煙草對pvy抗性遺傳規(guī)律的研究

由司馬病引起的馬尼拉y病毒病，也被稱為“脈病”和“脈壞死”，在世界上的煙帶中隨處可見。PVY除單獨侵染外,常與煙草普通花葉病毒(TMV)和黃瓜花葉病毒(CMV)混合侵染,在病害流行年份,會造成煙株葉片脈壞死等嚴重損傷,極大影響了煙葉產(chǎn)、質。目前該病已成為我國煙葉產(chǎn)區(qū)重要病害之一,近年來在一些煙區(qū)時有發(fā)生,給煙葉生產(chǎn)造成了巨大損失。目前的研究報道多集中在對PVY生物學特性、發(fā)生規(guī)律、株系鑒定、抗源的篩選、抗性基因的定位和抗性形成機制等方面,對品種抗性遺傳機制等方面的研究報道較少。由于目前生產(chǎn)上對于煙草病毒病的防治尚無有效的藥劑,所以選育抗PVY品種在該病害的綜合治理中顯得尤為重要。1材料和方法試驗在山東中國煙草總公司青州煙草研究所試驗場和溫室進行。1.1材料表面1.1.1試驗品種2003年選用P=6個親本,2004年選用P=5個親本,親本基本情況見表1。1.1.2煙苗的復壯PVYN(壞死株系)為中國農(nóng)業(yè)科學院煙草研究所分離提純,接種到三生-NN(Nicotianatabacumvar.SamsunNN)煙苗上繁殖保存,為了防止保存期病毒致病性發(fā)生變異,在使用前15天轉接到三生-NN煙苗上復壯1次,備用。1.1.3年接收組合2002年開始在試驗地種植供試品種,按完全雙列雜交方法雜交,2003年收到組合C=P(P-1)=6(6-1)=30個雜交種和6個親本自交種;2004年收到C=P(P-1)=5(5-1)=20個雜交種和5個親本自交種。1.2測試方法1.2.1聚乙烯塑料假植育苗在溫室按照煙草托盤育苗方法和植物病毒研究的要求進行育苗操作和管理。先在25cm×15cm的塑料盤內(nèi)播種育苗,待煙苗長至2～3片真葉時,假植在38孔聯(lián)體聚乙烯塑料托盤內(nèi)。每個親本和每個F1代各假植3盤(重復3次)。2003年4月5日播種,5月6日假植;2004年3月1日播種,3月31日假植。1.2.2病毒的接種當煙苗長至5～6片真葉,剔除托盤內(nèi)長勢較弱的煙苗,采用汁液摩擦法進行接種。2003年6月12日接種,2004年4月27日接種。1.2.3植株分級標準待接種煙苗充分發(fā)病后,2003年7月1日調查,2004年5月10日調查,按以下標準逐株調查每一盤內(nèi)發(fā)病情況,計算出各參試材料的平均病情指數(shù)(表2)。病害嚴重度分級參照YC/T39-1996的規(guī)定。0級:全株無病;1級:心葉脈明或輕微花葉,或上部1/3葉片花葉但不變形,植株無明顯矮化;2級:1/3～1/2葉片花葉,或少數(shù)葉片變形,或主脈變黑,植株矮化為正常株高的1/3以上;3級:1/2至2/3葉片花葉、或變形或主側脈壞死,或植株矮化為正常株高的2/3至1/2;4級:全株葉片花葉,嚴重變形或壞死,病株矮化為正常植株高度的1/2以上至1/3。病情指數(shù)=∑(各級病株或病葉數(shù)×該病級數(shù))×100/(調查總株或葉數(shù)×最高級數(shù))1.2.4數(shù)據(jù)分析方法采用的遺傳模型:加性-顯性模型,統(tǒng)計分析模型:隨機或固定模型。一般配合力和特殊配合力按照Griffing(Ⅰ)方法,利用DPS進行分析;回歸和遺傳參數(shù)估計按Hayman雙列雜交方法,采用王志德編制的程序進行分析。進行統(tǒng)計分析時調查數(shù)據(jù)按100-觀察值計算。2結果與分析2.1不同抗性試驗抗病性鑒定如表2,參試材料間病情指數(shù)存在著極顯著差異,親本抗病性與以前結論相同;抗病組合病情指數(shù)低,感病組合病情指數(shù)高。兩年結果一致,親本能穩(wěn)定地把遺傳基因傳遞給后代,表明所選親本是可用的。2.2抗炎劑分析2.2.1般配合力方差分析從表3可以看出,親本和F1代之間一般配合力(GCA)方差和特殊配合力(SCA)方差達到極顯著水平(P=0.0001),表明不同組合F1抗病性狀表現(xiàn)差異較大,即親本在不同的雜交組合中貢獻的大小不同。同時,一般配合力方差顯著大于特殊配合力方差,GCA/SCA2003年為17.2274>3,2004為9.6691>3,說明對PVYN的抗病性以基因的加性效應為主,顯性效應處于次要地位,在煙草PVY抗病育種中一般配合力具有更為重要意義。方差分析結果還表明,2003年6個親本反交效應差異不顯著(P=0.2250),2004年反交效應達到極顯著水平(P=0.0000)。這可能由于所選幾個抗病品種均含有va等位基因,而va基因在VAM中表達時受到細胞質基因和Rvam2基因影響的原因造成的,因此在育種中反交效應應引起一定的重視。2.2.2pvyn抗性高值綜合兩年GCA分析結果(表4、表5),不同品種間GCA的大小具有較大的差異。同時根據(jù)GCA與0是否有顯著差異可知,V.SCR、VAM的GCA在兩年均較高,表現(xiàn)穩(wěn)定,效應值顯著大于0,是PVYN抗性高值親本,較適宜做為選育抗PVYN抗性來源的親本。K326和NC95一般配合力在兩年中均較低,效應值顯著小于0,是PVYN抗性低值親本,不適宜做為選育抗PVYN抗性來源的親本。2.2.3scr和k326組合綜合兩年SCA分析結果(表6),不同親本配制的不同組合或同一親本配制的不同組合,其相對性狀的SCA效應存在較大差異,V.SCR與K326組合SCA值2003年為11.7131,2004年為13.5660,VAM和TN86組合SCA值2003為13.5947,2004年為7.8170,表現(xiàn)較高,有進一步研究利用價值。TN86在與其它親本組合中,除與VAM組合外,兩年的SCA值均表現(xiàn)較低。NC95和K326在不同年份表現(xiàn)不同,說明這兩個親本對PVYN的敏感性受環(huán)境影響較大。2.3兩種單帶哈氏法的分析2.3.1回歸線結果分析回歸分析結果,2003年b=0.9398、2004年b=1.1665與b=0差異極顯著(P=0.01,2003年t4,0=4.8734,2004年t3,0=6.105),與b=1差異不顯著(2003年t4,1=0.3124,2004年t3,1=0.872),說明Wri-Vri=W-V,表明參試品種的PVY抗性遺傳符合加性-顯性模型,沒有上位效應,Hayman六點假設成立。2003年a=152.4644>0,2004年a=96.9445>0,說明抗性基因為部分顯性?；貧w線交Wr于原點以上(a>0),說明加性效應是主要的,同時存在部分顯性。兩年結果一致。2003年回歸方程為Wr=152.4644+0.9398Vr,2004年回歸方程為Wr=96.9445+1.665Vr,沿著回歸線,各點(Wri,Vri)次序可以說明親本顯性基因和隱性基因的分布,具有最多顯性基因的親本有最低的Wri和Vri值,該點最接近原點,具有最多隱性基因品種具有最高的Wri和Vri值,該點遠離原點。將各親本含有的顯性基因從多到少次序排序:2003年4(V.SCR)>1(VAM)>3(NC95)>5(Zamajska4)>6(K326)>2(TN86);2004年3(NC95)>4(V.SCR)>1(VAM)>2(TN86)>5(K326)?？梢奦.SCR抗性較多地由顯性基因引起,TN86抗性較多地由隱性基因引起。NC95的感病性是由相對較多的顯性基因控制的,K326的感病性是由隱性基因控制的。各親本W(wǎng)r+Vr值與其病情指數(shù)平均值yr的相關程度達不到顯著水平(2003年r=-0.4088,2004年r=-0.0876)。2.3.2基因位點上的基因分布從表8列出的遺傳參數(shù)估算可以看到,兩年試驗中反映加性效應的D和反映顯性效應的H1和H2都達到了顯著和極顯著水平,D>H1,平均顯性度(H1/D)1/2小于1,表現(xiàn)為加性效應為主的部分顯性,表明參試品種的PVYN抗性遺傳中加性效應和顯性效應都是重要的,和回歸分析的結果相一致。所有位點上的uv估算值H2/4H1均小于最大值0.25,表明抗病的基因位點上的基因分布的不對稱性,顯性等位基因和隱性等位基因的貢獻不同。h2/H22003年為-0.3696,2004年為-0.1253,無法確定控制PVYN抗性的基因數(shù),可能基因之間的互補作用造成這一估算值偏低或可能由于顯性基因存在抗病和感病兩種方向的計算而引起的。(1/2F)2/D(H1-H2)2003年為0.00012,2004年為0.3998,說明(u-v)h/d在位點之間差異很大,并不是所有位點上的顯性程度都是一樣的,可能有些位點呈部分顯性,另外一些位點呈完全顯性或超顯性。狹義遺傳力hN2估算值2003年為81.70%,2004年為74.43%,說明加性效應在遺傳變異中的重要性,VAM、V.SCR、TN86的抗性可以通過基因累加的方式在后代中表現(xiàn)出來。兩年中環(huán)境方差E顯著,表明環(huán)境條件對PVYN抗性的表達影響較大。3不同菌株間的雜交組合及其基因型基因文化的表達3.1方差分析結果表明,2003年6個親本反交效應差異不顯著,應屬于核基因控制的遺傳,但2004年反交效應達到極顯著水平,與2003年相比結果不一致。已知VAM中的va基因的表達與細胞質基因有關,可以肯定VAM中的va基因的表達存在著核質互作現(xiàn)象,但是否在V.SCR和TN86中也存在相同現(xiàn)象尚不能確定。兩年試驗中,接種的時間不一樣,2004年接種后病毒潛育期間溫度較2003年高,而PVY的癥狀表現(xiàn)在較高的溫度下會出現(xiàn)隱癥的情況。這樣核質互作發(fā)生與否就有可能受環(huán)境條件的影響,較高的溫度不利于核質互作的發(fā)生。而在Hayman回歸分析中的結果表明正反交無顯著差異。反交效應兩年結果不一致原因有待于進一步研究驗證。3.2由于Vri是含有第i親本的各組合的方差,Wri是第i列各組合和它的非輪回親本(包括第i親本)的協(xié)方差,反映的是包括i在內(nèi)的各組合對研究性狀變異程度。若一個親本含有顯性基因(包括抗病基因和感病基因),其雜交組合F1代由于顯性基因的作用,必然會導致不同組合間變異程度減少,具有較小的Vr和Wr值。同樣,若一個親本含有隱性基因(包括抗病基因和感病基因),其雜交組合F1代由于顯性基因與隱性基因的互作,必然會導致不同組合間變異程度增大,具有較大的Vr和Wr值。本試驗2003年r(Wri+Vri,yr)=-0.4088,2004年r(Wri+Vri,yr)=-0.0876,均未達到顯著水平。V.SCR具有較小的Vr和Wr值,TN86具有較大的Vr和Wr值,VAM處于二者之間。由此可見,V.SCR和TN86雖都為抗病品種,但其抗病機制不同,V.SCR的抗性是由較多的表現(xiàn)顯性的基因控制,而TN86的抗性是由較多的表現(xiàn)隱性的基因控制的。同樣NC95的感病性是由顯性基因控制,K326的感病性是由隱性基因控制的。由于D>H1,顯性基因表現(xiàn)為部分顯性,環(huán)境條件可能對顯性基因的表達有較大影響。兩年環(huán)境方差E都達到顯著水平,說明環(huán)境對基因表達有影響。與大田煙株PVY發(fā)病規(guī)律相同,氣溫低時發(fā)病重,氣溫高時發(fā)病輕。3.3V.SCR、TN86和VAM3個品種均攜帶va等位基因;Yamamoto、Noguchi等進一步證實V.SCR中攜帶有隱性的va2基因;VAM對PVY的抗性不但與va基因有關,而且與細胞質基因以及另一隱性基因Rvam2有關,但VAM做父本雜交時,細胞質基因和Rvam2并不一定傳遞給后代,可能只有來自VAM的va核基因傳給了TN86。雖然3個品種都含有va等位基因,由于選育方式不一樣,相互之間還是有區(qū)別的。根據(jù)特殊配合力的定義,理論上若3個品種間基因相同,則這種組合SCA應等于零,本試驗V.SCR、TN86和VAM之間大部分組合SCA顯著不等于0,也證實了3個品種間的基因差異。綜合兩年結果,參試品種顯性基因和隱性基因的數(shù)量表現(xiàn)和抗性機制不同,V.SCR含有較多顯性基因,TN86含有較多的隱性基因,VAM中顯性和隱性基因大體相等。這種區(qū)別也可能由于:本試驗所用材料分別來源于不同的遺傳組合,其抗性基因的作用因遺傳背景而異,在某遺傳背景中表現(xiàn)為主效基因,而在另一遺傳背景中表現(xiàn)為微效基因,因此造成了基因型間抗病性的顯著差異。另外基因間的相互作用有時是復雜的,由于有