丁歡歡，李曉輝，戶克云，韋鵬飛

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院鄭州450002）

黃瓜霜霉病抗性遺傳分析

丁歡歡，李曉輝，戶克云，韋鵬飛

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院鄭州450002）

以華北型黃瓜霜霉病抗病自交系‘HNAU0023’、霜霉病感病自交系‘IL112’通過自交、雜交、回交所構(gòu)建的P1、P2、F1、F2、B1、B26個(gè)世代作為研究材料，使用6世代聯(lián)合分離分析軟件（SEA-G 6）對(duì)黃瓜霜霉病抗性進(jìn)行遺傳分析。結(jié)果表明，抗性遺傳的最佳模型為E-0模型，即“2對(duì)加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性-上位性多基因”混合遺傳模型。2對(duì)主基因加性效應(yīng)相同，均為13.05；顯性效應(yīng)為負(fù)值，分別為-30.34、-15.88。B1、B2、F2的主基因遺傳率分別為68.63%、76.36%、87.15%，多基因遺傳率分別為0、7.25%、0，各分離世代主基因遺傳率明顯大于多基因遺傳率。因此，在黃瓜霜霉病抗性育種中應(yīng)優(yōu)先考慮主基因。

黃瓜；霜霉??；分離分析；遺傳分析

黃瓜（Cucumis sativus L.），也稱胡瓜、青瓜，在我國(guó)栽培歷史悠久，屬于葫蘆科一年生蔓生草本。霜霉病是黃瓜生產(chǎn)過程中一種常見的真菌性病害，一般自下而上發(fā)病，靠氣流傳播，再侵染頻繁，病害發(fā)生迅速，嚴(yán)重影響黃瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)。而抗病自交系、感病自交系與病原菌分別發(fā)生非親和互作、親和互作反應(yīng)，抗病品種發(fā)病輕，可以把霜霉病造成的危害控制在一定范圍內(nèi)，所以培育并使用抗病品種無疑是減輕該病危害的最安全的有效措施[1]。

黃瓜霜霉病抗性遺傳規(guī)律作為抗病育種的重要理論依據(jù)，具有重要的實(shí)踐意義。自1868年首次報(bào)道以來，不少學(xué)者投身于霜霉病抗性遺傳研究中，目前主要存在的有單基因抗性、多基因抗性2種結(jié)論：孟攀奇[2]的試驗(yàn)中，134株F2分離群體中抗病、中間型、感病3者比例基本符合1∶2∶1的比例，證明了抗性由隱性單基因控制，感病為不完全顯性基因控制；丁國(guó)華等[3]通過對(duì)F3單株進(jìn)行霜霉病抗病性鑒定，同樣證實(shí)了霜霉病抗性由單個(gè)隱性基因控制；而張素勤[4]的研究結(jié)果表明：黃瓜霜霉病抗性由2對(duì)加性效應(yīng)較強(qiáng)、顯性效應(yīng)較弱的主基因控制，遺傳力高，同時(shí)還受微效多基因控制；張勝菊[5]的研究結(jié)果同樣表明，黃瓜霜霉病抗性至少受2對(duì)基因控制，且加性效應(yīng)比顯性效應(yīng)大。隨著黃瓜全基因組測(cè)序的完成，大部分關(guān)于黃瓜霜霉病抗性遺傳規(guī)律的研究轉(zhuǎn)到了分子方面[6]：Pang、Zhang、Yosh?ioka、Szczechura等[7-10]在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了多個(gè)抗性相關(guān)QTL；2016年，Wang等[11]在研究中發(fā)現(xiàn)了2個(gè)霜霉病抗性主效QTL，同年，日本學(xué)者Khin ThandaWin等[12]采用田間自然鑒定法發(fā)掘了3個(gè)QTL。

試驗(yàn)材料、抗性鑒定方法、鑒定標(biāo)準(zhǔn)等的不同，導(dǎo)致黃瓜霜霉病抗性遺傳規(guī)律至今尚無定論，定位出的抗性相關(guān)QTL位點(diǎn)的數(shù)目與位置也不同，不能較好地應(yīng)用于黃瓜霜霉病抗性育種[13]。在遺傳研究方面，分離分析法與QTL定位各有獨(dú)特之處，雖然采用分子標(biāo)記進(jìn)行QTL定位是準(zhǔn)確獲得基因所在位置信息的最有效手段，但是分離分析法也是一種非常有效的數(shù)量性狀遺傳分析方法，目前已有多位學(xué)者采用分離分析法對(duì)數(shù)量性狀的遺傳規(guī)律進(jìn)行分析[4，14-15]。

筆者采用6世代聯(lián)合分離分析法[16-17]對(duì)P1、P2、F1、B1、B2、F26世代群體進(jìn)行霜霉病抗性遺傳分析，以期在前人研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步明確黃瓜霜霉病抗性遺傳規(guī)律，對(duì)黃瓜抗性QTL定位與抗性育種帶來實(shí)際的指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 材料

以河南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院黃瓜課題組提供的華北型黃瓜霜霉病感病自交系‘IL112’，霜霉病抗病自交系‘HNAU0023’分別為親本，以及通過這2份材料雜交、自交、回交所得的P1、P2、F1、F2、B1、B2共6個(gè)世代為抗性遺傳研究材料。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)2016年3—6月在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)毛莊科技園區(qū)的塑料大棚內(nèi)進(jìn)行抗性鑒定試驗(yàn)。整個(gè)試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，各世代設(shè)3次重復(fù)。田間采用寬窄雙行定植，寬行行距80 cm，窄行行距40 cm，株距25 cm，試驗(yàn)材料與感病品種（病源）相間而種，并在棚前棚后各種植2行感病品種作為保護(hù)行，以保證在其他田間條件一致的情況下，病害在整個(gè)試驗(yàn)環(huán)境中均勻發(fā)生。定植后的管理參照春季大棚黃瓜田間常規(guī)管理方法，及時(shí)防治各種病蟲害的發(fā)生。霜霉病病斑初顯后，每隔3 d大水均勻漫灌1次，使田間發(fā)病均勻。連續(xù)漫灌3次后，每株材料隨機(jī)選擇3片葉進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，4 d調(diào)查1次，共調(diào)查4次。P1、P2、F1各調(diào)查45株，B1（54）、B2（54）、F2（360）全部調(diào)查。

1.2.2 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參考1983年Jenkins和Wehner的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)將病害發(fā)病等級(jí)分為9級(jí)：0級(jí)，病斑面積為0；1級(jí)，病斑面積占總面積的0～3%；2級(jí)，病斑面積占總面積的3%～6%；3級(jí)，病斑面積占總面積的6%～12%；4級(jí)，病斑面積占總面積的12%～ 25%；5級(jí)，病斑面積占總面積的25%～50%；6級(jí)，病斑面積占總面積的50%～75%；7級(jí)，病斑面積占總面積的75%～87%；8級(jí)，病斑面積占總面積的87%～100%；9級(jí)，病斑面積占總面積的100%；病情指數(shù)的計(jì)算公式為：

抗性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：高抗（HR）為0＜DI≤15；抗?。≧）為15＜DI≤35；中抗（MR）為35＜DI≤55；感?。⊿）為55＜DI≤75；高感為（HS）為DI＞75。

遺傳分析采用章元明教授提供的數(shù)量性狀分離分析軟件（P1、P2、F1、B1、B2、F26世代聯(lián)合分離分析軟件SEA-G 6）和方法：即在24種遺傳模型中根據(jù)AIC值進(jìn)行候選遺傳模型的選擇，并通過對(duì)分布平均數(shù)U12、二階原點(diǎn)矩U22、二階中心矩U32等數(shù)字特征進(jìn)行的均勻性檢驗(yàn)，以及對(duì)分布的整體參數(shù)進(jìn)行的Smirnov檢驗(yàn)、Kolmogorov檢驗(yàn)選出最佳遺傳模型，最后估計(jì)該模型的一階、二階遺傳參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 各分離世代霜霉病抗性水平分布

由表1可以看出，P1平均病情指數(shù)為86.19，表現(xiàn)為高感；P2平均病情指數(shù)為4.39，表現(xiàn)為高抗：2親本間存在明顯的抗感差異。F1發(fā)病情況介于2親本之間，偏向感病親本，表明抗病性為隱性基因控制。P1、P2、F13個(gè)世代的病情指數(shù)變化范圍小，變異系數(shù)較小，表型性狀較穩(wěn)定。分離世代B1、B2、F2變異幅度大：B1集中分布于感病、高感水平，偏向感病親本‘IL112’；B2集中分布于高抗、抗病水平，偏向抗病親本‘HNAU0023’；F2代變化幅度最大，包含了高抗、抗病、中抗、感病、高感5個(gè)抗感水平，位于中抗、感病水平的植株數(shù)最多（圖1）。從表2可以看出，分離世代峰度、偏度的絕對(duì)值均小于1，表明黃瓜霜霉病抗性屬于數(shù)量性狀遺傳，可以用數(shù)量性狀分離分析方法進(jìn)行遺傳分析。

表1 各分離世代病情指數(shù)的比較

表2 分離世代正態(tài)性檢驗(yàn)

圖1 B1、B2、F2各分離世代抗性水平分布

2.2 黃瓜霜霉病抗性“主基因+多基因”遺傳模型的分析

表3顯示，AIC值較低的遺傳模型是B-1（2對(duì)加性-顯性-上位性主基因模型）、E-1（2對(duì)加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性多基因模型）、E-0（2對(duì)加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性-上位性多基因模型）模型，AIC值依次為5 041.179 1、5 051.444 4、5 054.237 3，可作為黃瓜霜霉病抗性遺傳分析的候選模型。

表3 各遺傳模型極大似然值和AIC值

2.3 候選模型的適合性檢驗(yàn)

表4檢驗(yàn)結(jié)果表明，B-1模型、E-1模型中分別有4個(gè)、3個(gè)統(tǒng)計(jì)量達(dá)到顯著水平，與分離群體的分布是不一致的；E-0模型中沒有統(tǒng)計(jì)量達(dá)到顯著水平，吻合度100%，為最佳遺傳模型。

表4 候選遺傳模型的適合性檢驗(yàn)

2.4 最佳模型的一階、二階遺傳參數(shù)估計(jì)

根據(jù)最小二乘法對(duì)最佳混合遺傳模型進(jìn)行一階、二階遺傳參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。如表5、表6所示，“2對(duì)加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性-上位性多基因”的遺傳模型中，第1對(duì)主基因的加性效應(yīng)為13.05、顯性效應(yīng)為-30.34、顯性度為-2.33；第2對(duì)主基因的加性效應(yīng)為13.05、顯性效應(yīng)為-15.88、顯性度為-1.22，且ha/da與hb/db的絕對(duì)值都大于1，顯性效應(yīng)值大于相應(yīng)的加性效應(yīng)值，表明這2對(duì)主基因的遺傳以顯性效應(yīng)為主；在上位性效應(yīng)中，2對(duì)主基因間的顯性×加性互作效應(yīng)較小，其余的互作效應(yīng)較大。從二階遺傳參數(shù)可以看出：B1、B2、F2的主基因遺傳率分別為68.63%、76.36%、87.15%，多基因遺傳率分別為0、7.25%、0，各分離世代主基因遺傳率均明顯大于多基因遺傳率，表明黃瓜霜霉病抗性以主基因遺傳為主，且在F2早期進(jìn)行選擇具有較高的效率。

表5 一階遺傳參數(shù)估計(jì)

表6 二階遺傳參數(shù)估計(jì)

3 討論與結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，黃瓜霜霉病抗性屬于數(shù)量性狀遺傳，易受環(huán)境影響，采用主基因+多基因分離分析法可以降低試驗(yàn)誤差，使結(jié)果更可靠。張素勤[4]對(duì)2個(gè)抗感雜交組合（K3×K6，K5×K6）進(jìn)行遺傳研究，所得最優(yōu)模型分別為E-1-0（2對(duì)加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性-上位性多基因）、E-1-4（2對(duì)等加性主基因+加性-顯性多基因），分離世代主基因遺傳率高。龐欣[18]以黃瓜高抗霜霉病漸滲系‘IL52’與‘長(zhǎng)春密刺’2親本所構(gòu)建的4世代群體為材料，對(duì)荷蘭與南京2地所種材料進(jìn)行抗性遺傳分析，結(jié)果表明，在不同時(shí)間與地點(diǎn)，抗性遺傳均符合E-1-1（2對(duì)加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性多基因）模型，分離世代F2主基因遺傳率高，分別為91.78%、94.11%。本研究結(jié)果表明，‘HNAU0023’霜霉病抗性遺傳受“2對(duì)加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性-上位性多基因”控制，與張素勤、龐欣2人的研究結(jié)果略有差異，材料的不同是主要原因，抗性鑒定方法及鑒定環(huán)境條件的不同也可能導(dǎo)致差異的存在。黃瓜霜霉病抗性遺傳機(jī)制復(fù)雜，但是從以上試驗(yàn)中，可以得出黃瓜霜霉病抗性遺傳中存在共同點(diǎn)：在遺傳模型方面，共同表明黃瓜霜霉病抗性遺傳受2對(duì)主基因+多基因共同控制；在遺傳效應(yīng)上分離世代都以主基因遺傳為主。因此，在進(jìn)行抗性材料育種時(shí)，應(yīng)在早期進(jìn)行選擇，優(yōu)先考慮主基因。本次試驗(yàn)材料可在F2早期進(jìn)行抗病材料篩選，效率高，結(jié)果可靠，同時(shí)也應(yīng)注意多基因的積累，使抗性穩(wěn)定持久[4,18]。此外，Wang等[11]發(fā)現(xiàn)了2個(gè)霜霉病抗性相關(guān)主效QTL和3個(gè)微效QTL位點(diǎn)，在分子水平驗(yàn)證了黃瓜霜霉病抗性由“主基因+多基因”共同控制的結(jié)論。

因黃瓜霜霉病抗性易受環(huán)境的影響，在單因素環(huán)境下進(jìn)行抗性研究，雖具有一定的指導(dǎo)意義，但不全面，之后將在多因素環(huán)境條件下對(duì)‘HNAU0023’抗性遺傳規(guī)律進(jìn)行探究及驗(yàn)證，并以F2群體為材料進(jìn)行黃瓜霜霉病抗性QTL初步定位，以期在對(duì)結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證的同時(shí)，找出主效基因在染色體上的具體位置與所關(guān)聯(lián)的分子標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)分子標(biāo)記輔助選擇育種。

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Genetic analysis for downy mildew resistance in cucumber

DING Huanhuan，LI Xiaohui，HU Keyun，WEI Pengfei
（College of Horticulture，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002，Henan，China）

Six generation of P1，P2，F(xiàn)1，B1，B2，F(xiàn)2derived from a crossing between parent‘IL112’，a susceptible to downy mildew(DM)，and parent‘HNAU0023’，a high resistant to DM，were used for genetic analysis of downy mildew resistance(DMR)in cucumber by SEA-G 6.The results showed that the best model was“E-0 model”，“two pair of additive-dominant-epistasis major gene+additive-dominance-epistasis interaction polygene”.The additive effects of two major genes were 13.05;dominance effect of the major gene were-30.34，-15.88.Heritability of the major gene in B1，B2，F(xiàn)2population was 68.63%，76.36%，87.15%;Heritability of the polygene was 0，7.25%，0.Heritability of the major gene was higher than the polygene，obviously.Therefore，in the breeding of resistance to cucumber downy mildew，major gene should be high priority.

Cucumber;Downy mildew；Segregation analysis;Genetic analysis

2017-03-10；

：2017-04-11

河南省科技攻關(guān)計(jì)劃（農(nóng)業(yè)領(lǐng)域）項(xiàng)目（142102110052）

丁歡歡，女，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)槭卟诉z傳育種與分子生物學(xué)。E-mail:13938471389@163.com