普通菜豆抗炭疽病新基因的精细定位

Discovery of novel genes in crops is the basis to change germplasm resources from phenotypical characterization to a gene level and hence for molecular breeding. Anthracnose is one of the most widespread and serious disease of common bean (Phaseolus vulgaris L.). Landraces of common bean possess lots of excellent genes, which have not yet been fully exploited. Our preliminary study indicated that HonghuaYundou a high level of resistant to anthracnose, which was controlled by one single dominant gene (Co-2533) from Andean gene pool. Using a population from the cross Honghuayundou and Jingdou, Co-2533 was located on chromosome 6, and flanked by markers Clon1429 and BM170. In order to fine map this gene, lots of new SSR, SNP and other PCR markers will be developed between Clon1429 and BM170 based on genomic sequence. Then, we will be mapped Co-2533 gene within a 100 kb region. At last, we will be identified candidate gene by molecular biology technology and bioinformatics methods. The results of this project will set up foundation for MAS breeding of anthracnose in the future.

新基因挖掘是实现作物优异种质资源向基因资源转变和作物分子育种的基础。菜豆炭疽病是危害普通菜豆生产的重要病害，普通菜豆地方品种中蕴含着丰富的优异基因，但在我国普通菜豆育种中的利用潜力尚未得到充分发挥。我们的前期研究发现，红花芸豆高抗炭疽病，其抗性受1对新的显性核基因Co2533控制，并利用分子标记将其定位于普通菜豆B06连锁群标记Clon1429和BM170之间。在此基础上，本研究通过比对普通菜豆6号染色体基因组序列数据库，开发新的标记，对红花芸豆的抗炭疽病基因Co2533进行精细定位，将目标基因锁定在100Kb的区段内，并通过生物信息学确定抗病候选基因，为下一步确认并利用该基因奠定基础。

普通菜豆是人类最主要的食用豆类之一，全世界种植面积仅次于大豆，主要分布于亚洲、非洲东部、中南美洲及欧洲。普通菜豆在我国多种植于东北、西北等干旱瘠薄地区，病害严重、种植效益低，严重制约了我国菜豆产业的发展。其中，炭疽病是危害普通菜豆生产的世界性病害，危害菜豆的叶片、茎、荚等，在冷凉潮湿的环境下发生尤为严重。因此，对现有种质资源进行炭疽病鉴定、评价，筛选优异资源，并挖掘其中的优异基因资源为我国菜豆育种和产业发展提供优异种质、基因以及功能标记显得尤为重要。同时，本研究也对揭示普通菜豆抗性遗传机制以及提升我国普通菜豆的分子抗病育种水平亦有重要的科学价值。前期研究发现，红花芸豆高抗炭疽病，其抗性受1对新的显性核基因控制，并利用分子标记将其定位于普通菜豆B06连锁群标记Clon1429和BM170之间。在此基础上，本项目通过比对普通菜豆基因组序列数据库，开发新的标记，对红花芸豆的抗炭疽病基因Co-1HY进行精细定位，并根据候选基因的序列差异开发分子标记。最终，本项目获得如下主要结果：（1）通过开发新的标记和扩大分离群体两条途径，将候选基因定位于约46Kb的区间内；（2）候选区段内包含4个候选基因，预测其都属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族；（3）候选基因在基因组水平，转录水平序列上都存在有不同程度的差异；（4）RT-PCR实验分析候选基因在抗感材料间存在表达量的差异，特别是基因Phvul.001G243700存在高达100倍的差异；（5）依据候选基因启动子区序列差异开发了PCR标记，并在自然群体和分离群体中验证了该标记的有效性，可用于普通菜豆炭疽病分子育种；（6）本项目培养博士研究生一名，发表SCI论文一篇，申请并获得专利一项。项目的完成为研究普通菜豆的炭疽病抗性基因的分子机制奠定了基础，为炭疽病分子育种提供了基因和标记信息。