玉米抗大斑病qtl的分子标记及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种玉米抗大斑病QTL的分子标记及其应用，特别是涉及一种玉米抗 大斑病主效位点Ht409的SNP分子标记及其应用。
【背景技术】
[0002] 由真菌大斑突脐懦孢菌(Exserohilum turcicum)引起的玉米大斑病是世界玉米 种植区域的流行病害，可以对玉米的产量造成中等到严重损失。在我国，大斑病是东北、华 北和西南春玉米区的主要病害，以东北春玉米区最为严重。据报道，大斑病发病一般年份， 可造成减产5-10%;严重年份减产可高达30-50%。近年来，我国东北春玉米主产区的大斑 病发病率大幅上升，根本原因在于主栽玉米品种的大斑病抗性较差且种植品种过于单一， 且已严重影响了玉米产量。因此，选育和种植抗大斑病品种是控制大斑病流行和减少产量 损失的有效途径。
[0003] 玉米对大斑病的抗性机制主要有两种类型，分别为质量抗性遗传和数量抗性遗 传。在质量抗性遗传方面，目前至少有4个抗病基因被发现和定位:Bentolila等（1991)将 Htl基因定位于2号染色体上，紧密连锁标记为umcl50B;Zaitlin等（1992)将Ht2基因定位于 8号染色体长臂上，与两侧标记umc48和umc89紧密连锁;尹小燕等（2002)对Ht2基因进行了 精细定位，确定3个SSR标记umcl202、bnlgll52和umcll49和1个SCAR标记SD-06633与Ht2基因 紧密连锁。Chung等(2010)用兼抗多种病害的杂交种DK888作为抗源与感病亲本S11杂交构 建近等基因系发现，来自于DK888的等位基因 qNLB8.06DK888对玉米大斑病2号生理小种具有 小种专化抗性。通过等位性分析发现这个抗性基因即Ht2基因，并进一步将Ht2基因精细定 位于染色体8 · 06上143 · 92-144 · 38Mb约0 · 46Mb的区域内。Van Staden等（2001)将Ht3基因定 位于7号染色体上，与标记bnlgl666紧密连锁；Simcox等（1993)用RFLP探针umcl 17将HtNl基 因定位于8号染色体的长臂上。Hurni等（2015)通过图位克隆方法将HtNl基因精细定位于8 号染色体131.7kb的物理区间内，与SNP标记MA0024和MA0013紧密连锁。在数量抗性遗传方 面，不同研究者定位的结果不尽一致 :Zw〇nitzer等(2010)利用具有热带来源的抗病自交系 Ki 14和感病自交系B73杂交发展的109个重组自交系群体进行QTL分析，共发现6个QTL与大 斑病抗性相关，其中3个主效QTL分别位于染色体1.06、8.02和8.05上，能够分别解释表型变 异的18.7%、12.8%和8.3%。8&111^-1(1^^等（2010)利用抗病自交系1〇17和感病自交系 B73发展的302个重组自交系群体进行大斑病抗性QTL分析，共定位到2个QTL，分别位于染色 体2.00/2.01和4.08上。Poland等（2011)利用4630个重组自交系组成的巢氏关联作图群体 (Nested Association Mapping,ΝΑΜ)进行全基因组关联分析(Genome-wide Association Study，GWAS)，共发现29个抗病QTL，其中大多数QTL都有多个等位基因 。Chung等(2011)利用 热带抗病自交系CML52和感病自交系B73发展的异质自交系家系（Heterogeneous Inbred ?&1^17，!11?)和重组自交系群体进行0几分析，共发现4个0几，分别位于染色体的1.06- 1.07、5.03、6.05和8.05-8.06上。￥&111即1161311肚等（2012)以1487个欧洲玉米自交系为研 究材料，通过全基因组关联分析发现4个与大斑病抗性相关联的SNP位点，分别位于染色体 2.08、5.03、6.05和7.02，能够解释表型变异的3.32-4.78%。0丨即等(2015)在多环境下评估 了 999个自交系的大斑病抗性，通过全基因组关联分析发现大斑病抗性是一个非常复杂的 性状，由多个微效基因控制。基于单标记和单倍型关联分析，分别发现12个和10个位点（或 基因）与大斑病抗性相关。
[0004] 从以上研究报道可以看出，大斑病抗性是非常复杂的性状，既有质量抗病基因存 在，也有大量的数量抗病位点在起作用。质量抗病基因由于定位精度不够且存在小种专化 抗性限制了其在育种上的应用;数量抗病位点大都基于特定抗感亲本组配的分离群体定位 到的，不同试验材料定位的结果不同，也难以在育种上应用。虽然，Poland等（2011)、Van Inghelandt等(2012)和Ding等(2015)都对玉米大斑病抗性进行了全基因组关联分析，挖掘 了一些与大斑病抗性相关的位点，但是他们研究的试验材料以热带和欧洲自交系为主，且 大斑病生理小种与我国的也存在差异。基于以上原因，玉米大斑病抗性的分子标记辅助改 良并未在育种实践中有效运用。因此，挖掘和利用在多环境下表现抗性稳定的抗病位点对 于选育抗病品种非常重要。
[0005] 此外，常规的分子标记辅助育种通量低、成本高、耗时长，无法有效地支持育种选 择。以常规SSR分子标记检测为例，完成1000株回交群体2个分子标记的检测和数据分析时 间约为3-4天。
[0006]本发明提供的主效位点Ht409位于玉米4号染色体bin 4.09上，能够显著提高大斑 病的抗性水平，且在多年多环境下表现稳定。与Ht409紧密连锁的分子标记MC141021C49A、 MC1008L044A和MC1106C066A都是基于道格拉斯高通量SNP分子标记检测平台（Douglas Sdentifie" Array Tape?)开发的，能够快速低成本的对育种群体进行选择，极大提高了育 种效率。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种玉米抗大斑病QTL的分子标记及其应用，首次发现了玉 米抗大斑病主效位点Ht409的SNP(Single Nucleotide Polymorphisms)分子标记，其可以 实现大斑病抗性的精准改良，减少连锁累赘对农艺性状的负面影响。
[0008] 为实现上述目的，本发明提供了一种玉米抗大斑病QTL的SNP分子标记，包括 MC141021C49A、MC1008L044A和/或MC1106C066A。
[0009] 具体地，所述MC141021C49A的抗病等位基因位点为A、和/或所述MC1008L044A的抗 病等位基因位点为C、和/或所述MC1106C066A的抗病等位基因位点为A。
[0010] 为实现上述目的，本发明还提供了一种选择具有增强的大斑病抗性的玉米植物的 方法，包括：
[0011]检测玉米植物的基因型；
[0012]选择具有抗病主效位点Ht409的玉米植株。
[0013] 进一步地，所述抗病主效位点Ht409包括标记MC141021C49A、MC1008L044A和/或 MC1106C066A。
[0014] 更进一步地，所述MC141021C49A的抗病等位基因位点为A、和/或所述MC1008L044A 的抗病等位基因位点为C、和/或所述MCI 106C066A的抗病等位基因位点为A。
[0015]为实现上述目的，本发明还提供了一种鉴定玉米植物具有增强的大斑病抗性的方 法，包括:检测玉米植物中标记位点MC141021C49A、MC1008L044A和/或MC1106C066A的等位 基因型，所述等位基因型与增强的大斑病抗性相关。
[0016] 进一步地，所述MC141021C49A的抗病等位基因位点为A、和/或所述MC1008L044A的 抗病等位基因位点为C、和/或所述MC1106C066A的抗病等位基因位点为A。
[0017] 为实现上述目的，本发明还提供了一种获得具有增强的大斑病抗性的玉米植物的 方法，包括：
[0018] 获得基因组中含有增强的大斑病抗性的标记位点的第一玉米植物；
[0019] 所述第一玉米植物与第二玉米植物杂交；
[0020] 对子代植物中上述等位基因位点进行评估；
[0021] 选择具有所述等位基因的子代植物；
[0022] 所述增强的大斑病抗性的标记位点包括此141021049六、1(：10081^444和/或 MC1106C066A;所述MC141021C49A的抗病等位基因位点为A、和/或所述MC1008L044A的抗病 等位基因位点为C、和/或所述MCI 106C066A的抗病等位基因位点为A。
[0023]为实现上述目的，本发明还提供了一种预测具有增强的大斑病抗性的玉米植物的 方法，包括：
[0024]检测玉米植物的基因型；
[0025]所述玉米植物的基因组中含有增强的大斑病抗性的标记位点；
[0026] 所述增强的大斑病抗性的标记位点包括此141021049六、1(：10081^444和/或 MC1106C066A;所述MC141021C49A的抗病等位基因位点为A、和/或所述MC1008L044A的抗病 等位基因位点为C、和/或所述MCI 106C066A的抗病等位基因位点为A。
[0027]为实现上述目的，本发明还提供了一种所述的玉米抗大斑病QTL的SNP分子标记在 玉米育种中的应用。
[0028] 本文所用术语"等位基因"指在特定基因座处发生的两个或更多个不同核苷酸序 列的其中一个。
[0029] 本文所用术语"等位基因频率"指等位基因存在于个体、品系、或一组品系中的基 因座上的频率(比例或百分比）。例如，就等位基因"A"而言，基因型"AA"、"Aa"或"aa"的二倍 体个体分别具有l.〇、〇.5或0.0的等位基因频率。人们能够通过平均化来自品系的个体样品 的等位基因频率来估计该品系中的等位基因频率。同样地，人们能够通过平均化构成种群 的品系的等位基因频率来计算该种群品系中的等位基因频率。就一组限定数目的个体或品 系而言，可将所有等位基因频率表示为包含等位基因的个体或品系(或任何其他指定组)的 计数。
[0030] "扩增子"是被扩增的核酸，例如使用任何可用的扩增方法(例如PCR、LCR、转录等） 通过扩增模板核酸制备的核酸。
[0031] 在核酸扩增的情况下术语"扩增"是其中产生附加拷贝的选择核酸（或其转录形 式）的任何过程。一般的扩增方法包括基于多种聚合酶的复制方法，包括聚合酶链反应 (PCR)、连