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

辣椒疫霉�。�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(kuò)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(duì)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(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所的研究團(tuán)隊(duì)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(duì)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(yàn)證，用于分子標(biāo)記輔助選擇育種實(shí)踐。 研究團(tuán)隊(duì)利用一個(gè)包含53個(gè)抗病材料和188個(gè)感病材料的自然群體開展GWAS分析，通過重測(cè)序獲得基因型數(shù)據(jù)，平均測(cè)序深度約為8倍，總共篩選到3,329,373個(gè)SNP標(biāo)記。GWAS分析結(jié)果顯示，5號(hào)染色體上有一個(gè)顯著相關(guān)的區(qū)段，總共有398個(gè)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(gè)被功能注釋的基因，其中最有可能為候選基因的為一個(gè)編碼LRR-RLK的Capana05g000704基因。
  研究團(tuán)隊(duì)總共挑選了候選區(qū)段內(nèi)的785個(gè)SNP用于開發(fā)KASP分子標(biāo)記，成功設(shè)計(jì)了165對(duì)KASP標(biāo)記引物，其中47對(duì)高質(zhì)量的KASP標(biāo)記引物用于測(cè)試，其中在抗/感材料之間顯示有多態(tài)性的30個(gè)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(duì)選擇位于候選基因Capana05g000704編碼區(qū)的7個(gè)KASP標(biāo)記用于GWAS群體的進(jìn)一步驗(yàn)證。這些KASP標(biāo)記在群體中平均的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為82.7%，其中高抗材料中的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為66.7%，高感材料中的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為99.1%。 研究團(tuán)隊(duì)利用4個(gè)KASP標(biāo)記（5-130、5-141、5-148和5-150）鑒定來(lái)源于PC83-163群體的42份材料的基因型，這4個(gè)標(biāo)記分散在候選基因Capana05g000704上。研究團(tuán)隊(duì)選用CM334作為抗性對(duì)照、Qiemen作為感病對(duì)照。接種后，CM334的莖病斑長(zhǎng)度為0.43cm，而Qiemen的莖病斑長(zhǎng)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(qiáng)，莖病斑長(zhǎng)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(duì)針對(duì)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(tái)。中心建立了基因克隆和載體平臺(tái)、作物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、基因型分析平臺(tái)、表型鑒定分析平臺(tái)、數(shù)據(jù)分析和利用平臺(tái)等現(xiàn)代化生物技術(shù)和信息支持平臺(tái)，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(tái)。

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(cè)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(cè)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(shí)現(xiàn)單日最高一萬(wàn)SSR數(shù)據(jù)點(diǎn)，以及數(shù)以十萬(wàn)計(jì)的SNP數(shù)據(jù)點(diǎn)檢測(cè)。
 

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(shí)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(cè)	● 種質(zhì)資源分析
● 玉米、大豆、水稻等作物品種純度檢測(cè)	● 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(duì)優(yōu)良自交系的個(gè)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(qiáng)，具有復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。對(duì)自然界的植物形態(tài)及生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)行建模，有利于探索植物生長(zhǎng)過程的規(guī)律，同時(shí)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(duì)其進(jìn)行 3D 掃描成像，可構(gòu)建三維點(diǎn)陣云圖，還可以通過可見光結(jié)合計(jì)算機(jī)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(diǎn)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(duì)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(cè)量的方法，誤差大，可實(shí)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(wú)損的高通量測(cè)量穗結(jié)構(gòu)以及種子，大大提高了測(cè)量精度以及效率。
 

溫室型高通量植物表型成像系統(tǒng)
 

實(shí)驗(yàn)室植物表型成像系統(tǒng)
 

掃描得到的植物 3D 點(diǎn)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(duì)稱性分析
 

應(yīng)用高通量表型平臺(tái)分析水分對(duì)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(duì)植物質(zhì)量性狀進(jìn)行表型信息學(xué)分析。通過對(duì)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(zhǎng)速率、卡尺長(zhǎng)度、株高、冠幅寬度、葉片顏色分布等形態(tài)參數(shù)。目前，平臺(tái)已針對(duì)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(zhǎng)模型構(gòu)建、生長(zhǎng)勢(shì)評(píng)價(jià)等領(lǐng)域。
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