大豆胞囊线虫抗性基因等位变异与小种特异抗性的关联分析

Soybean cyst nematode(SCN),an obligated endoparasitic nematode, is claasified into different physiological races. SCN distributes widely in the world and has been considered as a devasting pathogen to soybean production. A distinct soybean resource in China, Huipizhiheidou, conferring resistance to almost all SCN races, is utilized in this study to illustrate the molecular mechanism of resistance to SCN race 4. For this reason, the functional analysis of rhg1, Rhg4 and resistant or resistant-related genes isolated from soybean genome microarray will be conducted by using Virus-Induced Gene Silencing(VIGS) and Soybean Hairy Root Transformation. On the other hand, soybean mini core collection germplasm is selected to indentify allelic variation of rhg1 and Rhg4 locus. Our object is to illustrate the relationship between allelic variation(including copy number variation and single nucleotide polymorphism(SNP)), and specific reisistance to different SCN races. In addition, molecular markers closely linked with resistant allele will be developed as a useful tool for marker assisted selection(MAS) in soybean breeding.

大豆胞囊线虫是一种专性内寄生的线虫，分为不同生理小种，对大豆生产危害极为严重。本研究针对我国黄淮海大豆产区胞囊线虫优势小种4号生理小种，以我国特有的优异抗源灰皮支黑豆为主要研究对象，通过病毒介导的基因沉默（VIGS）系统和大豆发状根转化系统，验证rhg1、Rhg4以及从大豆表达谱芯片中发掘的抗性或抗性相关基因在大豆对胞囊线虫4号生理小种抗性中的功能，初步解析大豆对胞囊线虫4号小种抗性的分子机制。同时，利用代表我国大豆遗传多样性的微核心种质，对rhg1和Rhg4位点的等位变异进行研究，试图从单核苷酸多态（SNP）和位点拷贝数变异的角度阐明大豆抗性品种对胞囊线虫不同生理小种抗性差异的分子机制，并从中发掘优异的抗性等位变异，开发与之紧密连锁的分子标记，为大豆抗胞囊线虫分子标记辅助选择育种提供基础。

大豆胞囊线虫病是大豆生产中的重要病害，研究大豆对胞囊线虫抗性的分子机制对大豆抗性育种具有重要的意义。rhg1和Rhg4是大豆对胞囊线虫3号小种的主要抗性位点，其中rhg1位点通过一个31 Kb 大小基因组片段的拷贝数变异发挥抗性，且该片段内的3个基因对胞囊线虫抗性均有贡献。Rhg4位点通过其编码的丝氨酸羟甲基转移酶活性改变发挥对胞囊线虫的抗性。目前对这两个抗性基因的功能分析主要是针对大豆胞囊线虫3号生理小种进行的。我国黄淮海大豆主产区的胞囊线虫优势小种是4号生理小种，较3号生理小种毒性更强，抗源材料更少，且抗性位点的遗传基础研究也十分薄弱。因此我们试图利用我国特有的广谱胞囊线虫抗源材料，分析rhg1和Rhg4 在胞囊线虫4号小种抗性中的作用，并发掘这两个位点的等位变异，探索等位变异与胞囊线虫生理小种间抗性差异的关联性。同时发掘新的抗性位点，试图初步解析大豆对胞囊线虫4号小种抗性的分子机制。结果表明，抗感胞囊线虫4号小种材料中差异表达基因在丝氨酸家族氨基酸代谢途径中出现富集；rhg1和Rhg4位点是抗性材料对胞囊线虫4号小种抗性的必要位点，但仅有这两个位点不足以解释大豆对胞囊线虫4号小种的全部抗性；利用抗感极端性状混池测序我们发掘出另一个与胞囊线虫4号小种抗性关联的位点rhg1-paralog。该位点在抗感材料中均表现单拷贝特征，对该位点内注释基因的非同义SNP分析发现，Glyma.11g234400和Glyma.11g234500可能参与该位点对胞囊线虫4号小种的抗性；通过对21份抗感胞囊线虫材料rhg1拷贝数变异、Rhg4的SNP变异、以及对胞囊线虫不同生理小种的抗性分析，表明这两个位点的等位变异不能解释大豆对胞囊线虫不同生理小种抗性的差异。本项目不仅明确了rhg1和Rhg4位点在大豆对胞囊线虫4号小种抗性中的必要性，还发掘出一个新的抗性位点，初步阐明大豆对胞囊线虫4号小种的抗性至少通过rhg1、Rhg4和rhg1-paralog共同完成。这对揭示大豆对胞囊线虫4号小种抗性的分子机制，以及开发与抗性基因紧密连锁的分子标记进行分子标记辅助选择具有重要的意义。