辣椒疫病及其抗病性遺傳研究述評

巢 娟，戴思慧，肖 杰

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院，長沙410128）

辣椒疫病及其抗病性遺傳研究述評

巢 娟，戴思慧，肖 杰*

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院，長沙410128）

辣椒疫病及其抗病性遺傳規(guī)律研究取得了大量成果，主要集中體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：辣椒疫病及其傳播方式、范圍，辣椒疫病抗性遺傳規(guī)律的研究，辣椒疫病的抗性機(jī)制研究，辣椒抗疫病的QTL定位研究。雖然辣椒疫病抗性研究取得一定進(jìn)展，并已經(jīng)研發(fā)出不少抗辣椒疫病的品種，但仍然難以滿足生產(chǎn)者對抗性品種的需求。

辣椒；疫病；抗病性；遺傳規(guī)律

辣椒疫病是由辣椒疫霉菌（Phytophthora capsici Leon.）引起的一種土傳性病害。該病害于1918年第一次在美國新墨西哥洲發(fā)現(xiàn)。20世紀(jì)70年代開始在我國蔓延，世界很多國家及主要辣椒產(chǎn)區(qū)都發(fā)生過辣椒疫病，嚴(yán)重影響了辣椒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展［1］。在適宜條件下，如果1個(gè)病株發(fā)病，10 d左右發(fā)病面積可擴(kuò)展到12 m2，20 d即可達(dá)到45 m2。辣椒疫病可導(dǎo)致辣椒產(chǎn)量急劇降低，輕者減產(chǎn)20%～30%，嚴(yán)重者減產(chǎn)90%，甚至絕收［2，3］，因此防治辣椒疫病一直受到植病工作者和辣椒育種工作者的重視［4］。迄今為止，辣椒疫病主要使用化學(xué)方法防治。此法雖然效果好，但會(huì)降低辣椒品質(zhì)，導(dǎo)致農(nóng)藥殘留和辣椒疫霉菌產(chǎn)生抗藥性，且易受環(huán)境的制約。同時(shí)，生物防治因目前還沒有找到有效的生防菌而難以展開，因此，有效防治辣椒疫病迫切需要培育抗病性品種。隨著分子技術(shù)的飛速發(fā)展，基于DNA多態(tài)性的分子標(biāo)記已廣泛應(yīng)用于植物分子遺傳圖譜的構(gòu)建、基因定位、基因克隆和分子標(biāo)記輔助選擇等方面［5］。分子標(biāo)記育種不僅為抗病蟲辣椒品種的選育提供了技術(shù)手段，而且相對于傳統(tǒng)育種方法而言，還可大大縮短育種周期。因此，圍繞推動(dòng)抗病性品種培育，學(xué)界就辣椒疫病及其抗病性遺傳規(guī)律開展了大量研究。

1 辣椒疫病的傳播方式及危害

辣椒疫病是最嚴(yán)重的真菌性病害之一，為辣椒疫霉菌引起的葉片枯萎、果實(shí)腐爛以及莖稈出現(xiàn)水漬狀壞死斑的土傳性病害。辣椒疫霉菌屬于鞭毛菌亞門疫霉屬，主要由孢子囊、菌絲體、游動(dòng)孢子、卵孢子及厚垣孢子等組成。其傳播途徑具有多樣性，可以通過土壤、空氣傳播，但主要是通過土壤傳播。因?yàn)椴≡穆焰咦幽茉谕寥乐虚L期存活，而高溫高濕的辣椒生長季節(jié)非常適合疫霉菌生長和繁殖，所以辣椒疫病很容易爆發(fā)［6］。

辣椒疫霉菌能夠侵染一定范圍內(nèi)的茄科植物，包括西紅柿和茄子，還能對南瓜、黃瓜、西瓜等葫蘆科作物產(chǎn)生影響［7］，甚至對十字花科作物如甘藍(lán)、胡蘿卜等造成不同程度的侵害［8，9］。辣椒疫病能夠感染植株生長的各個(gè)時(shí)期。近年辣椒疫病爆發(fā)越來越頻繁且嚴(yán)重，雖然其爆發(fā)的原因尚未完全探明［10］，但已有研究表明與以下因素密切相干：生長前期的大雨和高濕、植株過度擁擠、N肥過多、較差的排水系統(tǒng)和過于頻繁的灌溉［11～13］。

2 辣椒疫病抗性遺傳規(guī)律

辣椒抗疫病的材料并不多，大多數(shù)只是中抗或耐病，極少有高抗品種，更談不上有免疫品種。辣椒疫霉病菌有很多不同毒力的菌株。在某地被認(rèn)為是抗病品種，可能在其他地方又成為感病品種。Quirin EA等研究表明，辣椒疫病的抗性是從基因和生理學(xué)兩方面復(fù)合而成的，一個(gè)雜交的辣椒種質(zhì)資源其基因型包括高抗型、易感型以及中間耐受型［14］。Bartual R等基于傳統(tǒng)遺傳分析方法的研究表明，辣椒疫病抗性既有垂直抗性，也有水平抗性［15］。Sy等2008年運(yùn)用13個(gè)不同的P.capsici分離物對26份辣椒重組自交系材料的抗病性進(jìn)行研究，用一個(gè)感病品種和一個(gè)抗病品種作對照，結(jié)果表明：感病品種NMCA10399對病原物中的1個(gè)株系抗病，對其他12個(gè)不同分離物的侵染表現(xiàn)感病，其抗病性主要為水平抗性；抗病品種CM334對所有的病原物均表現(xiàn)為抗病。26份重組自交系對病原物的抗病性表現(xiàn)不一，在某些辣椒材料中，垂直抗性和水平抗性共存［16］。

大量研究表明，辣椒疫病的抗性遺傳有單基因、寡基因和多基因控制等多種模式［17～22］。國外抗病品種（材料）較多，表現(xiàn)突出的主要有中美洲抗性材料AC2258、PI201234、PI201232［23～25］、墨西哥當(dāng)?shù)匦」托晾逼贩NCM334［19，22］，其中CM334為抗性最強(qiáng)的品種［14］，是最常用的抗病育種材料。中國李智軍等的研究表明，品種Bangchan對廣東辣椒疫霉菌菌株ZLT0566的抗性遺傳符合1對不完全顯性基因控制，但P038的抗性遺傳符合2對相互獨(dú)立的不完全顯性互補(bǔ)基因控制模式［26］。王得元等的研究表明，病情指數(shù)的遺傳符合加性顯性模型，顯性性質(zhì)為超顯性，基因?yàn)闇p效基因［27］。國內(nèi)外大量抗性遺傳分析研究說明，在辣椒基因組中存在著豐富多樣的抗病性基因，同時(shí)也表明辣椒疫病抗性的表達(dá)具有較為復(fù)雜的機(jī)制。由此導(dǎo)致因使用的病原菌株、鑒定方法及抗性判定標(biāo)準(zhǔn)等的不同而得出不盡相同的結(jié)論。

3 辣椒疫病的抗性機(jī)制

辣椒對疫病的抗性主要與寄主組織結(jié)構(gòu)和生理生化特性有關(guān)。至目前為止發(fā)現(xiàn)的幾個(gè)辣椒抗疫病品種都表現(xiàn)為數(shù)量抗性，其抗病性表達(dá)受病原菌株系、接種體數(shù)量、寄主生育期、環(huán)境條件等影響。Hwang等用電鏡對辣椒感病品種Hanbyul在P.capsici侵染后的組織結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)被P.capsici侵染的根和莖部，薄壁細(xì)胞的大部分被分解，但其維管束組織卻未發(fā)生嚴(yán)重解離，說明P.capsici不容易損壞辣椒的維管束結(jié)構(gòu)［28］。李海燕等研究表明β-1，3-葡萄糖酶對抗病菌在植株體內(nèi)擴(kuò)展具有積極作用［29］。Jeun等研究表明，和苗齡相關(guān)的抗性與辣椒莖中礦物質(zhì)如N、P、K、C含量的大量增加、干物質(zhì)的急劇增加，以及果糖、葡萄糖和蔗糖含量的降低有關(guān)。這些生理變化可能是由于一些不同基因控制的蛋白質(zhì)和酶所引起［30］。馬海賓等研究發(fā)現(xiàn)，染病前后感病品種葉片中可溶性總糖含量持續(xù)高于抗病品種；抗病品種和感病品種的可溶性蛋白含量變化規(guī)律均表現(xiàn)為先升高后下降，但接種前其葉片中可溶性蛋白含量兩者間無明顯差異；抗病類型和感病類型辣椒接種后保護(hù)酶活性均升高，而且感病類型的POD和ASP酶活性在接種120 h后顯著高于抗病類型；高抗類型葉片中PPO活性增加幅度顯著大于感病類型，但抗病類型品種PPO活性上升趨勢比較平緩。接種后感病品種PAL活性上升幅度小于高抗品種，接種后96 h PAL活性開始逐漸下降［31］。而辣椒接種疫霉菌后Pro與可溶性糖含量高、丙二醛含量低的品種抗疫病力強(qiáng)；反之，感病力強(qiáng)［22］。這說明Pro、丙二醛及可溶性糖的含量在接種之后的增長速度與積累量是決定辣椒抗病力強(qiáng)弱的關(guān)鍵性生理活性物質(zhì)。黃鳳蓮等研究發(fā)現(xiàn)，辣椒抗疫病的性狀和植株體內(nèi)的多酚氧化酶PPO的活性、苯丙氨酸裂解酶PAL活性以及可溶性蛋白的含量呈正相關(guān)，和過氧化物酶POX的活性呈負(fù)相關(guān)［32］。還有研究表明，辣椒對疫病的抗性存在階段性的特征，隨著株齡增長其疫病抗性增強(qiáng)；且品種抗性越強(qiáng)，其階段性越明顯［33～35］。

4 辣椒抗疫病的QTL定位研究

QTL是指控制數(shù)量性狀的基因在基因組中的位置。易圖永利用辣椒品種93-100-17-1-0和茄門的F2代群體構(gòu)建辣椒抗疫病連鎖圖譜，對辣椒抗病基因的QTL定位發(fā)現(xiàn)，辣椒對疫病的抗性受13個(gè)非連鎖狀態(tài)的QTL位點(diǎn)控制，其中有3個(gè)主效QTL；其將與感病性有關(guān)的QTL位點(diǎn)定位在第5條連鎖群上，與誘導(dǎo)性有關(guān)的QTL位點(diǎn)分別定位在第1、2、5和8條連鎖群，與穩(wěn)定性有關(guān)的QTL位點(diǎn)定位在第1、2、5和7條連鎖群；主效QTL位點(diǎn)的表型效應(yīng)為41%～55%，具有加性作用的中間型QTL位點(diǎn)的表型效應(yīng)為17%～28%，還有一些微效QTL位點(diǎn)，這些QTL解釋了感病品種90%以上表型變異，QTL之間的上位性效應(yīng)在其中起著非常重要的作用［36］。王得元等的研究則表明，病情指數(shù)的遺傳符合加性顯性模型，顯性性質(zhì)為超顯性，基因?yàn)闇p效基因，廣義遺傳力為73.18%［27］。Thabuis等在2003年通過對3張辣椒種間分子遺傳圖譜分析檢測到6個(gè)主效QTL：Phyto.4.1、Phyto.5.1、Phyto.5.2、Phyto.6.1、Phyto.11.1、Phyto.12.1，分別位于第4、5、5、6、11、12條染色體上［22］。Quirin等研究發(fā)現(xiàn)，Phyto.5.2QTL幾乎普遍存在于辣椒的高抗品系里，且獲得一個(gè)與疫病抗性基因緊密連鎖的RAPD標(biāo)記，并將其轉(zhuǎn)換成SCAR標(biāo)記［14］。Quirin等發(fā)現(xiàn)，在Phyto.5.2處的序列OpD04擴(kuò)增出來的基因單獨(dú)放大后發(fā)現(xiàn)只有在C.annuum和C.chinese這兩個(gè)品種中顯示高抗性［14］。利用C.annuum和C.chinese與易感性品種雜交并提取親本和F2的DNA，進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳，發(fā)現(xiàn)其抗性基因主要位于OpD04.717位置。OpD04.717分子圖譜的SCAR分配在Chr5，其LOD值為10.7，在分子圖譜上靠近CT155之間的修訂LOD值為7.95，兩者間的距離為2.5 cM；其與CD64a間的修訂LOD值為7.82，兩者間的距離為2.5 cM。Kim等檢測到4個(gè)抗根腐病QTLs，位于染色體5、6、9上，解釋了66.3%的表型變異［37］。張曉芬等對甜椒抗疫病材料N1345進(jìn)行遺傳分析，結(jié)果顯示其抗性由兩對加性—顯性—上位性主基因控制［38］。Sugita等利用DH群體與AFLP分子標(biāo)記對抗疫病品系A(chǔ)C2258開展了QTLs定位分析，獲得2個(gè)AFLP連鎖標(biāo)記，能夠用于以AC2258為抗源的抗疫病標(biāo)記輔助育種［23］。安靜在第四連鎖群上檢測到2個(gè)QTL位點(diǎn)，一個(gè)QTL位點(diǎn)的LOD值為2.89，在連鎖群上的支持區(qū)域是0～7.2 cM，另一個(gè)QTL位點(diǎn)的LOD值為4.18，在連鎖群上的支持區(qū)域是13.6～35.6 cM。兩個(gè)QTL解釋表型差異的貢獻(xiàn)率分別為9.5%和16.4%［1］。

5 展望

辣椒疫病屬于全球性的辣椒真菌性病害。辣椒對疫病的抗性具有“遺傳多樣化”特點(diǎn)，不同抗病性品種甚至不同株系的抗病性遺傳方式也不盡相同。辣椒存在豐富的抗疫病基因，因此，辣椒疫病抗性基因的遺傳問題備受爭議。雖然辣椒疫病抗性研究取得了一定進(jìn)展，并已經(jīng)研發(fā)出不少抗疫病的品種，但是投入生產(chǎn)后其對辣椒疫病的抗性水平仍然很低，難以滿足生產(chǎn)者對抗性品種的需求。由此可見，對于辣椒疫病抗性的研究任重而道遠(yuǎn)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，科研人員應(yīng)充分利用現(xiàn)代生物技術(shù)，更加深入地對辣椒疫病抗性基因進(jìn)行定位與篩選。只有這樣才能為克隆辣椒疫病抗性基因創(chuàng)造有利條件，提高抗性品種選育效率。

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Review for Inheritance of Resistance to Phytophthora capsici Research

CHAO Juan，DAISi-hui，XIAO Jie*
（Horticulture and Landscape College，Hunan Agriculture University，Changsha，Hunan 410128，China）

Inheritance of resistance to Phytophthora capsici and Phytophthora capsici have been made a lot of achievements，which focused on the following four points：research pepper blightand itsmode of transmission，scope，inheritance of resistance to Phytophthora capsici research pepper blight resistance mechanisms，QTL localization of anti-blight of pepper.Although some achievements has been got，and have developed some resistant kinds of pepper，but it is still difficult tomeet the needs of producers.

Pepper；Blight；Resistance；Inheritance

S436.418.1＋9

：A

1001-5280（2014）02-0221-05

10.3969／j.issn.1001-5280.2014.02.27

2013 12- 10

巢 娟（1989-），女，湖南汨羅人，碩士研究生，Email：chaojuanjj＠163.com。*通信作者：肖杰，教授，從事蔬菜栽培育種研究與教學(xué)，Email：xiaojie＠hunau.net。