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东北地理所在植物寄生线虫抗性研究中取得系列进展

东北地理所在植物寄生线虫抗性研究中取得系列进展

  在所有植物寄生线虫的危害中,大约80%的经济损失是由根结线虫和孢囊线虫导致的。目前主要利用化学药剂进行防治,但高毒高残留的化学药剂已被禁用或者限制使用,不能满足可持续农业发展的需要。利用植物抗性是最经济和最有效的防治线虫方法,而对抗性资源的筛选及植物抗性/防御反应机制等方面的研究是加速植物抗病育种和利用抗性建立新的防治策略所必需的环节。

  为此,中国科学院东北地理与农业生态研究所农田有害生物控制学科组自2013年以来致力于该领域的研究并取得系列进展。在植物防御线虫侵染过程中,研究人员发现外源添加茉莉酸能够改变与防御相关的几丁质酶和β-1,3葡聚糖酶活性及其病理学相关的PR基因的表达,从而诱导感病植物产生对根结线虫的抗性(Nematology, 2017)。培育作物抗性品种是最经济有效的防治线虫方法,然而单一抗性极易被打破,通过对黑龙江几个主要大豆产区线虫的调查,发现线虫的3号优势小种已转变为毒性更强的小种,而且现有的抗性品种对这些变异的小种抗性丧失或者减弱(Journal of Nematology2018),同时评价了抗大豆孢囊线虫的大豆品种和当地商业品种对根结线虫的抗性(Russian Journal of Nematology2016),以便建立对线虫的多抗品种,该研究为大豆孢囊线虫和根结线虫的有效防治和抗病育种提供了坚实的理论和应用基础。

  该研究同时首次建立了利用幼苗生长袋进行大豆孢囊线虫的繁殖培养和快速抗性筛选方法(Nematology2018),此方法能够实时观察线虫的发育状况(图1)。并与东北地理所大豆分子育种学科组研究员孔凡江进行合作,利用其研究的大豆开花期基因的自交重组群体首次对北方根结线虫进行了数量性状(QTL)遗传分析,发现了一个主效基因调控虫瘿指数、线虫卵块数量和卵数(图2A);同时首次分子证实了调控南方根结线虫的虫瘿指数和线虫繁殖由不同的基因调控(图2B),所鉴定的分子标记能够加速大豆根结线虫的抗病育种(Nematology20拼搏在线18)。此外,与加州大学河畔分校关于棉花根结线虫的超亲遗传抗性合作研究也取得进展,揭示了超亲遗传抗性机制并建立了遗传模型(Frontiers in Plant Science, 20152017),培育出了同时抗线虫和真菌的多抗棉花种质资源(Phytopathology2018)。

  以上系列研究得到中科院的“百人计划”人才项目和国家自然科学基金项目(3147174931772139)资助。

    论文信息:

  1. You et al. (2018). Nematology NEM3184. DOI 10.1163/15685411-00003184.

  2. Li et al.  (2018). Nematology 拼搏在线 DOI: 10.1163/15685411-00003157.

  3. Hua et al. (2018). Journal of Nematology 50: 1-10. doi: 10.21307/jofnem-2018-007.

  4. Wang et al.  (2018). Phytopathology https://doi.org/10.1094/PHYTO-06-17-0208-R.

  5. Wang et al. (2017). Frontiers in Plant Science 8:1979. doi: 10.3389/fpls.2017.01979.

  6. Hu et al. (2017). Nematology, 19:293-304.

  拼搏在线7. Li et al. (2016). Russian Journal of Nematology 24(2):89-98.

  8. Wang et al. (2015). Frontiers in Plant Science 6:00791.  doi: 10.3389/fpls.2015.00791.

 

  1 在幼苗生长袋中直接观察大豆孢囊线虫侵染大豆根部后的发育过程。(箭头所指是同一个线虫)

 

  2 调控北方根结线虫(A)和南方根结线虫(B)的虫癭指数(GI)、卵块数(EM)和卵数量(LogEGR)的大豆主效基因的分布及调控