Molecular Breeding：新型辣椒疫霉病抗性KASP分子標(biāo)記的開發(fā)與驗證

辣椒疫霉病（包括葉霉病、根腐病、莖腐病以及果腐病）是由辣椒疫霉菌(Phytopahthora capsici)引起的一種嚴(yán)重的全球性病害。該病害每年造成全球損失超過一億美元，其病原體可以在幾天內(nèi)迅速擴散至全田造成絕收。不同的辣椒疫霉病病癥具有病原菌侵染部位和生理小種的特異性，因此，辣椒疫霉病抗性育種需要挖掘一系列針對不同病癥和生理小種的抗性基因，這增加了辣椒疫霉病抗性育種的復(fù)雜性。前人的研究中，辣椒疫霉病的抗性遺傳基礎(chǔ)既有數(shù)量基因又有質(zhì)量基因，12條染色體上均有分布。站在育種的角度，具有抗性資源和病原菌小種特異的分子標(biāo)記更適合于辣椒疫霉病抗性分子標(biāo)記輔助回交改良。

近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所的研究團(tuán)隊在《Molecular Breeding》在線發(fā)表了題為Development and validation of KASP markers for resistance to Phytophthora capsici in Capsicum annuum L的研究論文，介紹了研究團(tuán)隊基于GWAS分析的結(jié)果開發(fā)新型辣椒疫霉病抗性KASP分子標(biāo)記并進(jìn)行驗證，用于分子標(biāo)記輔助選擇育種實踐。 研究團(tuán)隊利用一個包含53個抗病材料和188個感病材料的自然群體開展GWAS分析，通過重測序獲得基因型數(shù)據(jù)，平均測序深度約為8倍，總共篩選到3,329,373個SNP標(biāo)記。GWAS分析結(jié)果顯示，5號染色體上有一個顯著相關(guān)的區(qū)段，總共有398個SNP與抗性顯著相關(guān)（如圖1所示）。在候選區(qū)段內(nèi)，總共有9個被功能注釋的基因，其中最有可能為候選基因的為一個編碼LRR-RLK的Capana05g000704基因。
  研究團(tuán)隊總共挑選了候選區(qū)段內(nèi)的785個SNP用于開發(fā)KASP分子標(biāo)記，成功設(shè)計了165對KASP標(biāo)記引物，其中47對高質(zhì)量的KASP標(biāo)記引物用于測試，其中在抗/感材料之間顯示有多態(tài)性的30個KASP標(biāo)記被認(rèn)為是與辣椒疫霉病抗性相關(guān)聯(lián)的。
  研究團(tuán)隊選擇位于候選基因Capana05g000704編碼區(qū)的7個KASP標(biāo)記用于GWAS群體的進(jìn)一步驗證。這些KASP標(biāo)記在群體中平均的預(yù)測準(zhǔn)確率為82.7%，其中高抗材料中的預(yù)測準(zhǔn)確率為66.7%，高感材料中的預(yù)測準(zhǔn)確率為99.1%。 研究團(tuán)隊利用4個KASP標(biāo)記（5-130、5-141、5-148和5-150）鑒定來源于PC83-163群體的42份材料的基因型，這4個標(biāo)記分散在候選基因Capana05g000704上。研究團(tuán)隊選用CM334作為抗性對照、Qiemen作為感病對照。接種后，CM334的莖病斑長度為0.43cm，而Qiemen的莖病斑長度為8.38cm（如圖2、3a、4所示），大部分的PC83-163群體材料的抗性要比Qiemen強，莖病斑長度平均為5.14cm，分布為1.4cm至10.0cm（圖3b、4）。
綜上所述，研究團(tuán)隊針對辣椒疫霉病開發(fā)了一套新型的KASP分子標(biāo)記，并有潛力應(yīng)用于辣椒疫霉病抗性育種。

—— 參考文獻(xiàn) ——

Zhang, Z., Cao, Y., Wang, Y, et al. Development and validation of KASP markers for resistance to Phytophthora capsici in Capsicum annuum L. Molecular Breeding, 2023, 43, 20.
 

北大荒墾豐種業(yè)-澤泉科技生物技術(shù)與表型服務(wù)中心是由北大荒墾豐種業(yè)股份有限公司和上海澤泉科技股份有限公司共同建設(shè)的開放式高通量植物基因型-表型-育種服務(wù)平臺。中心建立了基因克隆和載體平臺、作物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、基因型分析平臺、表型鑒定分析平臺、數(shù)據(jù)分析和利用平臺等現(xiàn)代化生物技術(shù)和信息支持平臺，是定位于為植物科研和作物育種提供植物基因型-表型-育種數(shù)據(jù)分析的科研服務(wù)平臺。

為了縮短您的育種進(jìn)程，提高您的育種成功率，北大荒墾豐種業(yè)-澤泉科技生物技術(shù)與表型服務(wù)中心將為您提供：分子標(biāo)記開發(fā)與檢測服務(wù)+分子標(biāo)記輔助選擇/回交育種服務(wù)+高通量抗性表型鑒定的硬件和服務(wù)方案。

分子標(biāo)記開發(fā)與檢測服務(wù)

根據(jù)目標(biāo)DNA/基因序列,可開發(fā)高效的分子標(biāo)記（SNP-KASP、SSR等），并可實現(xiàn)單日最高一萬SSR數(shù)據(jù)點，以及數(shù)以十萬計的SNP數(shù)據(jù)點檢測。
 

結(jié)果展示：
 

SSR-瓊脂糖電泳圖
 

SNP-基因分型圖
 

應(yīng)用領(lǐng)域：
 

● 玉米、大豆、水稻等作物品種真實性鑒定	● 基因精細(xì)定位
● 玉米、大豆、水稻等作物品種一致性檢測	● 種質(zhì)資源分析
● 玉米、大豆、水稻等作物品種純度檢測	● 分子標(biāo)記輔助育種

分子標(biāo)記輔助選擇/回交育種服務(wù)

利用分子標(biāo)記輔助目標(biāo)基因選擇、背景選擇和去連鎖選擇，針對優(yōu)良自交系的個別“短板”進(jìn)行“定向”改良，回交不超過3代，獲得與原自交系一致或高度相似的新材料。

技術(shù)流程：
 

應(yīng)用領(lǐng)域：水稻、玉米、大豆、小麥等作物定向改良。
 

高通量抗性表型鑒定的硬件和服務(wù)方案

植物結(jié)構(gòu)特征性很強，具有復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。對自然界的植物形態(tài)及生長發(fā)育進(jìn)行建模，有利于探索植物生長過程的規(guī)律，同時還能在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中指導(dǎo)作物栽培、新品種選育及模擬農(nóng)作物管理。北大荒墾豐種業(yè)-澤泉科技生物技術(shù)與表型服務(wù)中心培養(yǎng)室內(nèi)植物，對其進(jìn)行 3D 掃描成像，可構(gòu)建三維點陣云圖，還可以通過可見光結(jié)合計算機視覺，可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化非破壞性的高通量分析。作物穗結(jié)構(gòu)與種子性狀屬于多基因位點控制的數(shù)量性狀，可間接反映產(chǎn)量潛力、種子的活力和質(zhì)量，研究穗結(jié)構(gòu)與種子性狀，對于育種、種質(zhì)資源研究具有深遠(yuǎn)意義。常規(guī)的穗結(jié)構(gòu)與種子性狀分析多采用人眼觀察、尺子測量的方法，誤差大，可實現(xiàn)的參數(shù)少，可重復(fù)性差。北大荒墾豐種業(yè)-澤泉科技生物技術(shù)與表型服務(wù)中心標(biāo)準(zhǔn)化無損的高通量測量穗結(jié)構(gòu)以及種子，大大提高了測量精度以及效率。
 

溫室型高通量植物表型成像系統(tǒng)
 

實驗室植物表型成像系統(tǒng)
 

掃描得到的植物 3D 點陣云圖
 

基于 Scanalyzer HTS 頂部可見光成像的包菜種子形態(tài)、大小篩選
 

擬南芥對稱性分析
 

應(yīng)用高通量表型平臺分析水分對黃瓜的影響
 

除了數(shù)量性狀的建模分析，北大荒墾豐種業(yè)-澤泉科技生物技術(shù)與表型服務(wù)中心還可以對植物質(zhì)量性狀進(jìn)行表型信息學(xué)分析。通過對擬南芥、甜瓜、橡膠的可見光頂部和側(cè)面成像，可以分析頂部和側(cè)面投影葉面積、緊湊度、圓度、生長速率、卡尺長度、株高、冠幅寬度、葉片顏色分布等形態(tài)參數(shù)。目前，平臺已針對小麥、水稻、玉米、黃瓜、番茄、辣椒、楊樹、丹參、擬南芥、煙草、蕎麥等多種植物進(jìn)行表型服務(wù)，服務(wù)內(nèi)容涉及脅迫生理，生長模型構(gòu)建、生長勢評價等領(lǐng)域。
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