一作解读|TAG：两个小麦抗黑森瘿蚊（Hessianfly）新基因H35和H36的定位

小麦研究联盟推荐搜索

小麦黑森瘿蚊

GBS

分子标记

柏贵华

小麦黑森瘿蚊Mayetiola destructor（Say）属双翅目，瘿蚊科。原产于西亚新月地带，后随其寄主茎秆传播至世界其他地区。现主要分布于欧洲，西亚，北美和南非等小麦种植区，在我国新疆地区也有发现。黑森瘿蚊会导致小麦叶鞘和叶片生长异常，植株生长受阻，最终导致植株死亡，从而严重影响小麦的产量。目前，黑森瘿蚊已成为美国小麦生产上最严重的害虫之一。

美国硬红冬小麦品系SD06165对黑森瘿蚊具有高效、稳定的抗性。为了定位SD06165携带的抗虫基因，将其与不抗虫品种OK05312进行杂交，通过单粒传法得到群体大小为154个株系的F_5:6重组自交系群体（RIL）。利用GBS（Genotyping-by-sequencing）技术对该RIL群体进行基因分型，结合两季表型数据进行抗虫QTL定位。

表型鉴定于2018年春季和秋季在堪萨斯州立大学温室中进行。通过统计每个家系的抗虫植株数目和植株总数，计算各家系的抗虫植株比例作为表型数据进行QTL定位。两季鉴定结果显示，抗虫亲本SD06165对小麦黑森瘿蚊表现出73.7%和78.5%的部分抗性；不抗虫亲本OK05312则对黑森瘿蚊表现完全感染（Fig. 1）。在RIL群体中有超过64.3%植株对黑森瘿蚊表现出高感（<10%抗性）。统计结果显示，该定位群体抗性由多个基因控制。

Fig. 1 Frequency distribution of the percentage of Hessian fly resistant lines in the population of SD06165/OK05312 evaluated in 2018 spring (Rep. I) and fall (Rep. II) and the mean over the two experiments.

GBS分析共检测到10,045个SNP位点，筛选其中1709个缺失率小于20%的SNP位点构建遗传连锁图谱。最终得到一张由44个连锁群组成、含有1671个SNP位点、覆盖小麦21条染色体的遗传连锁图。利用该遗传图谱检测到两个QTL位点，分别位于3B和7A染色体。

为了弥补GBS缺失数据并校对GBS基因型结果，分别将两个QTL附近的SNP转化成KASP标记。最后，3BS染色体上的17个SNP位点和7AS染色体上的8个SNP位点成功转化成KASP标记。25个KASP标记替换对应的GBS-SNP后重新构建遗传图谱并进行QTL定位。定位结果显示，3BS染色体QTL被定位在GBS-SNP SDOK-M6771和KASP-SNP SDOKSNP2371之间，区间大小为3.0 cM，可以解释23.82-36.00%的表型变异（Fig. 2，Table 1）。根据中国春参考基因组序列（IWGSC 2018），该QTL位于3B染色体664,035 -4,310,482 bp的物理区间。该区间包含100个高可信度参考基因，其中11个基因可能与抗虫能力相关。7AS染色体QTL被定位在一个11.1 cM的区间之内，侧翼标记为KASP-SNP SDOKSNP8760和GBS-SNP SDOK-M5043，可以解释8.50-13.07%的表型变异。通过比较前人报道结果，3BS和7AS染色体上没有抗黑森瘿蚊的基因被定位和报道。因此，我们将3BS染色体QTL命名为H35，7AS染色体QTL命名为H36。

Fig. 2 Linkage groups corresponding tochromosome arms 3BS and 7AS that carry the two QTLs for Hessian fly resistance.

Table 1 Chromosome locations, flanking markers, Log of odd (LOD) value, phenotypic variation explained (PVE) and additive effect (Add) of the wheat Hessian fly resistance QTLs mapped in SD06165/OK05312 RIL population.

利用与两个QTL紧密连锁的分子标记SDOKSNP7679和SDOKSNP1618的基因型数据，可以将RIL群体分成四种不同的基因型（aabb，aaBB，AAbb和AABB）。其中‘A’和‘B’分别代表H35和H36的抗性等位基因。在156个株系的RIL群体中，有36个RIL家系为aabb基因型，其抗性为1.11-5.97%；有38个RIL家系为aaBB基因型，其抗性为1.45-13.16%；有40个RIL家系为AAbb基因型，其抗性为26.38-29.63%；有40个RIL家系为AABB基因型，其抗性为57.50-68.50%（Fig. 3）。上述结果表明，仅携带H36抗性等位基因的株系，对黑森瘿蚊抗性很低；仅携带H35抗性等位基因的株系对黑森瘿蚊的抗性较高；而同时携带两个抗性等位基因的株系，其抗虫性显著高于H35和H36的抗性之和。由此可见，H35和H36的抗虫效应并非简单相加，而是存在基因间互作现象。

Fig. 3 Comparison of the mean Hessian fly resistance ratings (%) of different resistance gene combinations in the recombinant inbred population evaluated in two experiments.

该研究从小麦品系SD06165中定位了两个新的抗虫基因H35和H36，不仅丰富了抗虫基因资源，而且紧密连锁的KASP标记可以在小麦育种工作中有效检测这两个抗虫基因，加速这两个基因在育种过程中的应用以及与其它抗性基因的聚合。

2020年5月20日，这一研究成果在线发表在Theoretical and Applied Genetics上（https://doi.org/10.1007/s00122-020-03602-3），论文题目为“Identification of two novel Hessian fly resistance genes H35 and H36 in a hard winter wheatline SD06165”。论文第一作者是赵兰飞博士，美国堪萨斯州立大学柏贵华教授是该论文的通讯作者。论文其他主要参与者还包括美国堪萨斯州立大学的Nader Ragab Abdelsalam博士、许云峰博士、陈明顺教授，西北农林科技大学冯毅博士和山东农业大学孔令让教授。