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作物学报 ›› 2018, Vol. 44 ›› Issue (11): 1600-1611.doi: 10.3724/SP.J.1006.2018.01600

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抗大豆胞囊线虫SCN3-11位点的KASP标记开发和利用

田宇,杨蕾,李英慧(),邱丽娟()   

  1. 农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程 / 农业部北京大豆生物学重点实验室 / 中国农业科学院作物科学研究所, 北京100081
  • 收稿日期:2018-03-08 接受日期:2018-07-20 出版日期:2018-11-12 网络出版日期:2018-08-02
  • 通讯作者: 李英慧,邱丽娟
  • 基金资助:
    本研究由“十三五”国家重点研发计划项目(2016YFD0100201);国家大豆种质资源平台项目资助(2016-004)

Development and Utilization of KASP Marker for SCN3-11 Locus Resistant to Soybean Cyst Nematode

Yu TIAN,Lei YANG,Ying-Hui LI(),Li-Juan QIU()   

  1. National Key Facility for Crop Gene Resources and Genetic Improvement / Key Laboratory of Soybean Biology in Beijing (MOA) / Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China
  • Received:2018-03-08 Accepted:2018-07-20 Published:2018-11-12 Published online:2018-08-02
  • Contact: Ying-Hui LI,Li-Juan QIU
  • Supported by:
    The study was supported by the National Key R&D Program for Crop Breeding(2016YFD0100201);National Soybean Germplasm Resources Platform(2016-004)

摘要:

大豆胞囊线虫(Heterodera glycines Ichinohe)是严重危害世界范围大豆生产的害虫, 采用合理轮作和种植抗病品种可有效控制损失。为了开展分子标记辅助选择以加速抗病品种培育, 本研究针对前期发现的与大豆胞囊线虫3号小种(SCN3)抗性显著关联的非同义变异SNP位点Map-5149, 开发高通量、低成本的新型分子标记—竞争性等位基因特异PCR标记(kompetitive allele specific PCR, KASP), GmSNAP11-5149。利用GmSNAP11-5149鉴定了来自8个国家的202份代表性大豆抗感资源, 发现141份材料携带抗病基因型GmSNAP11-5149-AA, 平均雌虫指数为6.2%, 极显著低于58份携带感病基因型GmSNAP11-5149-GG材料的雌虫指数(61.1%), 方差分析表明, GmSNAP11-5149与胞囊线虫的抗性显著相关(F=44.18, P<0.0001), 对抗病材料的选择效率达到92%, GmSNAP11-5149可作为一个实用的分子标记应用于辅助抗大豆胞囊线虫品种选育和抗病种质资源鉴定。

关键词: 大豆胞囊线虫, KASP标记, 分子标记辅助选择

Abstract:

Soybean cyst nematode (Heterodera glycines Ichinohe) is one of the most economically destructive pathogens worldwide. The cultivation of resistant soybean cultivars combined with crop rotation was the most effective management strategy to reduce yield losses due to SCN. To accelerate the breeding of cultivars resistant to SCN under molecular marker assisted selection, we developed an economical, time-saving and high-throughput KASP marker GmSNAP11-5149 by using a reported non-synonymous polymorphism (Map-5149) on the minor SCN3-11 resistant to SCN3. Two hundred and two soybean accessions from eight countries with known SCN3 were genotyped for GmSNAP11-5149. The average female index of 141 accessions carrying GmSNAP11-5149-AA (6.2%) was significantly lower than that of 58 accessions carrying GmSNAP11-5149-GG (61.1%) at the P < 0.0001 probability level. The selection efficiency of GmSNAP11-5149 for resistant accessions was 92%. It is suggested that GmSNAP11-5149 could be used to effectively distinguish resistant genotypes from susceptible ones in the tested soybean accessions and subsequently could be used in molecular marker-assisted breeding and identification of resistant germplasm.

Key words: soybean cyst nematode, KASP marker, marker-assisted selection (MAS)

附表1

202份大豆种质资源信息"

统一编号 材料名称 国家(省份或州) 基因型
Code Name Country (province or state) Genotype
WDD00467 Peking 中国北京 Beijing, China AA
WDD00602 Franklin 美国 New Jersey, America GG
WDD00643 PI 437654 中国 China AA
WDD00718 Essex 美国 Virginia, America GG
WDD00995 PI 88788 中国辽宁 Liaoning, China GG
WDD02102 PI 90763 中国吉林 Jilin, China AA
ZDD01399 小粒黑 Xiaolihei 中国辽宁 Liaoning, China AA
ZDD01412 小粒黑豆 Xiaoliheidou 中国辽宁 Liaoning, China AA
ZDD01417 连毛会黑豆 Lianmaohuiheidou 中国辽宁 Liaoning, China AA
ZDD01521 密云黑豆 Miyunheidou 中国吉林 Jilin, China AA
ZDD01522 顺义黑豆 Shunyiheidou 中国吉林 Jilin, China AA
ZDD01818 薄地犟黑豆 Bodijiangheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD01855 乐亭小黑豆 Letingxiaoheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD01857 黑豆 Heidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD01858 黑豆 Heidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD01861 肃宁小黑豆 Suningxiaoheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD01876 平顶黄黑豆 Pingdinghuangheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD01881 牛屎黄黑豆 Niushihuangheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD01884 小白黑豆 Xiaobaiheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD01889 小白花黑豆 Xiaobaihuaheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD01890 平顶黄黑豆 Pingdinghuangheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD01892 小黑豆 Xiaoheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD01897 黑豆 Heidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD01898 黑豆 Heidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD01909 黑豆 Heidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD01910 黑豆 Heidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD01922 黑豆 Heidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD02226 小黑豆 Xiaoheidou 中国山西 Shanxi, China GG
ZDD02228 小黑豆 Xiaoheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02241 小黑豆 Xiaoheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02243 大黑豆 Daheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02252 黑豆 Heidou 中国山西 Shanxi, China AA
一编号 材料名称 国家(省份或州) 基因型
Code Name Country (province or state) Genotype
ZDD02255 黑豆 Heidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02258 赤不流黑豆 Chibuliuheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02260 大黑豆 Daheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02277 串蔓黑豆 Chuanmanheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02281 大黑豆 Daheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02306 黑黑豆 Heiheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02308 大黑豆 Daheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02315 灰皮支黑豆 Huipizhiheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02317 黑滚豆 Heigundou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02319 小黑豆 Xiaoheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02341 平顶小黑豆 Pingdingxiaoheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02344 平顶山 Pingdingshan 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02348 黑豆 Heidou 中国山西 Shanxi, China GG
ZDD02355 黑黑豆 Heiheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02370 小黑豆 Xiaoheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02393 黑豆 Heidou 中国山西 Shanxi, China GG
ZDD02411 小黑豆 Xiaoheidou 中国山西 Shanxi, China AG
ZDD02435 小黑豆 Xiaoheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02450 小颗黑 Xiaokehei 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02461 小黑豆 Xiaoheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02463 小黑豆 Xiaoheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02473 兔黑豆 Tuheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02493 红黑豆 Hongheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02529 麦子豆 Maizidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02913 小米豆 Xiaomidou 中国山东 Shandong, China GG
ZDD02967 小黑豆 Xiaoheidou 中国山东 Shandong, China AA
ZDD02973 黑豆 Heidou 中国山东 Shandong, China AA
ZDD03056 四六齐黑豆 Siliuqiheidou 中国山东 Shandong, China AA
ZDD03443 宁陵小黑豆 Ninglingxiaoheidou 中国河南 Henan, China AA
ZDD03458 商丘滚龙珠 Shangqiugunlongzhu 中国河南 Henan, China AA
ZDD03515 巩县黑豆 Gongxianheidou 中国河南 Henan, China AA
ZDD03651 黑豆 Heidou 中国陕西 Shaanxi, China GG
ZDD03655 黑大豆 Heidadou 中国陕西 Shaanxi, China AA
ZDD03683 老鼠皮 Laoshupi 中国陕西 Shaanxi, China AA
ZDD03684 八月炸 Bayuezha 中国陕西 Shaanxi, China AA
ZDD04403 无锡六月枯 Wuxiliuyueku 中国江苏 Jiangsu, China AA
ZDD04429 泰兴黑豆 Taixingheidou 中国江苏 Jiangsu, China GG
ZDD04430 泰兴矮脚红 Taixingaijiaohong 中国江苏 Jiangsu, China AG
ZDD04572 吴江五月牛毛黄 Wujiangwuyueniumaohuang 中国江苏 Jiangsu, China GG
ZDD04604 仪征大粒黄豆 Yizhengdalihuangdou 中国江苏 Jiangsu, China GG
ZDD04620 泰兴牛毛黄乙 Taixingniumaohuangyi 中国江苏 Jiangsu, China GG
ZDD05356 未知 Unknown 中国安徽 Anhui, China GG
ZDD05360 未知 Unknown 中国安徽 Anhui, China GG
ZDD05493 武昌六月爆 Wuchangliuyuebao 中国湖北 Hubei, China GG
ZDD05920 代米豆 Daimidou 中国湖北 Hubei, China GG
ZDD07610 金山茶秣食豆 Jinshanchamoshidou 中国吉林 Jilin, China AA
ZDD07644 开育8号 Kaiyu 8 中国辽宁 Liaoning, China GG
ZDD07809 铁荚青 Tiejiaqing 中国辽宁 Liaoning, China GG
ZDD07918 黑豆 Heidou 中国内蒙古 Inner Mongolia, China AA
ZDD07993 通县黄豆 Tongxianhuangdou 中国吉林 Jilin, China GG
ZDD08190 样田小黄豆 Yangtianxiaohuangdou 中国河北 Hebei, China GG
ZDD08238 赤城绿黄豆 Chichenglyuhuangdou 中国河北 Hebei, China GG
ZDD08250 大屯小黑豆 Datunxiaoheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD08251 大屯小黑豆 Datunxiaoheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD08254 北高晃黑豆 Beigaohuangheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD08257 许庄大黑豆 Xuzhuangdaheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD08258 许庄大黑豆 Xuzhuangdaheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD08300 高家营黑豆 Gaojiayingheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD08321 张营大黑豆 Zhangyingdaheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD08352 本地大黄豆 Bendidahuangdou 中国河北 Hebei, China GG
ZDD08459 小粒黑豆 Xiaoliheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD08460 黑豆 Heidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD08472 黑豆 Heidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD08477 黑豆 Heidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD08480 黑豆 Heidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD08483 黑豆 Heidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD08487 大黑豆 Daheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD08488 大黑豆 Daheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD08489 小黑豆 Xiaoheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD08493 黑豆 Heidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD08494 小黑豆 Xiaoheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD08502 原黑豆 Yuanheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD08505 四角齐黑豆 Sijiaoqiheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD08510 大黑豆 Daheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD08511 八月忙 Bayuemang 中国河北 Hebei, China AA
ZDD08515 小黑豆 Xiaoheidou 中国河北 Hebei, China GG
ZDD08537 酱色豆 Jiangsedou 中国河北 Hebei, China GG
ZDD09167 小黑豆 Xiaoheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD09226 落叶黑豆 Luoyeheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD09292 菜黄豆 Caihuangdou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD09343 黑豆 Heidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD09351 黑豆 Heidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD09417 王庄黑豆 Wangzhuangheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD09428 黑豆 Heidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD09462 二黑豆 Erheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD09484 小黑豆 Xiaoheidou 中国山西 Shanxi, China GG
ZDD09487 小黑豆 Xiaoheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD09540 大黑豆 Daheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD09551 大黑豆 Daheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD09555 夏黑豆 Xiaheidou 中国山西 Shanxi, China AG
ZDD09564 黑豆 Heidou 中国山西 Shanxi, China GG
ZDD09566 黑豆 Heidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD09583 八月炸黑豆 Bayuezhaheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD09587 小黑豆 Xiaoheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD09592 黑豆 Heidou 中国山西 Shanxi, China GG
ZDD09669 红茬豆 Hongchadou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD10024 大豆 Dadou 中国山东 Shandong, China AA
ZDD10039 爬蔓黑豆 Pamanheidou 中国山东 Shandong, China AA
ZDD10057 茶豆 Chadou 中国山东 Shandong, China AA
ZDD10058 茶豆 Chadou 中国山东 Shandong, China AA
ZDD10059 小实豆 Xiaoshidou 中国山东 Shandong, China AA
ZDD10060 茶豆 Chadou 中国山东 Shandong, China AA
ZDD10076 兔子眼 Tuziyan 中国山东 Shandong, China AA
ZDD10252 小黑豆 Xiaoheidou 中国陕西 Shaanxi, China AA
ZDD10261 元钵黑豆 Yuanboheidou 中国陕西 Shaanxi, China AA
ZDD10276 黑黑豆 Heiheidou 中国陕西 Shaanxi, China AA
ZDD10293 牛尾巴黑豆 Niuweibaheidou 中国陕西 Shaanxi, China AA
ZDD10295 黑豆 Heidou 中国陕西 Shaanxi, China AA
ZDD10734 黑豆 Heidou 中国陕西 Shaanxi, China AA
ZDD11042 黑豆 Heidou 中国甘肃 Gansu, China AA
ZDD11436 蒙8206 Meng 8206 中国安徽 Anhui, China AA
ZDD11461 蒙81104 Meng 81104 中国安徽 Anhui, China AA
ZDD13840 浙春2号 Zhechun 2 中国杭州 Hangzhou, China GG
ZDD17713 东农47-1C Dongnong 47-1C 中国黑龙江 Heilongjiang, China GG
ZDD18018 青秣食豆 Qingmoshidou 中国吉林 Jilin, China AA
ZDD18512 满杖子小粒黑豆 Mangzhangzixiaoliheidou 中国河北 Hebei, China AA
ZDD19027 绿皮黄豆 Lyupihuangdou 中国山西 Shanxi, China GG
ZDD22649 抗线1号 Kangxian 1 中国黑龙江 Heilongjiang, China AA
ZDD22650 抗线2号 Kangxian 2 中国黑龙江 Heilongjiang, China AA
ZDD23177 晋品78 Jinpin 78 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD23181 晋品82 Jinpin 82 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD24626 科新3号 Xinke 3 中国吉林 Jilin, China GG
ZDD24656 中品03-5368 Zhongpin 03-5368 中国吉林 Jilin, China AA
ZP035373 中品03-5373 Zhongpin 03-5373 中国吉林 Jilin, China AA
ZDD10251 本地黑豆 Bendiheidou 中国陕西 Shaanxi, China AA
ZDD02248 大黑豆 Daheidou 中国山西 Shanxi, China GG
ZDD01400 长粒黑 Changlihei 中国辽宁 Liaoning, China AA
ZDD02447 引蔓子黑豆 Yinmanziheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD02481 圆黑豆 Yuanheidou 中国山西 Shanxi, China AA
ZDD08512 大黑豆 Daheidou 中国河北 Hebei, China GG
ZDD08513 大黑豆 Daheidou 中国河北 Hebei, China GG
ZDD09301 黑滚豆 Heigundou 中国山西 Shanxi, China GG
ZDD09452 黑荚糙 Heijiacao 中国山西 Shanxi, China GG
ZDD23857 蒙豆11 Mengdou 11 中国内蒙古 Inner Mongolia, China GG
WDD00412 Cloud 美国 America GG
ZDD07391 盘石豆 Panshidou 中国吉林 Jilin, China GG
WDD01381 Dunajka 未知 Unknown GG
WDD01452 Austrian 奥地利 Austria GG
ZDD23898 石大豆1号 Shidadou 1 中国新疆 Xinjiang, China GG
ZDD07862 大黑河大豆 Daheihedadou 中国内蒙古 Inner Mongolia, China GG
ZDD08650 黄豆<2> Huangdou<2> 中国山西 Shanxi, China GG
ZDD03739 邳县大紫花糙 Pixiandazihuacao 中国江苏 Jiangsu, China GG
ZDD20671 贡豆7号 Gongdou 7 中国四川 Sichuan, China GG
WDD01215 Saikai 20 日本 Kumamoto, Japan GG
ZDD00021 黑农26 Heinong 26 中国黑龙江 Heilongjiang, China GG
ZDD00294 青豆 Qingdou 中国黑龙江 Heilongjiang, China AA
PI 84751 未知 Unknown 日本 Kyonggi, Japan AA
PI 200495 未知 Unknown 日本 Shikoku, Japan GG
PI 209332 未知 Unknown 日本 Hokkaido, Japan GG
PI 339868B 未知 Unknown 日本 Kyonggi, Japan AA
PI 398680 未知 Unknown 韩国 Chungchong Nam, Korea GG
PI 398682 未知 Unknown 韩国 Chungchong Nam, Korea GG
PI 416762 未知 Unknown 日本 Kanagawa, Japan AA
PI 417091 未知 Unknown 日本 Kanagawa, Japan AA
PI 437090 未知 Unknown 俄罗斯 Russia GG
PI 437379 未知 Unknown 俄罗斯 Russia GG
PI 438489B 未知 Unknown 中国 China AA
PI 438497 未知 Unknown 中国 China AA
PI 494182 未知 Unknown 日本 Japan AA
PI 507443 未知 Unknown 日本 Japan AA
PI 399061 未知 Unknown 韩国 Korea AA
PI 407944 未知 Unknown 韩国 Korea GG
PI 408192-2 未知 Unknown 韩国 Korea GG
PI 424137B 未知 Unknown 韩国 Korea AA
PI 424595 未知 Unknown 韩国 Korea AA
PI 438342 未知 Unknown 阿根廷 Argentina AA
PI 507476 未知 Unknown 日本 Ibaraki, Japan AA
PI 509100 未知 Unknown 韩国 Korea AA
PI 561395 未知 Unknown 日本 Japan GG
ZDD23876 中黄13 Zhonghuang 13 中国北京 Beijing, China GG

表1

KASP标记及测序引物序列"

引物名称
Primer
引物序列
Sequence of primer (5′-3′)
退火温度
Tm (℃)
PCR产物
PCR production (bp)
GmSNAP11-5149-allele1 GAAGTCGATTGAGATTTACGAAGAGATAA 147
GmSNAP11-5149-allele2 AAGTCGATTGAGATTTACGAAGAGATAG
GmSNAP11-5149-common CGTTCTAATGCATTGGTTACAGCAATAACA
GmSNAP11-5149-sequencing-F TTTTGTACTTTCTGAATATTGCG 57 927
GmSNAP11-5149-sequencing-R TAGTGCTATCACAATGCTATGC

图1

KASP标记GmSNAP11-5149的开发与验证A: Glyma.11G234500和Glyma.18G022500序列比对序列及KASP标记引物位置; B: KASP GmSNAP11-5149对202份大豆种质分型图; C: 4份材料Map-5149位点测序结果。"

图2

KASP标记GmSNAP11-5149在202份材料中对大豆胞囊线虫3号生理小种的效应A: 携带不同基因型材料的SCN3雌虫指数差异。B: GmSNAP11-5149不同等位变异在抗感材料中的分布; 其中HR代表高抗材料, MR代表中抗材料, MS代表中感材料, HS代表高感材料。"

图3

KASP标记GmSNAP11-5149在169份国内抗感资源中基因型分布特点A: 3种基因型在不同地区材料中分布; 红色代表AA抗病基因型, 蓝色代表GG感病基因, 灰色代表AG杂合基因型。B: GmSNAP11-5149位点基因的地理分布; NR代表北方地区, HR代表黄淮地区, SR代表南方地区。"

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