大豆胞囊线虫RNAi基因的功能鉴定及其在转基因大豆中对SCN的抗性分析

Soybean cyst nematode(Heterodera glycines) is one of soilborne plant parasitic pathogens. It is difficult to control because of its wide spread and wide host range, many routes of transmission and long survival time. There are many physiological races of SCN in the world. It is easy to cause physiological races variation and degeneration or lose of resistance to SCN because of growing SCN-resistant varieties or resistant transgenic soybean for long time. Plant-host mediated RNAi is one of effective strategies to breeding new disease-resistant transgenic plants. Thirty nine genes closely which are necessary for SCN life cycle were obtained as candidates for RNAi in early study. Three of them enhanced the resistance to SCN in receptor soybean through RNAi and hairy-root transformation. On the basis of above, we will continue to screening and characterization of remain genes by these two methods. We aim to obtaining 2-3 genes, construction bivalent or polyvalent RNAi vectors and then transformation to soybean genome and identification the different races of SCN resistance in transgenic soybean. These results will provide an alternative approach for SCN resistance breeding of soybean.

大豆胞囊线虫(Soybean Cyst Nematode，Heterodera glycines)是一种土传定居性内寄生线虫，分布广、寄主范围宽、传播途径众多、存活时间长，危害严重，极难防治。大豆胞囊线虫生理小种较多，长期种植抗性或转抗SCN基因的品种，易致生理小种产生变异，进而导致抗性退化或丧失。利用植物介导的RNAi培育抗病品种是防治SCN最经济有效的措施之一。在前期研究中，已经找到39个与SCN生活史密切相关的基因，作为实施RNAi技术的候选基因，其中完成毛状根转化实验的3个基因，均能够在不同程度上提高受体材料对SCN的抗性。本研究拟在此基础上，利用RNA干扰技术和毛状根转化法，对剩余基因继续筛选和抗性鉴定，预期找到2-3个对胞囊线虫致死率较高的基因，构建双价或多价干扰载体，转入到大豆基因组中，并完成转基因大豆对多个生理小种SCN抗性的初步鉴定，从而为大豆胞囊线虫抗性育种提供可选途径

大豆胞囊线虫(Heterodera glycines Ichinohe, soybean cyst nematode，SCN) 是大豆生产中的一种毁灭性病害，在全球各大豆产区具有发生。作为一类土传定居性内寄生线虫，SCN具有分布范围广、传播途径多、存活时间长、生理小种多等特点。目前培育的抗线品种主要是来源于Peking、PI 88788、PI 90763、PI 437654和PI 438489B等少数几个抗源，其抗性遗传基础非常狭窄，抗性较为单一，极易造成豆田SCN群体优势小种发生迁移，进而造成原有抗性丧失。针对大豆抗SCN资源（品种资源和基因资源）匮乏的问题，利用生物信息学技术手段，结合模式生物-秀丽隐杆线虫以及南方根结线虫和北方根结线虫的研究结果，筛选参与SCN寄生和生长发育的关键基因；同时，利用大豆毛状根表达系统，对这些基因功能进一步鉴定，筛选具有强烈RNAi致死表型的关键基因；采用宿主介导RNAi沉默技术，将单个或串联RNAi片段导入栽培大豆品种，创制和选育抗多个胞囊线虫生理小种（1号、3号、4号）的转基因大豆新材料。本研究共获得42个基因可以作为RNAi靶标基因。毛状根验证结果表明，其中4个转RNAi片段（Hg-rps23、Hg-snb1、Hg-cpn1和HGC09294）大豆毛状根胞囊数量较少，其抗性水平较对照显著增强。以2个大豆根特异性启动子驱动RNAi靶标基因，构建表达载体，获得63个转Hg-rps23、Hg-snb1、Hg-cpn1 RNAi大豆株系。通过接种鉴定共获得11份抗3号SCN生理小种的大豆材料，同时获得兼抗1号、3号和4号胞囊线虫转基因大豆材料3份。构建串联SCN-RNAi表达载体2个，获得阳性转基因大豆材料36份，且有部分转基因株系通过实验证明外源基因已整合至大豆基因组。随后的SCN接种鉴定中，转基因大豆平均雌虫数量为7.52~21.60个/株，显著低于对照品种（81.33个/株），表明转多价SCN-RNAi显著增强了转基因大豆对胞囊线虫3号生理小种的抗性。