitative trait and the inheritance of Yanyan 97 fit to a mixed genetic model of two major genes with additive-dominance-epistatic effects plus poly-genes with additive-dominance-epistatic effects. The inheritance of Fandi No.3-C fit to a mixed genetic model of one major gene with additive-dominance effects plus poly-genes with additive-dominance-epistatic effects. The results also indicated that tobacco bacterial wilt resistance is dominated by additive effects， which is supplemented?by dominance effects， and is conducive to allele aggregation breeding and early generation selection.

tobacco;?bacterial wilt;?disease resistance;?major-gene plus polygenes;?genetic effects

煙草青枯病由青枯勞爾氏菌（?E.?F.?Smith）引起，是以土壤傳播為主的細菌性病害。在我國，青枯病主要發(fā)生于南方煙區(qū)，以廣東省、福建省、湖南省、四川省以及貴州省等煙區(qū)危害較為嚴重，某些年份甚至造成了毀滅

性損失。近年來，該病害呈漸進式北移趨向，在山東省、陜西省、河南省以及遼寧省等煙區(qū)已有青枯病發(fā)生的報道，局部區(qū)域危害較嚴重。當前，種植抗病品種是煙草青枯病最經(jīng)濟、最有效的防治方法。煙草青枯病抗性遺傳較為復(fù)雜，不同煙草種類

基金項目：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程（ASTIP-TRIC01）;中國煙草總公司山東省公司重點項目“‘彰顯蜜甜焦香’風格的烤煙新品種區(qū)域化布局與工業(yè)利用”{魯煙科〔2018〕10號}間，以及同種類不同品種之間的抗性遺傳差異均較大。對煙草抗性親本進行遺傳效應(yīng)分析研究，可為煙草青枯病抗病育種提供理論依據(jù)，提高育種效率。

張振臣等對晾曬煙不同品種“大葉密合”和GDSY-1進行抗性遺傳研究表明，同為晾曬煙，前者的青枯病抗性為部分隱性遺傳，符合2對加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性多基因遺傳模型（E-1）;后者抗性遺傳表現(xiàn)為部分顯性，符合2對加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性-上位性多基因模型（E-0）。范江等對烤煙Oxford207進行青枯病抗性分析，結(jié)果表明其不符合典型的顯性或隱性基因控制模型，屬于加性基因控制。高加明等對香料煙品種Xanthi的抗性遺傳分析結(jié)果顯示，其對青枯病抗性基因是受2對加性-顯性-上位主基因+加性-顯性多基因（E-1模型）控制;而MATSUDA等認為Xanthi中存在的抗性是受到局部顯性基因Rxa影響。

本研究選取巖煙97和反帝三號-丙為抗性親本，兩品種可作為抗青枯病育種潛力較大的抗源，利用巖煙97×長脖黃為親本（組合）構(gòu)建F1及F2群體;利用反帝三號-丙×紅花大金元為親本（組合）構(gòu)建F1′及F2′群體。對巖煙97和反帝三號-丙兩抗源品種的青枯病抗性遺傳效應(yīng)進行分析;為優(yōu)質(zhì)抗青枯病烤煙新品種的培育提供理論依據(jù)和試驗基礎(chǔ)。

1??材料與方法

1.1 ?試驗材料

2013年，在即墨農(nóng)場中以抗青枯病品種巖煙97為母本P1，感病品種長脖黃為父本P2雜交獲得雜交組合;2014年，在即墨農(nóng)場進行雜交組合種植，獲得F1，F(xiàn)1自交收種種植獲得F2分離群體，形成由P1、P2、F1、F2 4個世代組成的組合Ⅰ。同組合Ⅰ，另選抗青枯病品種反帝三號-丙為母本P1′，感病品種紅花大金元為父本P2′雜交獲得F1′，F(xiàn)1′自交收種種植獲得F2′分離群體，形成由P1′、P2′、F1′和F2′ 4個世代組成的組合Ⅱ。

1.2 ?試驗設(shè)計

2015年，在安徽宣城青枯病常年發(fā)生田塊分別種植群體Ⅰ的P1、P2、F1，F(xiàn)2;群體Ⅱ的P1′、P2′、F1′及F2′。各群體田間種植行距為1.2?m，株距為0.5?m。P1、P1′，P2、P2′，F(xiàn)1、F1′各設(shè)置3次重復(fù)，每個小區(qū)20株，隨機區(qū)組排列;F2和F2′不設(shè)重復(fù)，獲得F2可調(diào)查植株240株、F2′可調(diào)查植株261株。各供試材料按當?shù)卦耘喙芾泶胧┻M行管理，煙株不進行打頂，收獲種子。

1.3 ?青枯病抗性鑒定

在青枯病發(fā)病盛期，根據(jù)行業(yè)標準GB/T?23222—2008 煙草病蟲害分級及調(diào)查方法，以株為單位調(diào)查青枯病病情指數(shù)。

病情指數(shù)=∑（各個級別病株數(shù)×該病級值）/（調(diào)查總數(shù)×最高級值）×100

1.4 ?數(shù)據(jù)分析

選擇植物數(shù)量性狀主基因與多基因混合遺傳模型對組合Ⅰ與組合Ⅱ的煙草青枯病抗性遺傳效應(yīng)進行分析。

2??結(jié) ?果

2.1??雜合分離組合煙草青枯病病害級值的變化

調(diào)查分析組合I（巖煙97×長脖黃）和組合II（反帝三號-丙×紅花大金元）各4個群體中每個單株的青枯病病情指數(shù)（表1）。通過DPS?9.5分析，P1和P2兩個世代病情指數(shù)差異達到極顯著水平（<0.01）;P1′和P2′兩個世代病情指數(shù)差異也達到了極顯著水平。F1為感病，病情指數(shù)高于親本的平均值;F2表型分布呈單峰偏態(tài)分布。F1′為中感，病情指數(shù)與親本的均值相當，F(xiàn)2'表型分布呈單峰偏態(tài)分布。據(jù)此認為，巖煙97和反帝三號-丙的青枯病抗性符合數(shù)量性狀遺傳。

2.2 ?煙草抗青枯病抗性主基因+多基因遺傳分析

2.2.1 ?遺傳模型 ?選擇主基因+多基因混合遺傳模型分析2對組合中4個基礎(chǔ)世代群體的極大似然函數(shù)參量數(shù)據(jù)（maximum likelihood value）與AIC

參量數(shù)據(jù)（Akaike’s information criterion，AIC），一共能夠得到5大類共24種遺傳模型（表2），其中，A代表1對主基因模型，B代表2對主基因模型，C代表多基因模型，D代表1對主基因+多基因模型，E代表2對主基因+多基因模型。參考AIC原則，組合I中D-4、E-0、E-1、E-2共4個模型AIC值較低，組合II中D-0、D-4、E-1、E-2共4個模型AIC值較低，可作為候選遺傳模型。 2個組合抗性在候選遺傳模型中的適合性（、、、以及）檢驗（表3，表4），對比產(chǎn)生顯著統(tǒng)計參數(shù)的數(shù)目，把統(tǒng)計量為較低顯著水平數(shù)量的模型設(shè)成最優(yōu)模型。由此，組合I中D-4、E-0、E-1和E-2模型中分別有13個、10個、12個和12個統(tǒng)計量達到顯著水平，確定組合I的E-0模型（2對加性、顯性、上位性主基因與加性、顯性、上位性多基因混合遺傳模型）屬于最優(yōu)遺傳模型;同理，組合II中D-0、D-4、E-1和E-2模型中分別含有13個、14個、14個和17個統(tǒng)計量達到顯著水平，最終確定組合II中D-0（1對加性-顯性基因+加性-顯性-上位性多基因模型）為最優(yōu)模型。

2.2.2 ?遺傳參數(shù)估計 ?從表5中的遺傳參數(shù)研究結(jié)論得知，組合I中E-0模型中4世代抗性第1對主基因加性效應(yīng)（）、顯性效應(yīng)（）和顯性度（/）分別為?1.5001、0.5559和?2.6985，第2對主基因加性效應(yīng)（）、顯性效應(yīng)（）和顯性度（/）分別為?0.5505、?0.5504和0.9998;||>||、||>||，由此表明控制青枯病抗性的第1對主基因的加性效應(yīng)和顯性效應(yīng)均比第2對主基因大;兩對主基因的顯性度均小于1，說明控制青枯病抗性的兩對主基因以加性效應(yīng)為主。

組合II中D-0模型中4世代抗性主基因加性效應(yīng)（）、顯性效應(yīng)（）和顯性度（/）分別為?1.6648、1.6647和?1.0001;主基因的顯性度小于1，說明控制青枯病抗性的主基因以加性效應(yīng)為主。

在上位性效應(yīng)中，組合I中顯性×顯性上位性（）表現(xiàn)為增效，加性×顯性上位性（）、顯性×加性上位性（_ba）及加性×加性上位性（）互作上位性效應(yīng)表現(xiàn)為減效，上位性互作積累值為?0.0036，說明兩對主基因在一起將降低青枯病抗性。組合II中未檢測到上位性效應(yīng)。

2對烤煙雜交組合群體存在較高的青枯病抗性主基因遺傳率，其中組合I主基因遺傳率為78.93%，組合II主基因遺傳率為56.80%;表明該性狀受環(huán)境影響較小，可在后代中穩(wěn)定遺傳。

3 ?討 ?論

植物數(shù)量性狀“主基因+多基因”混合遺傳模型在煙草植物學(xué)性狀、抗病性狀、化學(xué)成分、生理性狀及烘烤性狀等遺傳效應(yīng)分析方面均有應(yīng)用。吳海喬等利用苗期離體葉片人工注射的方法調(diào)查巖煙97×紅花大金元組合F1及F2發(fā)病情況，初步推測群體中存在顯性抗青枯病主基因。劉勇等認為巖煙97的抗性符合加性遺傳模型。楊柳等研究推測巖煙97青枯病的抗性可能是由多基因控制。QIAN等研究認為，巖煙97的青枯病抗性在田間表現(xiàn)為主基因控制。本研究通過對烤煙品種巖煙97×長脖黃組合P1、P2、F1和F2共4個世代田間病圃青枯病抗性進行調(diào)查，采用主基因+多基因混合遺傳模型進行了多世代聯(lián)合分析，較全面分析了巖煙97的青枯病抗性遺傳效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)巖煙97青枯病抗性是2對加性、顯性、上位性主基因以及加性、顯性、上位性多基因（E-0模型）控制，第1對主基因加性遺傳的貢獻率較大;雜交組合群體存在較高的青枯病抗性主基因遺傳率。因此，巖煙97抗性以加性效應(yīng)為主，兼有顯性效應(yīng)和上位性效應(yīng)，且青枯病抗性遺傳受環(huán)境影響較小。

本研究同時采用上述與巖煙97相同的試驗研究方法，首次研究發(fā)現(xiàn)了反帝三號-丙的青枯病抗性受1對加性-顯性基因+加性-顯性-上位性多基因（D-0模型）控制，該雜交組合群體存在較高的青枯病抗性主基因遺傳率，認為反帝三號-丙的青枯病抗性以加性效應(yīng)為主，兼有顯性效應(yīng)，其抗性遺傳亦受環(huán)境影響較小。

綜上，盡管巖煙97和反帝三號-丙的青枯病抗源均來源于TI448A，其對青枯病的抗性為多基因的加性隱性遺傳，但兩個品種對青枯病抗性存在差異，且與TI448A的抗性效應(yīng)也不盡相同。這種抗性差異形成機制有待進一步研究論證。

4 ?結(jié) ?論

采用植物數(shù)量性狀“主基因+多基因”混合遺傳模型聯(lián)合分析方法，分析了具有相同抗源的巖煙97和反帝三號-丙兩個青枯病抗性品種的抗性遺傳效應(yīng)。明確了巖煙97青枯病抗性遺傳以加性效應(yīng)為主，兼有顯性效應(yīng)和上位性效應(yīng);反帝三號-丙青枯病抗性遺傳以加性效應(yīng)為主，兼有顯性效應(yīng)。本研究為煙草青枯病抗性聚合育種提供依據(jù)。

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