大豆复合抗病基因位点的变异模式及其多功能化机制

Within plant genomes, resistance genes (R genes) often cluster together and most currently-known functional R genes are derived from such complex loci. How did functional R genes evolve from complex loci then? To answer this question, in this project, we plan to investigate two soybean complex loci, Rsv1 and Rsv3, which often contain functional R genes resistant to soybean mosaic virus (SMV). First, the variation patterns of Rsv loci in multiple soybean wild populations and cultivars will be examined. Second, several SMV strains will be employed to survey the resistance phenotypes of all used soybean material. Differences in evolutionary pattern of Rsv genes will be checked between resistant group and sensitive group. Last, through mapping, library constructing and screening, and high-throughput sequencing, we try to identify some functional SMV-resistant R genes in Rsv complex loci and to backtrack their functionalization processes. This project would help us better understand the evolutionary pattern and functionalization process of R genes in complex loci, which will lay a good foundation for constructing durable R genes in the future.

抗病基因（R基因）在植物基因组中常以多基因聚集的方式形成复合位点，而且已知的绝大多数功能性R基因均出自复合位点。那么，功能性R基因是如何从复合位点中演化出来的呢？本项目以大豆中两个抗大豆花叶病毒复合位点（Rsv1与Rsv3）为主要研究对象，探索抗性基因的功能化机制。首先，我们拟调查Rsv位点在野生大豆种群以及多个栽培品种中的变异模式；然后，利用病原株系对所有大豆材料进行抗性功能鉴定，比较Rsv位点在抗、感群体间的演化模式差异；最后，通过杂交定位、文库构建以及高通量测序等手段，有效确定Rsv位点上的多个功能抗SMV基因，回溯它们的功能演化过程，总结其分子机制。此研究将帮助我们更好地理解复合R基因位点的自然变异模式，探索不同选择压力下复合位点功能R基因的演化机制，为合理利用乃至人工构建持久、有效的抗病基因奠定基础。

抗病基因（ R 基因）在植物基因组中常以多基因聚集的方式形成复合位点，而且已知的绝大多数功能性 R 基因均出自复合位点。为了探究功能性抗病基因是如何从植物复合位点中演化出来的，本项目选取两个大豆抗花叶病毒复合位点（Rsv1与Rsv3）开展了多层次研究。首先，我们分析了这两个复合位点的基因构成并追溯了它们的演化历史；其次通过收集、鉴别大量SMV样本并进行测序，发现我国SMV种群与其他国家SMV种群间差异较大；通过对中、美两国常用的大豆材料进行表型鉴定，发现我国SMV株系的致病性与美国株系显著不同；接着，通过杂交、精细定位、构建BAC文库及高通量测序等技术手段，成功从大豆品种PI96983、Suweon97、Raiden、Zaoshu18以及Columbia中确定了7个功能抗SMV基因；最后，细致分析这些功能抗SMV基因成员与其他基因成员的演化差异，发现功能化基因成员往往经历了同源基因重组事件（尤其是LRR结构域），且在整个基因范围内均受到正选择作用。综合来看，本研究帮助我们更好地理解了复合R基因位点的演化特点，对功能化成员演化机制的认知也为合理利用乃至人工构建持久、有效的抗病基因奠定了基础。