黃瓜黑斑病抗性遺傳分析

王惠哲 李淑菊 楊瑞環(huán) 管煒

摘 要： 以感黑斑病自交系L63和抗黑斑病自交系L9為親本建立了6個世代聯(lián)合群體（P1、P2、F1、BC1S、BC1R、F2），采用植物數(shù)量性狀主基因■多基因混合遺傳模型對群體的黑斑病抗性進行多世代聯(lián)合分析。結(jié)果表明，黃瓜抗黑斑病性狀符合D-2遺傳模型，受1對加性主基因■加性■顯性多基因控制；BC1S、BC1R、F2的主基因遺傳率分別為60.23%、60.23%、75.18%，多基因遺傳率均為0。說明控制黃瓜黑斑病的抗性為主基因遺傳，并且遺傳穩(wěn)定，環(huán)境方差占表型方差的比例大于24.82%、小于39.77%，也受到外界環(huán)境的影響。

關(guān)鍵詞： 黃瓜； 黑斑??； 遺傳； 主基因■多基因

Genetic Analysis of Resistance to Alternaria Leaf Spot in Cucumber

WANG Hui-zhe， LI Shu-ju， YANG Rui-huan， GUAN Wei

（Tianjin Kernel Cucumber Research Institute， Tianjin 300192， China）

Abstract： Two inbred lines with different resistance of Alternaria leaf spot were used as parents and developed 5 populations （P1，P2，F(xiàn)1，BC1S，BC1R，F(xiàn)2）for this study. Using the model of major gene plus polygene of quantitative traits，a joint analysis of the five populations was carried out to investigate the inheritance of Alternaria leaf spot resistance in cucumber. The results showed that the inheritance of Alternaria leaf spot resistance fitted to the model D-2，controlled by an additive major gene and additive dominant polygenes. Heritability of the major genes in BC1S，BC1R，F(xiàn)2 were 60.23%，60.23%，75.18%，respectively，and 0 for polygenes. The resistance is mainly governed by the major gene，and its heritability is stable. Variance of environment，24.82%-39.77%，is high in total variance.

Key words： Cucumber； Alternaria leaf spot； Genetic； Major gene plus polygene

黃瓜黑斑?。–ucumber alternaria leaf spot， Alternaria cucumerina）是近幾年發(fā)展起來的一種由瓜鏈格孢菌引起、危害嚴重的真菌性病害，保護地、露地栽培均可發(fā)生[1]。俗稱烤葉病、燒葉病，幼苗、成株均可發(fā)病。主要危害葉片，一般先從黃瓜的中、下部葉片開始發(fā)生，而后逐漸向上蔓延，最后僅剩下頂端幾片綠葉，病株似火烤狀。病斑多數(shù)沿葉脈兩側(cè)的葉肉組織發(fā)展，主脈一般不受害。發(fā)病嚴重時多個病斑連成一片，葉肉組織枯死，葉緣向上卷起，葉子焦枯，但不脫落。一般在4月中旬至5月上、中旬發(fā)生，發(fā)病率在60% 以上，減產(chǎn)10%～20%[2]。結(jié)瓜期發(fā)病，如果防治不及時，會造成絕產(chǎn)，給種植戶造成巨大經(jīng)濟損失。因此，黃瓜的抗黑斑病遺傳研究對于指導育種實踐具有非常重要的意義，本試驗應用蓋均鎰等[3]的數(shù)量性狀分析方法對黃瓜黑斑病抗性加以分析，為科學制定黃瓜抗黑斑病育種選擇策略和利用抗黑斑病資源提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

感黑斑病母本L63，抗黑斑病父本L9，及其F1、F2和BC1群體，均由天津科潤黃瓜研究所育種一室提供。供試病菌：試驗采用從田間樣本上分離鑒定、純化并保存的086菌株。接種前，將該菌株轉(zhuǎn)接到PDA平板上，置26 ℃ 溫箱中培養(yǎng)5～7 d，加適量無菌水洗下分生孢子，紗布濾去菌絲后，配成分生孢子濃度為1×107個·mL-1的懸浮液用于接種。

1.2 試驗方法

1.2.1 黃瓜黑斑病苗期人工接種抗病性鑒定 （1）育苗和管理：于溫室播種P1、P2、F1、BC1R、BC1S、F2 6個世代分析群體，高度感病親本P1種植36株，高度抗病親本P2種植57株，F(xiàn)2種植266株，F(xiàn)1種植72株，BC1S種植74株，BC1R種植90株。播種前黃瓜種子用0.1% 升汞消毒10 min，清水沖洗干凈后45～50 ℃ 溫水浸種4～6 h后于28～29 ℃ 恒溫箱內(nèi)催芽，出芽后播于盛有滅菌蛭石的營養(yǎng)缽內(nèi)，夜間薄膜覆蓋，出苗后常規(guī)管理，于出苗后澆1次營養(yǎng)液。（2）接種方法：采用苗期噴霧接種法，待第1片真葉充分展開時用手持噴霧器噴霧接種分生孢子濃度為1×107個·mL-1的懸浮液，以葉面不形成水滴為度。接種后幼苗置于培養(yǎng)箱或室內(nèi)，前48 h溫度為20～22 ℃，黑暗，RH為100%；以后僅夜間保濕，白天25～30 ℃、夜間20 ℃ 左右，13 h光照/11 h黑暗；5～10 d調(diào)查發(fā)病情況[4-6]。

1.2.2 黑斑病抗性遺傳效應分析 參照蓋均鎰等[3]的方法，應用植物數(shù)量性狀主基因■多基因混合遺傳分析模型對6個世代的抗黑斑病性狀進行遺傳效應分析，通過極大似然法和IECM（Iterated expectation and conditional maximization）算法估計各世代、各有關(guān)成分分布的參數(shù)，然后根據(jù)AIC（Akaikes information criterion，AIC）準則計算24種模型的 AIC值并進行比較，選擇候選模型，再對候選模型進行一組適合性測驗，包括均勻性檢驗（U12，U22，U32），Smirnov檢驗（nW2），Kolmogorov檢驗（Dn），選擇最優(yōu)模型，并估計主基因和多基因效應值。

2 結(jié)果與分析

2.1 各世代黑斑病抗性的次數(shù)分布

由表1可以看出，高感黑斑病親本P1的平均病情級別為4.94，高抗黑斑病親本P2的平均病情級別為0.40，是兩個極端。對兩親本抗病性進行t測驗分析后可知兩親本間的抗病性差異達到極顯著水平，說明親本間存在真實而顯著的遺傳差異。因此，可以對黃瓜各世代的抗黑斑病性狀進行進一步的遺傳模型分析及相關(guān)遺傳參數(shù)估計。

F1的平均病情級別為2.83，其最大值為5，偏向于高感黑斑病黃瓜親本P1。F2代的平均病情級別為2.77，呈現(xiàn)中等抗性，但群體中個體差異比較大，最小值為0，表現(xiàn)為極高抗單株；最大值為5，表現(xiàn)為極高感單株。由F2世代的次數(shù)分布圖可知，F(xiàn)2世代的分布呈偏正態(tài)分布。BC1S偏向易感親本P1，BC1R偏向高抗親本P2，表明主基因控制該組合抗病性的表現(xiàn)（圖1～3）。

2.2 黃瓜黑斑病抗性的主基因■多基因遺傳分析

2.2.1 候選遺傳模型的選擇和適合性檢驗 用植物數(shù)量性狀主基因■多基因遺傳模型的多世代聯(lián)合分析方法對L63×L9黃瓜組合的6個世代群體抗黑斑病性狀進行聯(lián)合分析，獲得1對主基因（A），2對主基因（B），多基因（C），1對主基因■多基因（D）和2對主基因+多基因（E）等5類24種遺傳模型的極大似然函數(shù)值和AIC值（表2）。根據(jù)AIC準則，在備選遺傳模型中，AIC值最小者為最優(yōu)模型。比較模型所得的AIC值，其中D_2模型的AIC值最小，為1 868.18。AIC值較低的是D_1模型、B_1模型、E_3模型、E模型，分別為1 870.18、1 879.70、1 883.88、 1 888.61。由于這5個模型的AIC值在所有模型中較低，因此，初步選取這5個模型作為黃瓜6世代群體抗黑斑病性狀遺傳的候選模型。其中D_2為1對加性主基因■加性■顯性多基因遺傳，D_1為1對加性■顯性主基因■加性■顯性多基因遺傳，B_1為加性■顯性■上位性兩對主基因遺傳，E_3為2對加性主基因■加性■顯性多基因遺傳，E為2對加性■顯性■上位性主基因■加性■顯性■上位性多基因遺傳。

對上述5個備選模型進行一組（U12、U22、U32、nW2、Dn）適合性檢驗后，選擇統(tǒng)計量達到顯著水平個數(shù)較少的模型作為最優(yōu)模型。檢驗結(jié)果表明：通過適合性測驗之后，發(fā)現(xiàn)D_2和D_1模型在6個世代的30個統(tǒng)計量中，有11個統(tǒng)計量達到顯著水平（表3），B_1模型、E_3模型、E模型分別有13、16、13個統(tǒng)計量達到顯著水平。D_2模型的適合性檢驗效果最佳，且AIC值也最小，因此，綜合以上分析，確定該模型為最適模型，即黃瓜抗黑斑病性狀的遺傳受1對加性主基因■加性■顯性多基因控制。查閱相關(guān)文獻，尚未見有關(guān)黃瓜黑斑病抗性基因的相關(guān)命名，根據(jù)病原將該基因暫且命名為Acu。

2.2.2 最適模型下的遺傳參數(shù)估計 利用軟件分析結(jié)果得到黃瓜黑斑病抗性D_2模型的分布參數(shù)估計1階參數(shù)值，并進一步估計2階參數(shù)（表4）。由表可知，主基因加性效應d為1.859 4，多基因加性效應[d]為0.420 3，且│d│>│[d]│，說明以1對主基因加性效應為主；主基因顯性效應h為0，主基因顯性度為0；多基因顯性效應[h]為0.123 6，多基因顯性度為0.294 1小于1，說明多基因的遺傳以加性效應為主。BC1S、BC1R、F2的主基因遺傳率分別為60.23%、60.23%、75.18%，多基因遺傳率均為0；環(huán)境效應方差分別占總表型方差的39.77%、39.77%、24.82%，說明在控制黃瓜抗黑斑病性狀的遺傳上以1對主基因作用為主，尚有24.82%～39.77%是由環(huán)境因素決定。

表4 D_2模型下相關(guān)遺傳參數(shù)的估計

[注] m，6個世代群體平均值；d，主基因加性效應值；h，主基因顯性效應值；[d]，多基因加性效應值；[h]，多基因顯性效應值；h/d，顯性度。

3 結(jié)論與討論

近年來，許多學者采用多世代群體開展了不同性狀的遺傳分析，廣泛應用于甜瓜[8]、黃瓜[9-10]、絲瓜[11]、胡蘿卜[12]、白菜[13]、西葫蘆[14-15]等園藝作物。

有關(guān)黃瓜黑斑病抗性遺傳研究除本文作者外[7]，尚未見相關(guān)報道。本試驗利用6世代（P1、P2、F1、BC1R、BC1S、F2）群體主基因■多基因模型分析法對黃瓜黑斑病抗性的遺傳特點進行了研究，不僅檢測了多基因效應，還鑒別了主基因的存在并估計其遺傳效應。結(jié)果表明，在L63×L9的遺傳背景下，黃瓜黑斑病抗性由1對加性主基因■加性■顯性多基因共同控制（D_2模型），并且主基因遺傳率明顯高于多基因遺傳率，這與前期本實驗室采用BSA法獲得的研究結(jié)果相一致[7]，進一步證實了黃瓜黑斑病抗性遺傳受1對效應較大的主基因控制，這一試驗結(jié)果將更有利于目標基因的定位。在分離世代中環(huán)境方差占一定的比例，說明環(huán)境對黃瓜抗黑斑病也有一定的影響。此外，還發(fā)現(xiàn)F2群體的主基因遺傳率較高（75.18%），多基因遺傳率為0，因此，對黃瓜黑斑病抗性的遺傳改良應在早代進行選擇，可選擇高度抗病材料，通過雜交、回交手段轉(zhuǎn)育主基因，達到選育高抗黑斑病材料的目的。黃瓜黑斑病感病性相對于抗病性為完全顯性作用，因此要配制高抗黑斑病品種，應選擇雙親均為高抗黑斑病的品系。

本研究中用的是F2群體，其優(yōu)點是易于配制，缺點是一經(jīng)自交或近交其遺傳組成就會發(fā)生變化，無法永久使用，由F2單株提供的材料有限，難以進行持續(xù)性研究，也不能滿足不同學者對同一材料合作研究的需要。不如永久性分離群體理想，其分離單位是株系，不同株系之間存在基因型的差異，而株系內(nèi)個體間的基因型是相同的（純合），自交不分離，如重組自交系、雙單倍體和近等基因系。其優(yōu)點是：可以連續(xù)不斷地提供大量的試驗材料，可以持續(xù)研究，還不影響后續(xù)的基因定位等深入研究，但獲得該群體需要的時間較長，工作量也較大。

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