科学家攻克棉花抗枯萎病分子育种技术瓶颈

2021-02-23 10:23:46 信息来源:网络
  2月19日,国际期刊《先进科学》在网上发表了华中农业大学棉花遗传改良团队的研究论文。本研究首次鉴定了陆地棉对枯萎病的主效抗性基因fov7,并首次发现谷氨酸受体(GLR)是一个非典型的调控植物免疫应答的主效抗性基因。本研究完善了植物与病原菌分子互作的理论体系,为棉花抗枯萎病的分子育种提供了技术支持,为棉花抗黄萎病的研究提供了参考。
  尖孢镰刀菌(fusariumoxysporum)是广泛分布的土传病原真菌,可侵染茄科蔬菜、瓜类、棉花、香蕉、花卉等100多种具有重要经济价值的植物。在世界十大病原真菌中居第五位,对全球作物健康危害严重。
  本文通讯作者、华中农业大学教授朱龙福认为,棉花枯萎病是由尖孢镰刀菌枯萎病引起的真菌病害。它是世界棉花生产中最严重的病害之一。与黄萎病一起,又被称为棉花的“癌症”。目前,世界上已鉴定出尖孢镰刀菌枯萎病的8个生理小种。其中,7号小种在我国分布最广、毒力最强,是影响我国棉花生产的优势小种。
  已有研究表明,棉花对尖孢镰刀菌枯萎病7号生理小种的抗性由一个或两个主抗基因和一些小抗基因控制。但长期以来,陆地棉的主要抗病基因及其介导的抗病机制尚不清楚,影响了棉花抗枯萎病育种效率。
  本研究以290个陆地棉自然群体为材料,在田间进行了多年的抗枯萎病鉴定。结合全基因组高密度单核苷酸多态性标记对枯萎病抗性进行了全基因组关联分析。对主要抗性位点fov7进行了鉴定,并对其候选基因进行了验证和分析。
  发现有23个候选基因位于fov7区。进一步分析发现,最显著的单核苷酸多态性位于谷氨酸受体(GLR)基因GH中,该基因胞外区存在氨基酸突变。
  拟南芥GLRS分为三个亚科。系统发育分析表明,陆地棉具有第四亚科glr4,与拟南芥的3个GLR家族不同,陆地棉属于第四亚科ghglr4.8。
  研究发现,高抗枯萎病棉花品种ghglr4.8的表达受到抑制或ghglr4.8的基因编辑突变使棉花品种对枯萎病极为敏感。根据ghglr4.8中间基因在抗病和感病品种中的SNP变异,建立了基于PCR扩增的分子标记,建立了区分ghglr4.8抗病和感病基因型的检测体系。
  证明该标记可用于棉花抗枯萎病种质资源的快速筛选和鉴定。
  以上结果表明,棉花抗枯萎病主效基因fov7编码谷氨酸受体,是一个新的非典型植物抗病主效基因。本研究完善了植物与病原菌分子互作的理论体系,为棉花抗枯萎病的分子育种提供了技术支持,为棉花抗黄萎病的研究提供了参考。
  新疆农科院经济作物研究所、石河子大学、新疆农垦科学研究院、达拉谟大学等国内外机构参加了研究工作。该项目得到国家自然科学基金和国家重点科研项目的资助。
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