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综述:豌豆镰刀菌枯萎病抗性的遗传与分子研究进展及未来展望
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年07月25日 来源:Plant Molecular Biology 3.9
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本综述系统梳理了豌豆镰刀菌枯萎病(FW)防治策略的突破性进展,重点阐释了SNP分型、QTL定位、标记辅助选择(MAS)等分子技术,以及转录组学、代谢组学、蛋白组学等多组学技术与CRISPR基因组编辑、快速育种(speed breeding)、基因组选择(GS)等创新育种手段的融合应用,为解析豌豆抗FW机制提供了全新视角。
作为重要的豆科作物,豌豆(Pisum sativum L.)通过生物固氮促进农业可持续发展,但其生产长期受尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum f. sp. pisi,Fop)引发的枯萎病威胁。该病原菌已鉴定出1、2、5、6号生理小种,全球范围内可导致产量损失高达80%。传统防治方法如轮作、化学药剂等效果有限,宿主抗性成为最具潜力的解决方案。
近年研究通过全基因组关联分析(GWAS)定位到12个抗FW相关数量性状位点(QTL),其中位于3号染色体的Fw-3c位点对5号小种抗性具有主效作用。单核苷酸多态性(SNP)标记的开发使标记辅助选择(MAS)效率提升3倍,加拿大团队利用SNPTM10标记成功选育出抗病品种"GreenShield"。
转录组分析发现,抗病品种接种Fop后48小时内,PR-1(病程相关蛋白1)和PAL(苯丙氨酸解氨酶)基因表达量激增20倍。代谢组学揭示抗性材料中芥子酸酯积累量与病情指数呈显著负相关(R2=0.89)。蛋白互作网络预测显示,RGA2类抗病蛋白可能通过MAPK信号通路激活防御反应。
CRISPR-Cas9技术成功编辑PsERF1转录因子,使转基因植株发病率降低65%。澳大利亚采用快速育种(speed breeding)技术将传统育种周期从8年缩短至3年。基因组选择(GS)模型对FW抗性的预测准确率达0.73,显著高于传统表型选择。
整合表型组-基因组-环境变量(PGE模型)将成为研究热点,而合成生物学手段设计抗病通路、纳米材料递送siRNA等新兴技术可能突破现有防治瓶颈。值得注意的是,病原菌效应蛋白Avr2与宿主R基因的共进化关系仍需深入解析,这对培育广谱持久抗性品种至关重要。
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