基于全基因组关联作图和精细定位解析辣椒疫病抗性的遗传基础
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发布时间：2024-12-25
疫霉菌（Phytophthora capsici Leonian）是一种破坏性病原菌，严重影响全球辣椒生产。疫病抗性育种被认为是控制该病原菌最有效和最环保的管理策略，但目前通过正向遗传手段获取的可直接利用的疫病抗性基因资源有限，严重阻碍了疫病抗性育种进程。
本研究对220份辣椒（Capsicum annuum）的疫病抗性进行了鉴定。通过基因分型测序（genotyping-by-sequencing,GBS），得到的955,772个高质量变异用于群体分层分析和辣椒疫病抗性相关染色体区域鉴定。在5号染色体（CaPcR5.1）和10号染色体（CaPcR10.1）上检测到主效位点。
220份材料被划分为4个遗传簇，包括一个祖先簇、一个过渡簇和两个新近出现的簇。这4个遗传簇的疫病抗性揭示了在驯化过程中辣椒的疫病抗性逐渐降低。表型相关性分析和QTL位点分析结果表明在育种过程中人们倾向于选择理想性状，但由于连锁累赘等因素，导致辣椒抗性下降。若想打破这种连锁累赘，需要找到疫病抗性基因并开发分子标记以辅助育种工作。
为发掘疫病抗性关键基因，基于全基因组重测序技术开展了混合分组分析（bulked sergeant analysis，BSA），将以”A204”（抗病）和”A198”（感病）为亲本的F4:5群体的疫病抗性主效位点定位在10号染色体1.81 Mb区域，该区域与CaPcR10.1位点重合。进一步基于两个衍生的F5:6群体共2713个单株，将该位点精细定位到32.36 kb区域。
对亲本”A204”和”A198”进行三代HiFi测序和序列分析，推测该区域内的Capann_59Chr10g029350基因是辣椒疫病抗性的关键候选基因。与抗病亲本”A204”相比，感病亲本”A198”中该基因少了两个外显子，推测为关键致病突变。值得注意的是，已知Pvr4为源自辣椒“CM334”的抗马铃薯Y病毒属病毒基因，与其有共同祖先的黄灯笼辣椒Tsw基因抗番茄斑点萎蔫病毒，而“A204”中的Capann_59Chr10g029350（可能为Pvr4等位基因）被鉴定为疫病抗性基因，这表明它们通过趋异进化形成了针对不同病原体的抗性功能。
研究发现GWAS分析中表型变异解释率最高的SNP位点正好位于Capann_59Chr10g029350基因，说明该基因在辣椒自然群体中对疫病抗性具有重要作用。针对该SNP开发了一个分子标记，可用于辣椒疫病抗性的分子标记辅助选择。
本研究通过全基因组关联分析，定位了两个主效位点并找出驯化过程中辣椒疫病抗性下降的原因。首次对辣椒CaPcR10.1位点进行精细定位并锁定关键疫病抗性基因为Capann_59Chr10g029350，为CaPcR10.1位点抗性基因的克隆奠定了坚实基础，为辣椒的疫病抗性育种提供了技术支撑和理论指导，对突破当前抗源单一化的育种瓶颈具有重要意义。
