關(guān)于鑒定控制煙草（N. tabacum）鐮刀菌枯萎病抗性的新基因組區(qū)域的首份報(bào)告
《Plant Gene》：First report on the identification of novel genomic regions governing
Fusarium wilt resistance in tobacco (
N. tabacum)
編輯推薦：
通過F2群體構(gòu)建和QTL-seq分析，鑒定出煙草炭疽病抗性由兩個(gè)同源隱性基因控制，發(fā)現(xiàn)SSR標(biāo)記PT60988及八個(gè)染色體顯著區(qū)域（涉及41個(gè)SNP和36個(gè)候選基因），為抗性品種培育提供新工具。
桑賈娜·馬塔帕爾蒂（Sanjana Mattaparthi）|阿尼爾·A·哈克（Anil A. Hake）|阿馬拉瓦蒂·耶拉里（Amaravathi Yellari）|霍薩普拉·謝卡拉拉朱·馬赫еша（Hosapura Shekhararaju Mahesha）|卡尼甘蒂·特賈斯維（Kaniganti Thejaswi）|普拉巴卡爾·拉奧·庫(kù)杜普迪（Prabhakar Rao Kudupudi）|馬德哈萬·斯里尼瓦桑（Madhavan Srinivasan）|薩達(dá)戈班·拉馬克里希南（Sadagoban Ramakrishnan）|奇納斯瓦米·南達(dá)（Chinnaswamy Nanda）|薩拉拉·凱薩姆塞蒂（Sarala Kesamsetty）|謝舒·馬德哈夫·馬甘蒂（Sheshu Madhav Maganti）
ICAR-國(guó)家商業(yè)農(nóng)業(yè)研究所（ICAR-National Institute for Research on Commercial Agriculture），拉賈姆恩德里（Rajahmundry）533105，安得拉邦，印度
摘要
為了識(shí)別與煙草抗Fusarium枯萎病相關(guān)的分子標(biāo)記，我們從抗Fusarium枯萎病的FCJ-11品種和易感品種FCH-222的雜交后代中培育了一個(gè)F2作圖群體。使用Fusarium oxysporum對(duì)該F2群體進(jìn)行篩選后，發(fā)現(xiàn)抗性由兩個(gè)純合隱性基因控制，表現(xiàn)出雙基因遺傳特征。單標(biāo)記分析確定了位于基因上的SSR標(biāo)記PT60988，該標(biāo)記解釋了6.68%的抗枯萎病表型變異。QTL-seq分析在五個(gè)染色體上識(shí)別出八個(gè)顯著基因組區(qū)域：Chr02（50.0–50.6 Mb）、Chr05（3.4–4.1 Mb）、Chr08（29.6–30.6 Mb；38.2–43.2 Mb；49.5–52.3 Mb）、Chr12（93.0–93.6 Mb）和Chr19（60.0–61.5 Mb；64.3–65.7 Mb），這些區(qū)域包含36個(gè)候選基因中的41個(gè)SNP，這些基因與Fusarium枯萎病抗性相關(guān)。基因SNP數(shù)量最多的染色體是第8號(hào)染色體，在30.50至51.1 Mb區(qū)間內(nèi)有28個(gè)SNP，而第19號(hào)染色體在60.52至65.69 Mb區(qū)間內(nèi)有12個(gè)SNP。在控制Fusarium枯萎病的QTL-seq區(qū)域中，值得注意的抗性相關(guān)基因包括Ntab08g008120.1（類蛋白酶體泛素受體ADRM1-B）、Ntab08g007950.1（SNAP受體復(fù)合蛋白）、Ntab08g008150.1（壁相關(guān)激酶2）、Ntab08g006590.1（小核核糖核蛋白Sm D1）、Ntab08g008320.1（F-box蛋白CPR30類似物）和Ntab19g009600.1（TMV抗性蛋白）。我們的研究結(jié)果展示了有效的QTL作圖方法，可用于識(shí)別煙草中的Fusarium枯萎病抗性位點(diǎn)，為加速抗性品種的育種提供了寶貴的遺傳標(biāo)記。
引言
煙草（Nicotiana tabacum；2n = 4 × 48）是一種重要的商業(yè)作物，在全球123多個(gè)國(guó)家都有種植。中國(guó)、印度、巴西、希臘、阿根廷、西班牙、土耳其和美國(guó)等國(guó)家，煙草是許多小農(nóng)戶的重要收入來源。當(dāng)前的煙草種植面臨著來自非生物和生物脅迫的挑戰(zhàn)。生物脅迫包括由真菌、細(xì)菌、病毒和線蟲引起的各種疾病。Fusarium枯萎病是一種主要由Fusarium oxysporum f. sp. nicotianae引起的破壞性真菌病害，會(huì)導(dǎo)致葉片黃化、植株萎蔫、維管系統(tǒng)變色，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致植株死亡，從而造成巨大的產(chǎn)量損失。受感染的植株由于在生長(zhǎng)早期死亡以及葉片畸形和生理機(jī)能受損而降低了商業(yè)價(jià)值。鑒于Fusarium枯萎病的重大經(jīng)濟(jì)影響，開發(fā)抗性煙草品種被認(rèn)為是最有效的管理策略。
近年來，標(biāo)記輔助育種方法越來越受歡迎，與傳統(tǒng)方法相比，這種方法可以加速新品種的培育和推廣。該技術(shù)利用相關(guān)標(biāo)記將理想性狀精確地轉(zhuǎn)移到目標(biāo)品種中。因此，識(shí)別與Fusarium枯萎病抗性相關(guān)的標(biāo)記對(duì)于將這些抗性基因/數(shù)量性狀位點(diǎn)（QTL）導(dǎo)入易感品種以進(jìn)行改良至關(guān)重要。目前，全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）和QTL作圖是識(shí)別性狀相關(guān)標(biāo)記的主要方法（Hake等人，2017a；Hake等人，2017b）。GWAS通常使用經(jīng)過多代選擇的地方品種和穩(wěn)定品種，而QTL作圖則使用分離群體，如F2代、回交后代、雙倍單倍體和來自不同親本雜交的后代重組系（RILs）。迄今為止，尚未有關(guān)于煙草Fusarium枯萎病抗性的標(biāo)記或QTL的報(bào)道。然而，在亞麻籽、鷹嘴豆、西瓜、茄子和皮馬棉等其他作物中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了與Fusarium枯萎病抗性相關(guān)的標(biāo)記。Rozhmina等人（2024）利用高度抗性和易感F2植株的大規(guī)模分離分析，鑒定了亞麻籽中對(duì)Fusarium oxysporum f. sp. lini的抗性候選基因。QTL作圖在鷹嘴豆（Lakmes等人，2024）、西瓜（Branham等人，2018）、黃瓜（Dong等人，2019）、茄子（Tassone等人，2022）、亞麻籽（Cloutier等人，2024）和皮馬棉（Abdelraheem等人，2022）中成功識(shí)別了Fusarium枯萎病抗性的QTL。另一種QTL作圖方法——數(shù)量性狀位點(diǎn)測(cè)序（QTL-seq）涉及根據(jù)不同表型從分離世代（主要是F2代）中制備兩個(gè)極端群體，并通過與其中一個(gè)親本的基因組測(cè)序來識(shí)別與性狀相關(guān)的QTL。QTL-seq方法已成功應(yīng)用于多種作物，用于識(shí)別與多種性狀相關(guān)的標(biāo)記，包括西瓜中的Fusarium枯萎病抗性（Pal等人，2023；Branham等人，2018）、南瓜中的Phytophthora冠腐病抗性（Ramos等人，2020）、水稻中的完全穗伸出（Hake等人，2023；Ballichatla等人，2024）、芝麻中的葉片大小（Sheng等人，2021）以及水稻中的鹽耐受性（Khunsanit等人，2024）。
在本研究中，我們使用了由抗Fusarium枯萎病品種（FCH-222）和抗性品種雜交得到的F2作圖群體來識(shí)別與煙草Fusarium枯萎病抗性相關(guān)的標(biāo)記/基因。據(jù)我們所知，這是首次報(bào)道煙草中控制Fusarium枯萎病的基因組區(qū)域。
章節(jié)片段
F2作圖群體的建立
為了識(shí)別控制Fusarium枯萎病的基因組區(qū)域，我們通過將具有中等抗性的FCJ-11品種與易感品種FCH-222進(jìn)行雜交，培育了一個(gè)F2作圖群體。具體來說，F(xiàn)CJ-11（♀）與FCH-222（♂）雜交產(chǎn)生了F1種子。F1種子被播種在苗圃中，并通過多態(tài)性SSR標(biāo)記PT50759確認(rèn)為雜交后代（補(bǔ)充材料）
Fusarium枯萎病的表型分析和遺傳分析
為了識(shí)別控制Fusarium枯萎病的基因組區(qū)域，我們使用了來自抗Fusarium枯萎病的FCJ-11品種和易感品種FCH-222雜交得到的F2作圖群體。來自FCJ-11和FCH-222雜交的F2和F1植株均接受了Fusarium oxysporum分離株NIRCAF-9的測(cè)試。F1代（FCJ-11 × FCH-222）表現(xiàn)出對(duì)該病的易感性，這表明煙草的抗Fusarium枯萎病特性可能由多個(gè)基因共同控制
討論
Fusarium枯萎病對(duì)煙草生產(chǎn)構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)，主要是因?yàn)檫@種病原體能夠在農(nóng)田中長(zhǎng)期存活。這種持久性使得有效控制該病變得非常困難。因此，培育抗Fusarium枯萎病的煙草品種至關(guān)重要。在這個(gè)育種過程中，識(shí)別與之密切相關(guān)的分子標(biāo)記是關(guān)鍵步驟
結(jié)論
通過這項(xiàng)研究，我們?nèi)媪私饬藷煵菘?em>Fusarium枯萎病的遺傳機(jī)制。本研究首次鑒定出了新的抗Fusarium枯萎病候選基因。這些基因?qū)⑼ㄟ^反向遺傳學(xué)方法（如基因編輯和過表達(dá)）進(jìn)一步驗(yàn)證。本研究鑒定出的SNP還將被轉(zhuǎn)化為KASP-PCR檢測(cè)方法，并用于標(biāo)記輔助育種
資助與致謝
作者感謝ICAR-國(guó)家商業(yè)農(nóng)業(yè)研究所（ICAR-National Institute for Research on Commercial Agriculture）的負(fù)責(zé)人提供田間和實(shí)驗(yàn)室設(shè)施。本研究得到了ITC有限公司-農(nóng)業(yè)事業(yè)部（ITC Limited-Agribusiness Division，安得拉邦拉賈姆恩德里533107）和ICAR-國(guó)家商業(yè)農(nóng)業(yè)研究所（ICAR-National Institute for Research on Commercial Agriculture，安得拉邦拉賈姆恩德里533107）的支持，特別是對(duì)謝舒·馬德哈夫·馬甘蒂（Sheshu Madhav Maganti）博士的支持。
CRediT作者貢獻(xiàn)聲明
桑賈娜·馬塔帕爾蒂（Sanjana Mattaparthi）：驗(yàn)證、方法學(xué)、數(shù)據(jù)分析。阿尼爾·A·哈克（Anil A. Hake）：寫作——審稿與編輯、初稿撰寫、驗(yàn)證、軟件使用、方法學(xué)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)整理。阿馬拉瓦蒂·耶拉里（Amaravathi Yellari）：寫作——審稿與編輯、監(jiān)督。霍薩普拉·謝卡拉拉朱·馬赫еша（Hosapura Shekhararaju Mahesha）：驗(yàn)證、方法學(xué)。卡尼甘蒂·特賈斯維（Kaniganti Thejaswi）：驗(yàn)證、方法學(xué)。普拉巴卡爾·拉奧·庫(kù)杜普迪（Prabhakar Rao Kudupudi）：監(jiān)督、方法學(xué)。馬德哈萬·斯里尼瓦桑（Madhavan Srinivasan）：監(jiān)督、資源提供、方法學(xué)。薩達(dá)戈班·拉馬克里希南（Sadagoban Ramakrishnan）：
利益沖突聲明
作者確認(rèn)他們沒有可能影響本研究結(jié)果的財(cái)務(wù)利益或個(gè)人關(guān)系。
