基于多世代分離群體的花生網斑病抗性遺傳分析

劉華　秦利　杜培　孫子淇　齊飛艷　張忠信　徐靜　韓鎖義　代小冬　董文召　張新友

摘要：為了闡明花生網斑病抗性的遺傳規律，以抗病性存在明顯差異的2個親本組配的2個多世代群體為研究對象，應用分離群體分析方法（SEA）進行遺傳模型分析。結果表明，花生網斑病的抗性遺傳表現為E-1（MX2-ADI-AD）模型，即2對加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性多基因控制，以主基因遺傳為主，與抗性相關的主基因遺傳率在不同群體材料（W1701：YH×G99，W1702：G99×YH）中分別表現為80.09%和88.29%，基因的遺傳效應以加性效應和顯性效應為主。研究結果為花生網斑病抗性基因定位和抗性育種奠定了理論基礎。

關鍵詞：花生;網斑病抗性;遺傳模型分析

中圖分類號：S513文獻標識碼：A文章編號：1000-4440（2022）02-0326-08

Genetic analysis of peanut web blotch resistance based on multi-generation segregation population

LIU Hua，QIN Li，DU Pei，SUN Zi-qi，QI Fei-yan，ZHANG Zhong-xin，XU Jing，HAN Suo-yi，DAI Xiao-dong，DONG Wen-zhao，ZHANG Xin-you

Abstract：In order to elucidate the genetic regularity of the resistance for peanut web blotch， two multi-generation segregation populations were used to analyze the genetic model of peanut web blotch resistance. The parents of the two segregation populations showed obvious difference for peanut web blotch. Segregation analysis （SEA） was used to comprehensively study the genetic inheritance of peanut web blotch resistance. The results indicated that the optimal genetic model for peanut web blotch resistance was E-1 （MX2-ADI-AD）， that was， two pairs of additive-dominant-epistatic major genes + additive-dominant polygene model. The heritabilities of major genes for two populations were both above 80%， which were significantly higher than those of polygenes， and the genetic effects of genes were mainly additive and dominant.

These results lay a theoretical basis for gene mapping and new resistance peanut varieties breeding.

Key words：peanut;web blotch resistance;genetic model analysis

花生網斑病是危害中國花生生產的重要病害之一，在嚴重發生區域可使花生減產30%以上。藥劑防治是生產上防治花生網斑病的主要方式，不僅費工費時，而且易造成農藥殘留等問題，從而導致花生品質降低。因此開展花生對網斑病的抗性研究，深入了解其遺傳規律并挖掘抗病基因位點，可以為花生抗網斑病新品種培育和分子標記輔助育種提供理論和關鍵技術支撐，是解決花生網斑病危害問題的最有效途徑。

20世紀70年代，在美國等地區發現花生網斑病。20世紀80-90年代，中國研究者在中國東北、山東、陜西和河南等花生主產區發現該病害對花生生產產生了嚴重威脅[1-3]。早期針對花生網斑病的研究多集中在病害鑒定和防治方面，隨后有研究者開展了花生網斑病病菌的觀察、分離和鑒定等工作[4-7]。近幾年來，Liu等[8]利用栽培種花生鄭8903和豫花4號作為親本構建的重組自交系群體開展多年、多環境條件下花生網斑病數量性狀座位（QTL）的定位研究，結果分別在A04、A14染色體上發現了與抗病性相關的QTL，其貢獻率分別為2.8%、15.1%。研究者通過對國內外花生種質資源的鑒定，已經發現了具有網斑病抗性的材料，但是關于網斑病抗性遺傳規律和模式等的報道較少[9-10]，因此目前花生網斑病抗性遺傳的研究相對薄弱。蓋鈞鎰等[11]在20世紀末至21世紀初提出了植物數量性狀主基因加多基因混合分布遺傳理論，并開發了一系列主基因加多基因遺傳模型。許多研究者利用該模型對水稻、小麥、玉米、大豆和棉花等作物的復雜數量性狀進行了遺傳模式探討，不僅為深入開展相關研究奠定了基礎，還初步在新品種選育和改良的實踐中得到了應用[12-13]，該模型在小麥赤霉病抗性、水稻條紋葉枯病抗性、玉米莖腐病抗性和棉花黃萎病抗性等研究中也發揮了重要作用[14-16]。本研究利用花生網斑病抗病和感病材料構建了2個4世代群體材料，結合主基因加多基因混合分布遺傳模型的研究方法開展花生網斑病抗性遺傳的初步分析，以期為進一步的研究奠定基礎。

1材料與方法

1.1試驗材料

1.1.1材料來源2016年夏季通過田間接種鑒定，篩選出了YH、G99等網斑病抗性差異明顯的花生種質。2016年冬季，經過室內人工接種鑒定，確認了上述材料的抗性差異，其中YH是高感網斑病種質，為珍珠豆型中果品種;G99是抗病種質，為普通型小果品種。

1.1.2雜交組合的配制及F1代真實性的鑒定2017年夏季，在河南現代農業研究開發基地利用上述材料配制了正反交組合[W1701：YH（母本）×G99（父本），W1702：G99（母本）×YH（父本）]。2個雜交組合分別收獲了28個、19個雜交莢果。

為了確保本研究所用的F1代種子均為真雜種，應用競爭性等位基因特異性PCR（KASP）分子標記技術開展雜種真實性鑒定。

經過親本多態性標記篩選，分別獲得雙親間差異明顯的KASP標記。基于此，分別取2個組合的親本和F1代幼嫩葉片，提取基因組DNA，進行KASP分子標記檢測，基因型與親本一致的純合型為假雜種（共2株），基因型為雜合型的為真雜種（共25株）（圖1、表1）。依據分子標記檢測結果，剔除偽雜種，用真雜種進行花生網斑病的鑒定和遺傳分析。

1.1.3南繁加代為了便于在同一生長季進行P1、P2、F1和F2等4個世代材料網斑病發生情況的鑒定，2017年冬季，取約2/3的F1代種子進行南繁加代工作。

1.2田間試驗設計

于2018年5月17日播種，每個雜交組合的親本（P1、P2）、F1代、F2代按順序單粒點播，行長6.67 m，行距0.40 m，每行40株，株距0.17 m。親本各種植1行，F1、F2代依據種子量播種1至多行。田間管理參照常規措施，全生育期不噴施殺菌劑，根據需要防治蟲害，及時進行除草、灌溉等農藝措施。

1.3花生網斑病抗性鑒定

1.3.1田間接種方法花生網斑病病原菌液的制備和田間接種鑒定方法參考王振宇等[17]的專利。花生播種后60 d左右（或花期）進行田間網斑病病原菌人工接種，接種的適宜時間為17∶00以后，采用田間噴霧接種方式。病原菌菌液的制備：通過室內馬鈴薯葡萄糖瓊脂（PDA）固體培養基，在光-暗周期為12 h-12 h、溫度為（26±1） ℃的條件下培養7～10 d，制備成質量濃度為1.6×10-3g/ml的菌絲懸浮液，添加適量吐溫20以增加菌絲在植株上的附著力，于4 ℃冷藏備用。

1.3.2田間抗病性鑒定標準花生網斑病的田間鑒定參考花生葉斑病國際9級標準并計算病情指數，詳細分級標準如下[18]：1級，無病斑;2級，基部老葉出現很小的病斑;3級，在2級基礎上，病斑出現孢子;4級，中下部大量葉片出現病斑，病癥明顯;5級，中下部葉片出現大量病斑，基部葉片出現發黃脫落現象;6級，在5級的基礎上，葉片病斑更多;7級，全葉遍布病斑，中下部葉片脫落;8級，與7級類似，落葉嚴重;9級，落葉占95%以上。病情指數計算方法：病情指數=[（病級×相應病株數）/（9×調查總株數）]×100。

1.3.3田間表型數據采集和整理以抗病和感病親本作為對照，對雜交后代（F1、F2）進行表型鑒定。各雜交組合后代群體的大小：W1701的F1代，共14株，F2代，共480株;W1702的F1代，共11株，F2代，共262株。

用Excel 2010對表型數據進行初步整理和分析。

1.4主基因加多基因遺傳模型分析

采用蓋鈞鎰等[11]提出的P1、P2、F1和F2多世代聯合分析方法，開展關于花生網斑病抗性的遺傳模型分析。應用曹錫文等[19]開發的植物數量性狀主基因加多基因混合分布遺傳模型軟件的分離分析法（Segregation analysis，SEA），利用極大似然估計和IECM等算法估算出各世代和各成分分布的遺傳參數，并通過Akaike信息準則（Akaikes information criterion）值（AIC值）最小準則和適合性檢驗[包括均勻性檢驗（U12、U22和U32）、Smirnov檢驗（nW2）和Kolmogorov檢驗（Dn）]，選出最適遺傳模型;結合最小二乘法和最優遺傳模型的一階遺傳參數估計各基因的效應值和方差等二階參數。

2結果與分析

2.1親本及雜交后代群體抗病性鑒定

田間人工接種結果表明，YH和G99的發病情況差異較明顯，YH發病嚴重，葉片病斑多且有落葉，G99的抗病性較好，葉片未發現斑點或僅有極小的斑點（圖2）。經過室內接種鑒定，YH和G99的病情指數分別為71.67和18.52，其發病情況見圖3。

利用花生網斑病病菌菌絲懸浮液，在田間對2個雜交組合的親本、F1代、F2代進行人工接種鑒定。從表2、圖4可以得出，雜交組合W1701母本（YH）和父本（G99）的平均病級和病情指數差異明顯，F1代的平均病級和病情指數分別介于雙親之間，與抗病親本病級接近;反交組合W1702的F1代抗病性表現與正交組合基本一致。由此可見，G99表現出的花生網斑病抗性是由不完全顯性基因控制的，且抗病性以細胞核遺傳為主。正反交F2代表型變異豐富，抗/感病級呈連續分布狀態（表2、圖5）。2個組合的F2代表型呈連續和偏態分布特征，表明花生網斑病抗性是典型的數量性狀，受主基因調控且存在多基因效應。

2.2抗病性主基因加多基因的遺傳模型分析

應用SEA軟件，分別對正反交組合的網斑病抗性進行主基因加多基因遺傳模型分析。結合親本、F1代和F2代田間病害調查結果，選擇G4F2群體類型，即4世代群體進行聯合分析。結果表明，每個組合均得到了5類24種遺傳模型的極大似然值和AIC值（表3），分別是1對主基因（A）、2對主基因（B）、多基因（C）、1對主基因加多基因（D）和2對主基因加多基因（E）。

2.2.1抗病性遺傳模型的選擇和適合性檢驗依據極大似然值和AIC值，W1701組合的B-2、E-1和E-2可以作為候選模型，其反交組合W1702的候選遺傳模型為E-0、E-1和E-3。模型的初步選擇結果表明，花生網斑病抗性可能主要由2對主基因+多基因控制，最優遺傳模型的選擇還應依據AIC準則和適合性檢驗結果。

綜合考慮AIC值最小準則和5個適合性檢測參數（U12、U22、U32、nW2和Dn）達到顯著或極顯著水平的數量最少的模型，得出最優遺傳模型。由表4可以看出，在正交組合W1701的3個候選模型中，AIC值最小的遺傳模型為E-2，適合性檢驗參數中有2個達到了極顯著水平，此外E-1模型中適合性檢驗參數達極顯著水平的有2個，B-2模型中有1個參數達到顯著水平，2個參數達到極顯著水平。因此，該組合遺傳模型的選擇集中在E-1、E-2。在反交組合W1702中，模型按AIC值從小到大排序依次是E-1、E-3和E-0，其適合性檢驗的20個參數（4個世代中每個世代均對應U12、U22、U32、nW2和Dn）中達到顯著、極顯著水平的數量分別為4個和3個、3個和5個、4個和3個。因此，首先可以排除E-3為最優遺傳模型，進一步可選擇的模型是E-1和E-0。結合正反交遺傳模型分析結果，E-1模型（MX2-ADI-AD，2對加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性多基因）為最優遺傳模型。

2.2.2抗病性遺傳參數估計依據正反交4世代群體抗病性最優遺傳模型，進一步估算出各成分分布的一階和二階遺傳參數（表5、表6），并繪制各成分分布的擬合曲線（圖6）。控制花生網斑病抗性的2對主基因的加性效應∣da∣>∣db∣，表明第1對主基因的加性效應（da）大于第2對主基因的加性效應（db），即以第1對主基因的加性效應為主。2對主基因的顯性效應表現為∣ha∣>∣hb∣，即第1對主基因的顯性效應（ha）大于第2對主基因的顯性效應（hb），顯性效應明顯。控制花生網斑病抗性的第1對主基因的顯性度表現為∣ha/da∣<1，表明第1對主基因的遺傳效應以加性效應控制為主;第2對主基因的顯性度在不同群體材料中的表現不一致。此外，2對主基因之間存在上位性效應，且加性×加性互作效應（i）>0，表明主基因間的加性效應具有相互增強的作用;其顯性×顯性互作效應（l）的值不一致，表明這2對主基因之間顯性互作效應不同;第1對主基因的加性×第2對主基因的顯性互作效應（jab）和第2對主基因的加性×第1對主基因的顯性互作效應（jba）在2個組合中的表現不同，說明控制花生網斑病的這2對主基因對提高抗病性的貢獻是不相等的。多基因的遺傳效應在正反交群體材料中的表現一致，即∣[d]∣<∣[h]∣，表明影響抗病性的多基因遺傳效應以顯性效應為主。綜上所述，控制花生網斑病抗性的2對主基因遺傳效應以加性為主，其中以第1對主基因的加性遺傳效應為主;2對基因間的互作能夠增強抗性，但貢獻不同，同時多基因的遺傳效應也表現出以顯性效應為主。

由不同組合的二階遺傳參數看出，在W1701（YH×G99）和W1702（G99×YH）組合中，G99網斑病抗性主基因在F2代群體中表現的遺傳率分別為80.09%和88.29%，多基因遺傳率僅在正交組合中檢測到且其值較小（1.93%），表明G99的抗病性受主基因控制，主基因效應明顯。

3討論

3.1遺傳群體抗病性鑒定分析

花生網斑病是威脅花生生產的重要真菌性葉部病害之一，為了有效提高花生品種的抗病性，實現減藥增收的生產目標，選育和推廣抗病品種是最佳途徑[1，20-22]。然而，關于花生網斑病抗性研究的基礎較差，使其在實踐和生產中的應用困難。本研究通過人工接種鑒定獲得抗、感花生網斑病的花生種質資源，利用抗感材料配制了正反交組合，以期了解花生對網斑病抗病性和感病性之間的顯隱性關系和遺傳規律等。為了保證雜種F1代的真實性，采用高通量KASP分子標記檢測技術，對每株F1代花生植株進行真雜種鑒定。經過對雙親和F1代人工接菌鑒定，發現正反交F1代的抗病性表型一致，說明抗病性主要受細胞核遺傳控制;F1代植株的病級或病情指數位于雙親之間，且偏向抗性親本，表明抗病性對于感病性具有不完全顯性效應。經過F1代自交繁殖，產生了2個表型變異豐富的F2代群體，保障了后續遺傳模型研究的開展。

3.2多世代聯合主基因+多基因遺傳分析

植物數量性狀主基因加多基因遺傳模型分析方法在動植物遺傳研究中均有應用，關于植物抗病性遺傳研究的報道也較多[15，23]。利用該分析方法，許多研究者開展了花生重要農藝、產量、品質、抗逆性和抗病性相關性狀的遺傳模型分析，為對花生的重要性狀進行遺傳改良等提供了重要參考依據[24-30]。本研究通過多世代（P1、P2、F1和F2）的聯合分析，發現花生網斑病抗性遺傳符合E-1（MX2-ADI-AD，即2對加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性多基因）模型。通過遺傳模型的一階和二階參數分析發現，控制花生網斑病抗性的2對主基因的遺傳率均大于80%，但是效應不同。主要是第1對主基因的加性和顯性效應起作用，第2對主基因在與第1對主基因產生加性×加性互作時能夠增強抗病性;僅在其正交群體中檢測到了1.93%的多基因遺傳率，表明多基因在抗病性遺傳中的效應較小。因此，在之后的研究或實踐過程中，應重點關注抗病親本G99的主基因遺傳效應。綜上所述，花生網斑病抗性受2對主基因加性-顯性-上位性+多基因加性-顯性控制，主基因遺傳效應明顯，因此利用抗病種質G99能夠有效進行遺傳改良，即通過有性雜交和回交等技術可以培育出花生網斑病抗性新品種。本研究結果也為花生網斑病抗性基因發掘和遺傳研究提供了理論和材料基礎。

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（責任編輯：徐艷）

收稿日期：2021-06-07

基金項目：河南省現代農業產業技術體系項目（S2012-5）;河南省公益重大專項項目（201300111000）;國家現代農業產業技術體系項目（CARS-13）;河南省農業科學院科研發展專項項目（2020CX07）

作者簡介：劉華（1984-），男，河南尉氏人，博士，助理研究員，主要從事花生遺傳育種研究。（E-mail）liuhua703@126.com

通訊作者：張新友，（E-mail）haasz@126.com