大豆複合抗病基因位點與不同病原的協同演化機制

《大豆複合抗病基因位點與不同病原的協同演化機制》是依託南京大學，由陳建群擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：大豆複合抗病基因位點與不同病原的協同演化機制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳建群
• 依託單位：南京大學

項目摘要

在植物基因組中，抗病基因（簡稱R基因）大多聚集在一起成簇分布，形成複合位點，其不同成員往往呈現出差異性的演化模式，因而被懷疑具備不同的抗病功能。但遺憾的是，由於對相關病原的演化背景認知有限，目前很少有研究能夠利用多樣化的病原，從整體上對複合R基因位點（多個不同成員）展開多方位的功能驗證與協同演化研究。針對於此，本項目立足於我們前期詳細調查豆科植物R基因及多種相關病原演化背景的工作基礎，選取有重要經濟價值的大豆為研究對象，以其中的抗病毒複合R基因位點Rsv1為例，利用兩種已分化的病毒性病原：大豆花葉病毒（Soybean mosaic virus, SMV）和菜豆普通花葉病毒（Bean common mosaic virus, BCMV）的多個代表性株系，通過演化模式分析、抗性鑑定與基因定位、轉基因功能驗證，及追溯基因功能化過程等多個層次的工作，有效探索複合R基因位點與不同病原的協同演化機制。

結題摘要

在植物基因組中，抗病基因（R基因）常以多基因聚集的方式形成複合位點。為了有效探究植物複合R基因位點演化出對抗不同病原功能的分子機制，本項目選取大豆Rsv1抗病毒複合位點，針對其對抗兩種病原大豆花葉病毒（Soybean mosaic virus, SMV）與菜豆普通花葉病毒（Bean common mosaic virus, BCMV）的功能演化過程開展了多層次研究。首先，我們分析調查了Rsv1複合位點在大豆中的遺傳組成及其演化模式，發現了呈現演化活躍狀態的亞家族；其次，利用從我國三個大豆產區收集、鑑定的多樣化SMV、BCMV病原對不同大豆品種進行表型鑑定，根據其鑑定結果選擇三個抗性品種PI 96983、Suweon 97、及Raiden與感性品種Williams 82分別構建了PW、SW及RW三個抗、感雜交群體，從而對三個品種中的抗SMV基因、以及Suweon 97與Raiden兩個品種中的抗BCMV基因進行了精細定位。除了在PI 96983品種中發現了與前人一致的一個抗SMV基因所在區間外，我們還發現了一個全新的兼抗SMV、BCMV多個株系的區間。第三，我們針對PI 96983抗SMV定位區間中的兩個候選基因開展了轉基因功能驗證工作，結果表明這兩個基因均可以在感性品種Williams 82背景下，獨立提供對SMV株系SC6-N的抗性，但不能對抗BCMV株系HZZB011，這與定位數據一致。最後，選取兩個定位區間內的四個R基因成員在更多大豆抗、感品種中進行了調查，發現這些R基因成員的LRR區存在一段234bp的重複單元，其數目在不同基因及不同大豆品種間常發生差異，暗示重組事件常圍繞這段序列發生並被選擇保存下來；此外，這些R基因在抗、感品種間還存在大量單鹼基替代以及插入/缺失突變，分析表明其分化受到正選擇作用，暗示大豆不同品種可能分別繼承了野生祖先中的抗、感基因或是在品種培育過程中演化出新的抗病功能。綜合來看，本項目的研究發現將幫助我們更好地理解複合R基因位點的演化特點，所發現的新的抗病毒基因也為後續合理利用這些基因資源奠定了基礎。