雪茄煙Beinhart 1000-1赤星病抗性的主基因+多基因混合遺傳分析

童治軍，盧桂萍，陳學(xué)軍，曾建敏，方敦煌

(1.云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院/煙草行業(yè)煙草生物技術(shù)育種重點實驗室/國家煙草基因工程研究中心，昆明 650021；2.云南省煙草公司昆明市公司，昆明 650051)

【研究意義】煙草赤星病是由鏈格孢菌[Alternariaalternata(Frires) Keissler]引起的真菌性病害，主要發(fā)生在煙草葉片上，特別是生理成熟的葉片[1-2]，各煙草種植區(qū)均有分布，是威脅世界煙草生產(chǎn)的毀滅性病害[3-5]。在中國各大煙區(qū)，煙草赤星病對產(chǎn)量、質(zhì)量影響較大，一般年份發(fā)病率為20%～30%，嚴(yán)重的發(fā)病率達(dá)90%，可減少產(chǎn)值達(dá)50%以上，損失達(dá)9205.433萬元[6-8]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】煙草赤星病的發(fā)生流行與主栽煙草品種的抗病性密切相關(guān)，目前生產(chǎn)上以化學(xué)防治為主、生物防治為輔，但收效甚微[8-10]。培育抗煙草赤星病的優(yōu)良品種仍是預(yù)防該病最經(jīng)濟(jì)、有效的途徑之一，而其核心是深入明確抗赤星病煙草品種的遺傳規(guī)律。研究表明，煙草赤星病的抗性是屬于受多基因控制的數(shù)量性狀。郭永峰等[11]對不同煙草品種赤星病抗源的抗性比較分析后，得出Beinhart 1000-1與凈葉黃對煙草赤星病的抗性是不同源的，且Beinhart 1000-1的抗病性是由顯性多基因控制，而凈葉黃的抗性基因大部分是隱性的。通過進(jìn)一步采用雙列雜交分析其抗性遺傳因素可知，Beinhart 1000-1與凈葉黃的赤星病抗性遺傳均符合加性—顯性模型[12]。與之類似，馮瑩等[13]利用高抗赤星病煙草品種凈葉黃、Beinhart 1000-1和感病品種NC82為材料分別構(gòu)建了2個雜交組合的P1、P2、F1、F2世代群體，并采用主基因+多基因混合遺傳模型進(jìn)行抗性遺傳分析，結(jié)果表明，兩者的赤星病抗性均受2對加性—完全顯性主基因+加性—顯性多基因混合遺傳模型(2 MX-CE-AD)控制。但Ramm等[1]對Beinhart 1000-1赤星病抗性遺傳研究結(jié)果表明Beinhart 1000-1赤星病抗性是顯性單基因控制的典型質(zhì)量性狀。由于針對雪茄煙品種Beinhart 1000-1赤星病抗性遺傳規(guī)律的研究結(jié)果存在較大差異，極不利于利用該抗源培育抗性品種，故此有待進(jìn)一步對其進(jìn)行遺傳分析研究和挖掘?！颈狙芯壳腥朦c】本研究以抗病雪茄煙品種Beinhart 1000-1為父本、以感病烤煙品種紅花大金元為母本雜交、自交構(gòu)建的341個株系重組自交系群體F7為研究材料，試驗主基因+多基因混合遺傳模型方法評價親本P1、P2和F7世代群體材料的赤星病抗性基因遺傳規(guī)律，確定其遺傳模型、估算遺傳率?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以期為下一步開展赤星病抗性基因QTL定位，開發(fā)與之緊密連鎖的分子標(biāo)記進(jìn)行分子標(biāo)記輔助選擇進(jìn)而培育煙草抗赤星病新品種提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

以抗赤星病的雪茄煙品種Beinhart 1000-1(B1000-1)為父本(P1)、以感病烤煙品種紅花大金元(HD)為母本(P2)，通過雜交、自交及單粒傳法構(gòu)建了341個株系的煙草重組自交系群體F7。2020年將雙親、重組自交系群體及抗、感病對照品種凈葉黃、G140種植于云南省玉溪市研和試驗基地大田中，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，每個株系種植4個重復(fù)，每個重復(fù)種植10株。

1.2 煙草赤星病抗性表型測定

按人工病圃輕簡化鑒定煙草赤星病抗性的方法[14]選擇病圃進(jìn)行田間布局、控肥栽培、較低濃度大面噴霧接種形成人工病圃、保濕誘發(fā)赤星病，接種后第7、14、21天進(jìn)行3次調(diào)查，統(tǒng)計病情指數(shù)[15](DI：Disease Index)。以每次調(diào)查的平均病情指數(shù)和病害流行曲線下面積(AUDPC：Area Under Disease Progress Curve)[16]作為煙草赤星病抗性表型測定數(shù)據(jù)(即接種后第7、14、21天的平均DI值和AUDPC值4類數(shù)據(jù)，分別記為T1、T2、T3和T4)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用文獻(xiàn)[17]的方法進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗性表型數(shù)據(jù)分析

親本紅花大金元和Beinhart 1000-1的赤星病病情指數(shù)(DI)均呈現(xiàn)出顯著(P<0.05)或極顯著差異(P<0.01)。同樣，煙草重組自交系群體F7中的DI值分別出現(xiàn)了遠(yuǎn)低于抗病親本Beinhart 1000-1和遠(yuǎn)高于感病親本紅花大金元，表現(xiàn)出超親遺傳。煙草重組自交系群體F7的DI值變異系數(shù)(CV)存在豐富的變異(318.42%～100 396.70%)，適合遺傳分析(表1)。此外，除T1外，煙草重組自交系群體F7DI值的偏斜度和峰度絕對值均大于1，但小于1.5，概率密度函數(shù)回歸曲線表明該重組自交系群體的赤星病抗性表型呈連續(xù)性的正態(tài)分布或偏正態(tài)分布(圖1)，屬于典型的數(shù)量性狀遺傳。

表1 親本及重組自交系群體的赤星病抗性表型統(tǒng)計

圖1 3個不同調(diào)查時期煙草重組自交系群體的赤星病抗性表型分析Fig.1 Phenotype statistic values of resistance brown spot of tobacco RILs in 3 different disease investigation periods

2.2 候選模型的選擇及適合性檢測

對3個不同調(diào)查時期各世代(P1、P2和F7)的赤星病抗性表型分別進(jìn)行主基因+多基因混合遺傳模型分析，根據(jù)AIC值最小原則初選模型，選取AIC值最小的3組遺傳模型候選(表2)，對3個不同調(diào)查時期進(jìn)行適合性檢驗(U12、U22、U32、nW2和Dn)，以AIC值最小或相對小且統(tǒng)計量達(dá)到顯著性水平(P<0.05)個數(shù)最少的模型作為最優(yōu)遺傳模型(表3)。結(jié)果表明T3(即接種21 d后)模型是煙草赤星病抗性性狀的最優(yōu)遺傳模型，由4對加性—上位性主基因遺傳控制的4 MG-AI模型。

表2 3個不同調(diào)查時期各遺傳模型的AIC值和極大似然函數(shù)MLV值

續(xù)表2 Continued table 2

表3 候選模型的適合性檢驗

續(xù)表3 Continued table 3

2.3 最優(yōu)模型的遺傳參數(shù)估計

表4 最適遺傳模型4MG-AI的煙草赤星病抗性遺傳參數(shù)估計值

3 討 論

目前已報道的煙草赤星病抗源主要有3種[1,18]，即雪茄煙品種Beinhart 1000-1、烤煙品種凈葉黃和野生煙草N.suaveolens，其中Beinhart 1000-1和凈葉黃是國內(nèi)外煙葉生產(chǎn)上主要利用的赤星病抗源。針對抗源凈葉黃，大量的研究表明其赤星病抗性由顯性主基因+多基因共同控制，主基因的顯性效應(yīng)和加性效應(yīng)在遺傳中起主導(dǎo)作用，有研究者基于上述遺傳分析結(jié)果并結(jié)合不同遺傳分離群體對源自凈葉黃的赤星病抗性基因進(jìn)行了QTL定位分析[19-21]。針對雪茄煙品種Beinhart 1000-1的赤星病抗性遺傳分析研究表明，其抗性性狀是受微效多基因控制和環(huán)境影響的數(shù)量性狀，而Ramm等[1]的研究結(jié)果卻表明Beinhart 1000-1的抗性受1對顯性單基因控制，屬于典型的質(zhì)量性狀。究其原因，Ramm等[1]雖采用多個感病烤煙品種作為親本與Beinhart 1000-1進(jìn)行組合配制，但其在早期的研究中僅使用多個組合的雜交子一代(F1)并簡單統(tǒng)計各F1組合煙株的赤星病發(fā)病情況，缺乏進(jìn)一步利用遺傳分離群體的遺傳分析。此外，郭永峰等[11-12]通過雙列雜交分析Beinhart 1000-1與感病品種NC82配制雜交組合的赤星病抗性，結(jié)果表明，Beinhart 1000-1的赤星病抗性遺傳符合主基因與多基因加性—顯性模型?；谙嗤H本組合，馮瑩等[13]利用P1、P2、F1和F2世代群體，采用主基因+多基因混合遺傳模型對Beinhart 1000-1進(jìn)行赤星病抗性遺傳分析，結(jié)果表明，其赤星病抗性受兩對加性—完全顯性主基因+加性—顯性多基因混合遺傳模型(2MX-CE-AD)控制，且多基因的顯性效應(yīng)大于加性效應(yīng)，即Beinhart 1000-1的赤星病抗性遺傳以主基因效應(yīng)為主，但受環(huán)境影響較大。與之類似，高婷婷等[22]基于Beinhart 1000-1與G140構(gòu)建F2遺傳群體的研究結(jié)果顯示，Beinhart 1000-1的赤星病抗性在田間表現(xiàn)為多個主基因控制。童治軍等[23]利用Beinhart 1000-1與HD構(gòu)建的重組自交系群體，對Beinhart 1000-1赤星病抗性的遺傳分析結(jié)果也表明，Beinhart 1000-1的抗性受主基因控制，其主基因的加性效應(yīng)起主導(dǎo)作用，環(huán)境效應(yīng)的影響較小。本研究將抗赤星病的雪茄煙品種Beinhart 1000-1與感病烤煙品種紅花大金元組合P1、P2、F7世代3個不同調(diào)查時期赤星病抗性表型調(diào)查結(jié)果采用主基因+多基因混合遺傳模型進(jìn)行了多世代聯(lián)合分析，較全面分析了Beinhart 1000-1的赤星病抗性遺傳效應(yīng)，結(jié)果表明Beinhart 1000-1的赤星病抗性受4對加性—上位性主基因控制，為4 MG-AI遺傳模型，4對主基因加性效應(yīng)遠(yuǎn)大于他們間的互作效應(yīng)，表明主基因加性遺傳的貢獻(xiàn)率起主導(dǎo)作用；主基因的遺傳效應(yīng)高達(dá)96.8392%，無多基因遺傳效應(yīng)，而環(huán)境效應(yīng)僅為3.1608%，即環(huán)境因素的影響可以忽略。該結(jié)果與高婷婷等[22]和童治軍等[23]對Beinhart 1000-1抗性遺傳分析的結(jié)果相似，但卻與郭永峰等[11-12]和馮瑩等[13]的研究結(jié)果不盡相同，主要原因是采用的遺傳分析群體不同，永久性分離群體如重組自交系高世代群體的表型數(shù)據(jù)利用的是單株系群體，而暫時性分離群體如F2表型是單株，理論及實踐上均證明利用群體比單株獲得的試驗結(jié)果更準(zhǔn)確、更可靠。

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，分析了雪茄煙品種Beinhart 1000-1的赤星病抗性遺傳規(guī)律，明確了Beinhart 1000-1赤星病抗性受主基因控制，且主基因的加性效應(yīng)起主導(dǎo)作用，環(huán)境效應(yīng)影響小。因此，在煙草抗病育種過程中要重視利用主基因，應(yīng)在早期世代對赤星病抗性性狀進(jìn)行選擇。