大豆对斜纹夜蛾抗性新基因的鉴定与功能标记开发

Common cutworm (CCW, Spodoptera litura Fabricius) is an important leaf-feeding insect in soybean (Glycine max L. Merr) production area of south China. Its damage to soybean plant reduces the quality and yield of soybean seed. For controlling pest, soybean insect resistance breeding is an eco-friendly and cost-effective management. The identification of soybean endogenous gene is important for soybean insect resistance breeding. In this study, we plan to increase the number of markers to fine mapping the initial QTLs related to soybean resistance to CCW by association analysis. The number and function of genes in the QTLs genome regions will be predicted based on the soybean genome database and others database. The gene expression analysis in leaves will be induced by CCW in soybean with high insect resistance. The genes with high expression level will be selected and cloned as the candidate genes. The role of candidate genes in soybean resistance to CCW will be evaluated through association analysis, VIGS (virus induced gene silence) and transgenic plant with target genes. The functional markers will be developed from the high resistance alleles. The resistance genes and its markers could be used as new resources in soybean insect resistance breeding.

斜纹夜蛾是南方大豆产区重要的食叶性害虫，其对大豆的危害严重影响了大豆的产量和品质，培育抗虫品种是一种最经济、最环保的控制害虫的措施，大豆内源基因的发掘对抗虫品种的培育具有重要价值。本研究在大豆对斜纹夜蛾抗性QTL初步定位的基础上，增加标记的数量，应用全基因组关联分析的方法精细定位抗虫QTL，结合大豆基因组信息和斜纹夜蛾诱导表达分析，克隆相关的抗虫性基因，应用候选基因关联分析、VIGS(Virus induced gene silence)瞬时表达和转基因技术评价这些基因在大豆抗斜纹夜蛾中的作用，鉴定出抗性基因的最优等位基因及单倍型，开发出与最优等位基因对应的分子标记，为大豆抗虫分子育种提供新的资源。

斜纹夜蛾(Spodoptera litura, Fabricius)是南方大豆产区的主要食叶性害虫之一。本研究以幼虫重、幼虫历期和蛹重为指标，连续两年评价了433份大豆材料(184个重组自交系和249份栽培大豆）对斜纹夜蛾抗性，结果表明重组自交系群体和自然群体在大豆抗虫性方面都存在广泛的遗传变异，3个指标极显著相关。对于重组自交系群体，利用复合区间作图法，共检测到5个大豆抗斜纹夜蛾相关的QTL，其中基于幼虫重检测到2个QTL，基于幼虫历期检测到1个QTL，基于蛹重检测到2个QTL。其中位点CCW7-1与幼虫重指标显著相关，位于7号染色上，对性状表型变异的解释率介于6.37%和9.54%之间，该位点附近已报道多个的抗虫QTL，包括Rag 3-1，Common cutworm 1-2，Corn earworm 8-2等。对于自然群体，利用全基因组关联分析，共检测到63个SNP位点与大豆抗斜纹夜蛾显著相关，基于幼虫重检测到21个SNP位点，基于幼虫历期检测到12个SNP位点，基于蛹重检测到30个SNP位点。在2个及以上环境下检测到5个位点同时与虫重和虫历期显著关联，这些位点附近均报道过大豆抗性位点的存在。结合定位结果和大豆基因组信息，分别在Gm06和Gm07染色体上鉴定了4个抗虫候选基因，这些基因都响应斜纹夜蛾诱导，但在高抗虫材料中，仅Glyma.06g189600基因更快速和强烈的响应了诱导，该基因是一个钙依赖的蛋白激酶基因，其功能有待进一步研究。.S-腺苷甲硫氨酸合成酶（S-adenosylmethionine synthetase，SAMS）是甲硫氨酸循环中的一个关键酶，催化甲硫氨酸和ATP生成S-腺苷甲硫氨酸（SAM）。SAM是多胺及乙烯合成的前体和植物体内转甲基反应的主要甲基供体。大豆SAMS基因表达水平和蛋白产物都受斜纹夜蛾的诱导而显著上调。在鉴定大豆抗虫位点的同时，又克隆和鉴定了大豆GmSAMS1。该基因是其9个大豆同源基因中在叶片中表达量最高的基因，位于15号染色体上，没有内含子，开放阅读框长1188bp，编码395个氨基酸。该基因编码的蛋白定位于细胞膜上，预测结构模型包含三个保守结构域。在烟草中过量表达GmSAMS1基因能提高烟草对斜纹夜蛾的抗选性和抗生性，说明大豆GmSAMS1基因在植物抗虫中发挥重要作用。