基于感病基因的黄瓜白粉病和霜霉病持久广谱抗性研究

Powdery mildew (PM) and downy mildew (DM) are major fungus diseases for cucumber. It can cause big loss in cucumber production. There are no important breakthroughs in the molecular studies about PM and DM because of narrow genetic base and lacking of genome sequence in cucumber. The sequencing of cucumber whole genome and re-sequencing for 109 core germplasms make it possible to mine more resistance genes and develop new techniques to study these genes. In previous studies, we detected susceptibility genes (S gene) for PM and DM in the primary mapping regions of major QTLs for resistance to the two diseases. This result leads us to the study of durable and broad spectrum resistance for PM and DM by silencing S gene. In this project,mapping of the major QTLs for resistance and gene cloning of S genes for PM and DM will be carried out. Function analysis for the S genes will also be conducted using VIGS, over expression and gene silencing. A number of cucumber breeding materials with broad spectrum resistance to PM and DM will be selected from natural mutants through Eco-TILLING technique. This study has significant impact on clarifying molecular mechanism of resistance to metabolism for cucumber PM and DM and it can also provide academic guidance to the resistance breeding program.

白粉病和霜霉病是影响黄瓜生产的主要病害。由于黄瓜遗传基础狭窄且缺乏必要的基因组序列信息，对于白粉病和霜霉病分子水平的研究一直没有大的突破。全基因组测序和109份核心种质重测序工作的完成，使得挖掘更多抗病基因和创新抗病基因研究技术成为可能。本项目以在白粉病和霜霉病抗性主效QTL位点区域发现的潜在感病基因（S基因）为切入点，开展基于S基因的两种病害持久广谱抗性研究。项目将充分挖掘和利用测序和重测序信息，克隆黄瓜白粉病和霜霉病S基因并通过基因序列比对、VIGS、基因沉默和过表达进行功能分析，利用Eco-TILLING技术筛选自然突变，获得一批具有白粉病和霜霉病广谱抗性的黄瓜育种材料。本研究首次利用S基因研究黄瓜白粉病和霜霉病抗性，以获得持久广谱抗性，对于明确这两种病害抗性代谢的内在分子机制具有重要意义；同时可以为创新抗病种质材料和抗病育种提供理论依据。

白粉病和霜霉病是影响黄瓜生产的主要病害。黄瓜全基因组测序和核心种质重测序工作的完成，使得挖掘更多抗病基因和创新抗病基因研究技术成为可能。本研究克隆了黄瓜霜霉病感病基因CsaDMR6-2的cDNA全长，通过序列比对发现，欧洲类型的抗病材料K15和K58的CsaDMR6-2的CDS序列在856bp处有一个碱基的突变，引起相应氨基酸由丝氨酸 (TCA) 变成丙氨酸 ( GCA)，进而引起其部分蛋白质二级和三级结构的变化；CsaDMR6-2与拟南芥的DMR6、DLO1和DLO2基因具有很高的同源性，且同属于一类氧化酶，两者具有相同的结构域，而抗病材料的变异位点均发生在催化区。完成了黄瓜抗霜霉病和白粉病QTL定位研究，检测到5个霜霉病抗性QTL，分别位于1号、5号和6号染色体上，获得了六个连锁标记，分别在dm5.2和dm5.3区域预测到了6个和4个NBS类抗病基因；检测到4个白粉病抗性基因的QTL位点，其中，pm5.1、pm5.2、pm5.3在两年中被重复检出，pm5.2位点的贡献率最大，在其所在区域预测到了4个NBS类抗病基因。利用重测序的核心种质和GWAS技术，首次在全基因组范围内挖掘了黄瓜霜霉病和白粉病的抗性位点，检测到6个抗霜霉病信号位点，分别位于黄瓜1、2、4、5四条染色体上，并获得紧密关联的SNP标记3个SNP1730726、SNP398244、SNP639496；检测到6个抗白粉病信号位点，其中pmG2.1、pmG5.2和pmG5.3被重复检测到，pmG1.1、pmG5.2、pmG5.3与前人获得的QTL定位结果相吻合。将黄瓜茎蔓抗白粉病基因pm-s精细定位于5号染色体上两侧翼标记Indelpm-s10和Indelpm-s19之间，连锁距离分别是0.6和0.8cM，两标记的物理距离是121.8kb。在此区段检测到候选基因Csa5G623470。通过从两个亲本、三份感白粉病材料和5份抗白粉病材料中克隆Csa5G623470的全长和蛋白编码区（CDS），发现抗病材料在DNA水平上第十一个外显子上有1449bp的插入，在cDNA水平上第十个外显子的末端和第十一个外显子上共缺失了177bp，即缺失了59个氨基酸。以上研究中获得了紧密连锁的SSR、Indel、SNP等标记，并应用到黄瓜抗病分子标记辅助选择育种实践中。