黄瓜种质资源抗病优异基因的全基因组发掘、功能遗传解析及利用研究

黄瓜是我国第一大设施蔬菜作物，也是农村致富和农民增收的重要产业。设施栽培中为防治病害而频繁施用的农药，已经影响到黄瓜产品的食用安全，培育多抗病品种是有效控制病害危害的重要途径。我国收集保存的黄瓜资源蕴藏着丰富的优异抗病基因，特别是黄瓜全基因组测序的完成，为深入研究抗病基因奠定了良好的基础。本项目拟利用重测序基因组序列信息和超高密度SNP分子遗传图谱以及全基因组关联分析发掘种质资源的优异抗病基因，克隆黄瓜黑星病、枯萎病和爪哇根结线虫病抗病基因并进行功能验证，对白粉病和霜霉病抗性基因进行功能遗传解析，明确抗病基因作用的分子机理。本项目的实施，将极大地丰富黄瓜抗病基因分子生物学的理论知识，也将加速黄瓜抗病分子设计育种实践的进程。育成和推广多抗病黄瓜新品种，对于保证蔬菜食品安全和保护生态环境具有重要的意义。

在本项目的支持下，取得了的重要研究成果是：（1）开发了黄瓜全基因组水平高通量SNP标记并构建了超高密度遗传图谱。通过重测序数据检测了330万个SNPs遗传变异；并从中选取了384对多态性较高且均匀分布的SNP标记用于设计芯片，在此基础上成功开发了黄瓜全基因组水平高通量SNP标记，并构建了黄瓜超高密度遗传图谱。（2）基于超高密度SNP图谱、全基因组关联分析和基因表达发掘出了抗病候选基因。基于上述超高密度SNP图谱进行了全基因组关联分析，挖掘了200多个抗性相关候选基因，发现在黄瓜驯化过程中野生黄瓜丢失了256个重要的抗病基因，这些基因为进一步研究黄瓜抗病性提供了重要基因资源。（3）精细定位了黄瓜抗黑腥病（Ccu），抗枯萎病(Foc)基因和角刺黄瓜抗根结线虫基因。将Ccu 定位到黄瓜2 号染色体短臂末端一个长度为140kb 的区域内，该区域包含3个NBS-LRR基因，将Foc定位到了距离Ccu区段外侧170kb的区间内，该区间包括2个NBS-LRR基因；对Ccu基因片段进行了克隆并转化感病黄瓜，相关功能研究正在进行中；测序并组装了角黄瓜基因组序列，通过构建极端抗、感池的方法将角黄瓜抗线虫基因定位到了scaffold13上大约510kb的范围内,该区域有64个编码基因，包含4个与抗病相关的激酶。（4）构建了AI-RILs永久群体，定位了白粉病和霜霉病的QTL。建立起用于白粉病和霜霉病QTL定位的交互重组自交系（AI-RIL）群体，该群体包含178个株系。通过上述群体，共检测到4个白粉病抗性基因的QTL位点pm5.1、pm5.2、pm5.3和pm6.1，其中pm5.2位点的贡献率最大，在其所在区域预测到了4个NBS-LRR类抗病基因；共检测到5个霜霉病病抗性基因的QTL位点dm1.1, dm5.1, dm5.2, dm5.3和 dm6.1，并检测到了5个QTL连锁的SSR标记，其中dm5.2,和dm5.3的贡献率最大，该区域分别发现6个和4个NBS-LRR类抗病基因。（5）创新了黄瓜多抗病种质的分子标记辅助选择聚合技术。在上述研究的基础上了，建立了黄瓜Ccu，Foc、霜霉和白粉等重要病害的MAS育种技术，用于MAS育种的准确率为87.88%。利用该创新技术培育出抗5种病害的8份多抗黄瓜育种材料，取得了良好的经济和社会效益。