烟草对pvy抗性遗传规律的研究

烟草对pvy抗性遗传规律的研究

由司马病引起的马尼拉y病毒病，也被称为“脉病”和“脉坏死”，在世界上的烟带中随处可见。PVY除单独侵染外,常与烟草普通花叶病毒(TMV)和黄瓜花叶病毒(CMV)混合侵染,在病害流行年份,会造成烟株叶片脉坏死等严重损伤,极大影响了烟叶产、质。目前该病已成为我国烟叶产区重要病害之一,近年来在一些烟区时有发生,给烟叶生产造成了巨大损失。目前的研究报道多集中在对PVY生物学特性、发生规律、株系鉴定、抗源的筛选、抗性基因的定位和抗性形成机制等方面,对品种抗性遗传机制等方面的研究报道较少。由于目前生产上对于烟草病毒病的防治尚无有效的药剂,所以选育抗PVY品种在该病害的综合治理中显得尤为重要。1材料和方法试验在山东中国烟草总公司青州烟草研究所试验场和温室进行。1.1材料表面1.1.1试验品种2003年选用P=6个亲本,2004年选用P=5个亲本,亲本基本情况见表1。1.1.2烟苗的复壮PVYN(坏死株系)为中国农业科学院烟草研究所分离提纯,接种到三生-NN(Nicotianatabacumvar.SamsunNN)烟苗上繁殖保存,为了防止保存期病毒致病性发生变异,在使用前15天转接到三生-NN烟苗上复壮1次,备用。1.1.3年接收组合2002年开始在试验地种植供试品种,按完全双列杂交方法杂交,2003年收到组合C=P(P-1)=6(6-1)=30个杂交种和6个亲本自交种;2004年收到C=P(P-1)=5(5-1)=20个杂交种和5个亲本自交种。1.2测试方法1.2.1聚乙烯塑料假植育苗在温室按照烟草托盘育苗方法和植物病毒研究的要求进行育苗操作和管理。先在25cm×15cm的塑料盘内播种育苗,待烟苗长至2～3片真叶时,假植在38孔联体聚乙烯塑料托盘内。每个亲本和每个F1代各假植3盘(重复3次)。2003年4月5日播种,5月6日假植;2004年3月1日播种,3月31日假植。1.2.2病毒的接种当烟苗长至5～6片真叶,剔除托盘内长势较弱的烟苗,采用汁液摩擦法进行接种。2003年6月12日接种,2004年4月27日接种。1.2.3植株分级标准待接种烟苗充分发病后,2003年7月1日调查,2004年5月10日调查,按以下标准逐株调查每一盘内发病情况,计算出各参试材料的平均病情指数(表2)。病害严重度分级参照YC/T39-1996的规定。0级:全株无病;1级:心叶脉明或轻微花叶,或上部1/3叶片花叶但不变形,植株无明显矮化;2级:1/3～1/2叶片花叶,或少数叶片变形,或主脉变黑,植株矮化为正常株高的1/3以上;3级:1/2至2/3叶片花叶、或变形或主侧脉坏死,或植株矮化为正常株高的2/3至1/2;4级:全株叶片花叶,严重变形或坏死,病株矮化为正常植株高度的1/2以上至1/3。病情指数=∑(各级病株或病叶数×该病级数)×100/(调查总株或叶数×最高级数)1.2.4数据分析方法采用的遗传模型:加性-显性模型,统计分析模型:随机或固定模型。一般配合力和特殊配合力按照Griffing(Ⅰ)方法,利用DPS进行分析;回归和遗传参数估计按Hayman双列杂交方法,采用王志德编制的程序进行分析。进行统计分析时调查数据按100-观察值计算。2结果与分析2.1不同抗性试验抗病性鉴定如表2,参试材料间病情指数存在着极显著差异,亲本抗病性与以前结论相同;抗病组合病情指数低,感病组合病情指数高。两年结果一致,亲本能稳定地把遗传基因传递给后代,表明所选亲本是可用的。2.2抗炎剂分析2.2.1般配合力方差分析从表3可以看出,亲本和F1代之间一般配合力(GCA)方差和特殊配合力(SCA)方差达到极显著水平(P=0.0001),表明不同组合F1抗病性状表现差异较大,即亲本在不同的杂交组合中贡献的大小不同。同时,一般配合力方差显著大于特殊配合力方差,GCA/SCA2003年为17.2274>3,2004为9.6691>3,说明对PVYN的抗病性以基因的加性效应为主,显性效应处于次要地位,在烟草PVY抗病育种中一般配合力具有更为重要意义。方差分析结果还表明,2003年6个亲本反交效应差异不显著(P=0.2250),2004年反交效应达到极显著水平(P=0.0000)。这可能由于所选几个抗病品种均含有va等位基因,而va基因在VAM中表达时受到细胞质基因和Rvam2基因影响的原因造成的,因此在育种中反交效应应引起一定的重视。2.2.2pvyn抗性高值综合两年GCA分析结果(表4、表5),不同品种间GCA的大小具有较大的差异。同时根据GCA与0是否有显著差异可知,V.SCR、VAM的GCA在两年均较高,表现稳定,效应值显著大于0,是PVYN抗性高值亲本,较适宜做为选育抗PVYN抗性来源的亲本。K326和NC95一般配合力在两年中均较低,效应值显著小于0,是PVYN抗性低值亲本,不适宜做为选育抗PVYN抗性来源的亲本。2.2.3scr和k326组合综合两年SCA分析结果(表6),不同亲本配制的不同组合或同一亲本配制的不同组合,其相对性状的SCA效应存在较大差异,V.SCR与K326组合SCA值2003年为11.7131,2004年为13.5660,VAM和TN86组合SCA值2003为13.5947,2004年为7.8170,表现较高,有进一步研究利用价值。TN86在与其它亲本组合中,除与VAM组合外,两年的SCA值均表现较低。NC95和K326在不同年份表现不同,说明这两个亲本对PVYN的敏感性受环境影响较大。2.3两种单带哈氏法的分析2.3.1回归线结果分析回归分析结果,2003年b=0.9398、2004年b=1.1665与b=0差异极显著(P=0.01,2003年t4,0=4.8734,2004年t3,0=6.105),与b=1差异不显著(2003年t4,1=0.3124,2004年t3,1=0.872),说明Wri-Vri=W-V,表明参试品种的PVY抗性遗传符合加性-显性模型,没有上位效应,Hayman六点假设成立。2003年a=152.4644>0,2004年a=96.9445>0,说明抗性基因为部分显性。回归线交Wr于原点以上(a>0),说明加性效应是主要的,同时存在部分显性。两年结果一致。2003年回归方程为Wr=152.4644+0.9398Vr,2004年回归方程为Wr=96.9445+1.665Vr,沿着回归线,各点(Wri,Vri)次序可以说明亲本显性基因和隐性基因的分布,具有最多显性基因的亲本有最低的Wri和Vri值,该点最接近原点,具有最多隐性基因品种具有最高的Wri和Vri值,该点远离原点。将各亲本含有的显性基因从多到少次序排序: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)。可见V.SCR抗性较多地由显性基因引起,TN86抗性较多地由隐性基因引起。NC95的感病性是由相对较多的显性基因控制的,K326的感病性是由隐性基因控制的。各亲本Wr+Vr值与其病情指数平均值yr的相关程度达不到显著水平(2003年r=-0.4088,2004年r=-0.0876)。2.3.2基因位点上的基因分布从表8列出的遗传参数估算可以看到,两年试验中反映加性效应的D和反映显性效应的H1和H2都达到了显著和极显著水平,D>H1,平均显性度(H1/D)1/2小于1,表现为加性效应为主的部分显性,表明参试品种的PVYN抗性遗传中加性效应和显性效应都是重要的,和回归分析的结果相一致。所有位点上的uv估算值H2/4H1均小于最大值0.25,表明抗病的基因位点上的基因分布的不对称性,显性等位基因和隐性等位基因的贡献不同。h2/H22003年为-0.3696,2004年为-0.1253,无法确定控制PVYN抗性的基因数,可能基因之间的互补作用造成这一估算值偏低或可能由于显性基因存在抗病和感病两种方向的计算而引起的。(1/2F)2/D(H1-H2)2003年为0.00012,2004年为0.3998,说明(u-v)h/d在位点之间差异很大,并不是所有位点上的显性程度都是一样的,可能有些位点呈部分显性,另外一些位点呈完全显性或超显性。狭义遗传力hN2估算值2003年为81.70%,2004年为74.43%,说明加性效应在遗传变异中的重要性,VAM、V.SCR、TN86的抗性可以通过基因累加的方式在后代中表现出来。两年中环境方差E显著,表明环境条件对PVYN抗性的表达影响较大。3不同菌株间的杂交组合及其基因型基因文化的表达3.1方差分析结果表明,2003年6个亲本反交效应差异不显著,应属于核基因控制的遗传,但2004年反交效应达到极显著水平,与2003年相比结果不一致。已知VAM中的va基因的表达与细胞质基因有关,可以肯定VAM中的va基因的表达存在着核质互作现象,但是否在V.SCR和TN86中也存在相同现象尚不能确定。两年试验中,接种的时间不一样,2004年接种后病毒潜育期间温度较2003年高,而PVY的症状表现在较高的温度下会出现隐症的情况。这样核质互作发生与否就有可能受环境条件的影响,较高的温度不利于核质互作的发生。而在Hayman回归分析中的结果表明正反交无显著差异。反交效应两年结果不一致原因有待于进一步研究验证。3.2由于Vri是含有第i亲本的各组合的方差,Wri是第i列各组合和它的非轮回亲本(包括第i亲本)的协方差,反映的是包括i在内的各组合对研究性状变异程度。若一个亲本含有显性基因(包括抗病基因和感病基因),其杂交组合F1代由于显性基因的作用,必然会导致不同组合间变异程度减少,具有较小的Vr和Wr值。同样,若一个亲本含有隐性基因(包括抗病基因和感病基因),其杂交组合F1代由于显性基因与隐性基因的互作,必然会导致不同组合间变异程度增大,具有较大的Vr和Wr值。本试验2003年r(Wri+Vri,yr)=-0.4088,2004年r(Wri+Vri,yr)=-0.0876,均未达到显著水平。V.SCR具有较小的Vr和Wr值,TN86具有较大的Vr和Wr值,VAM处于二者之间。由此可见,V.SCR和TN86虽都为抗病品种,但其抗病机制不同,V.SCR的抗性是由较多的表现显性的基因控制,而TN86的抗性是由较多的表现隐性的基因控制的。同样NC95的感病性是由显性基因控制,K326的感病性是由隐性基因控制的。由于D>H1,显性基因表现为部分显性,环境条件可能对显性基因的表达有较大影响。两年环境方差E都达到显著水平,说明环境对基因表达有影响。与大田烟株PVY发病规律相同,气温低时发病重,气温高时发病轻。3.3V.SCR、TN86和VAM3个品种均携带va等位基因;Yamamoto、Noguchi等进一步证实V.SCR中携带有隐性的va2基因;VAM对PVY的抗性不但与va基因有关,而且与细胞质基因以及另一隐性基因Rvam2有关,但VAM做父本杂交时,细胞质基因和Rvam2并不一定传递给后代,可能只有来自VAM的va核基因传给了TN86。虽然3个品种都含有va等位基因,由于选育方式不一样,相互之间还是有区别的。根据特殊配合力的定义,理论上若3个品种间基因相同,则这种组合SCA应等于零,本试验V.SCR、TN86和VAM之间大部分组合SCA显著不等于0,也证实了3个品种间的基因差异。综合两年结果,参试品种显性基因和隐性基因的数量表现和抗性机制不同,V.SCR含有较多显性基因,TN86含有较多的隐性基因,VAM中显性和隐性基因大体相等。这种区别也可能由于:本试验所用材料分别来源于不同的遗传组合,其抗性基因的作用因遗传背景而异,在某遗传背景中表现为主效基因,而在另一遗传背景中表现为微效基因,因此造成了基因型间抗病性的显著差异。另外基因间的相互作用有时是复杂的,由于有