255份马铃薯种质晚疫病广...基因标记检测及抗性田间验证_李锟.pdf

植物遗传资源学报 2023，24（3）：817-828DOI：10.13430/ki.jpgr.20221204002Journal of Plant Genetic Resources255份马铃薯种质晚疫病广谱Rpi基因标记检测及抗性田间验证李锟1，郭华春1，2（1云南农业大学薯类研究所，昆明 650201；2云南省薯类生物育种与良种繁育工程研究中心，昆明 650201）摘要：马铃薯（Solanum tuberosum L.）是云南省的第三大粮食作物，晚疫病严重威胁马铃薯的生产，防治晚疫病最好的策略是种植抗性品种。本研究对255份马铃薯种质检测已报道的6个广谱Rpi基因分子标记，并鉴定田间晚疫病抗性。结果表明，含R8、RB、Rpi-blb2、Rpi-sto1、Rpi-sto1、Rpi-vnt1.1基因的材料分别有69、53、51、12、23、75份；81份材料聚合了多个广谱Rpi基因，其中77份来源于国际马铃薯中心（CIP）。田间抗性鉴定结果表明：255份材料中，高抗、中抗、中感和高感材料分别有67、31、67、90份，高抗与中抗材料分别有58份和29份源于CIP。国内种质与CIP种质相比，缺乏抗病与聚合多个广谱Rpi基因的种质。结果还表明，R8基因在晚疫病田间抗性中起主要贡献，R8分子标记田间抗性符合程度较高，并在聚合其他广谱Rpi基因时，符合程度与抗性会随之提高。本研究检测了255份材料的6个广谱Rpi基因分子标记组成，筛选出一批抗性材料，证明了R8分子标记具有较高的晚疫病田间抗性符合程度，可用于选择抗性材料或单株，能为抗病育种与分子标记辅助选择育种提供科学依据。关键词：马铃薯；晚疫病；田间抗性；广谱抗性基因；分子标记Detection of Late Blight Broad-spectrum Rpi Gene Markers and Field Verification of Resistance in 255 Potato GermplasmsLI Kun1，GUO Hua-chun1，2（1Tuber and Root Crop Research Institute，Yunnan Agricultural University，Kunming 650201；2Yunnan Engineering Research Center of Tuber and Root Crop Bio-breeding and Healthy Seed Propagation，Kunming 650201）Abstract：Potato（Solanum tuberosum L.）is the third most important food crop in Yunnan province，China.Late blight has always been a devastating disease in potato production.Use of resistant varieties is the most fundamental and effective way to control the disease.In this study，screening of broad-spectra Rpi genes using molecular markers and evaluation of late blight resistance upon field inoculation were conduced in 255 potato genotypes.The results showed that 69，53，51，12，23 and 75 varieties（lines）were detected with resistance genes R8，RB，Rpi-blb2，Rpi-sto1，Rpi-sto1 and Rpi-vnt1.1，respectively.Eighty-one of the varieties（lines）were found stacking multiple Rpi genes，and 77 of them were collected from CIP.Gained from field resistance tests，67，31，67 and 90 varieties（lines）were observed with high resistance，medium resistance，medium sensitivity and high sensitivity，respectively.The domestic germplasm was found with lower resistance and rare cases on stacking multiple Rpi genes.The gene R8 largely contributed to the field resistance against late blight.R8 via stacking with other Rpi genes can improve the degree of resistance compliance and field resistance.This study demonstrated that R8 has a high degree of compatibility with field resistance to late blight and could be 收稿日期：2022-12-04 修回日期：2023-01-10 网络出版日期：2023-01-20URL：https：/doi.org/10.13430/ki.jpgr.20221204002第一作者研究方向为马铃薯遗传育种，E-mail：通信作者：郭华春，研究方向为薯类作物学研究，E-mail：基金项目：云南省科技计划项目重大科技专项（202102AE090018）；国家产业技术体系（CARS-09-15P）Foundation projects：Major Science and Technology Project of Yunnan Province（202102AE090018）；National Industrial Technology System of China（CARS-09-15P）植物遗传资源学报24 卷used for marker assisted selection，which has implication for the future popularization and application of new varieties（lines）and resistance breeding in Yunnan province.Key words：potato；late blight；field resistance；broad-spectrum resistant gene；molecular marker马铃薯（Solanum tuberosum L.）是重要的非谷类粮食作物，已在世界各国广泛种植。我国已成为全球第一马铃薯生产大国，种植面积和产量均稳居世界第一。马铃薯在我国各个生态区域均有种植，尤其是在贫困地区的种植面积较大，在保障粮食安全和脱贫攻坚战中发挥了重要作用1。晚疫病是马铃薯生产中的毁灭性病害，潜在产量损失在20%30%，严重年份高达50%以上，部分地区甚至绝收，已成为马铃薯产业发展的重要限制因素之一2。目前，晚疫病防治仍以化学药剂防治为主，不仅增加生产成本，还威胁人类健康和污染环境3。防治晚疫病最优策略是种植抗性品种，育种家们最初使用来自墨西哥六倍体野生种S.demissum的抗性（Rpi，resistance Phytophtora infestans）基因 R1R11作为抗性来源，并开发了R1、R2、R3a、R3b、R8、R10的分子标记用于晚疫病分子标记辅助选择（MAS，marker-assisted selection）育种4-7。R1R11 中除 R8为广谱Rpi基因外，其余均为主效Rpi基因，随着病原小种快速变化，主效Rpi基因均已被克服6，8。为此，育种家们开始聚焦于广谱 Rpi 基因，并从 S.bulbocastanum克隆了第一个广谱Rpi基因RB/Rpi-blb1，随后陆续从 S.bulbocastanum 克隆了广谱 Rpi基因 Rpi-blb2、Rpi-blb3，从 S.stoloniferum 克隆了Rpi-sto1，从S.venturii克隆Rpi-vnt1.1，它们均为广谱Rpi基因8-13。随后开发了它们的分子标记，并用于分子标记辅助选择，极大提高了晚疫病抗性育种效率14-15。马铃薯为云南省第三大粮食作物，云南独特的气候条件使得马铃薯周年均可种植，但晚疫病发病情况严重，同时病原群体变异快、致病性强，大部分主栽品种已经丧失晚疫病抗性16-17。因此，选育和推广新的抗性品种对云南省马铃薯产业发展至关重要。此前，我们已对140份省内外品种（系）及地方品种进行了R1、R2、R3b基因的分子标记筛选，并选出多抗亲本用于育种18。此后，又从国际马铃薯中心（CIP，International Potato Centre）引进了一批新种质，也选出一批新品种（系），极大丰富了种质资源。据报道R8基因具有较强田间抗性，能够显著延迟晚疫病发病时间，国内外大部分抗性材料均含R8基因；RB能够延缓晚疫病的病斑发展，对多种病原小种具有抗性，且对国内材料贡献了较高晚疫病抗性；Rpi-blb2具有较强田间抗性，特别是与RB基因结合时；Rpi-blb3、Rpi-sto1和Rpi-vnt1.1的Desiree转基因植株对我国大部分晚疫病病原小种具有抗性；R8、RB、Rpi-blb2、Rpi-vnt1.1对我国的两个“超级小种”（HB1501与HN1602）具有抗性 12，19-22。本研究选择这6个广谱Rpi基因已报道的分子标记，分析它们在255份材料中的组成分布，结合田间晚疫病抗性鉴定，明确这些分子标记的抗性符合程度并筛选出抗病种质，可为后期新品种的推广、布局，及抗性育种提供理论依据，此外还可为挖掘新的抗病相关基因提供新的研究材料。1材料与方法1.1试验材料及取样供试材料为云南农业大学薯类研究所收集引进的255份马铃薯种质（表1），来源包括国际马铃薯中心、地方品种、云南省主栽品种及自育品系。试验种薯为供试材料组培苗于2021年繁殖，2022年4月种植于云南农业大学后山试验地，每份材料种植5株，以大西洋为感病对照。供试材料组培苗用于DNA提取。表1255份供试材料Table 1255 potato materials used in the study12345300055.32300063.9300065.4300135.14300135.3国际马铃薯中心国际马铃薯中心国际马铃薯中心国际马铃薯中心国际马铃薯中心678910300137.31301623.15301624.95301026.23301037.85国际马铃薯中心国际马铃薯中心国际马铃薯中心国际马铃薯中心国际马铃薯中心1112131415301041.26301044.36301045.74301055.53301056.54国际马铃薯中心国际马铃薯中心国际马铃薯中心国际马铃薯中心国际马铃薯中心序号No.材料名称Accession来源Origin序号No.材料名称Accession来源Origin序号No.材料名称Accession来源Origin8183 期李锟等：255份马铃薯种质晚疫病广谱Rpi基因标记检测及抗性田间验证161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555