菊花黑斑病抗性QTNs挖掘及候选基因功能解析：基于多环境GWAS研究的分子育种新策略

推荐：本研究针对菊花黑斑病(BSD)抗性机制不明的问题，通过3VmrMLM多环境GWAS分析152份菊花种质，鉴定到71个QTNs和7个QEI互作位点，发现8个显著降低病情指数(DSI)的有利等位基因及其剂量累加效应，挖掘出12个已知抗病基因和14个新候选基因，为菊花抗病分子育种提供了重要靶点。

　　

菊花作为全球重要的观赏和经济作物，长期受到黑斑病(Black Spot Disease, BSD)的严重威胁。这种由Alternaria alternata引起的真菌病害不仅降低观赏价值，还会造成高达45%的产量损失。尽管前人通过杂交育种获得了一些抗性材料，但关于其遗传机制的研究仍停留在少数同源基因鉴定阶段，缺乏系统性解析。更棘手的是，传统单基因座GWAS方法因多重检验校正严格，容易遗漏小效应位点，而菊花复杂的异源六倍体基因组更增加了研究难度。

南京农业大学菊花种质资源保存中心的研究团队在《Horticultural Plant Journal》发表的研究中，创新性地采用多基因座3VmrMLM方法，对152份涵盖传统品种、切花和盆栽菊花的种质资源展开研究。通过GBS技术获得351,555个高质量SNP，结合双环境表型数据分析，首次全面揭示了菊花BSD抗性的遗传架构。

研究主要运用了以下关键技术：基于双环境接种实验的表型评估体系（含DSI分级标准）、GBS基因分型与群体结构分析、3VmrMLM多环境GWAS模型、200kb候选区间基因挖掘策略，以及整合转录组数据的表达模式验证。

【3.1 表型变异】
研究发现双环境DSI值显著相关(r=0.76)，广义遗传力H²达74.36%，证实抗性主要受遗传因素控制。通过五级分类体系，明确2份免疫种质和55份高抗材料。

【3.2 群体结构与GWAS】
ADMIXTURE分析将群体分为5个亚群。3VmrMLM方法共检测到71个QTNs（表型解释率1.53%-7.06%）和7个QEI互作位点，其中18个稳定QTNs被至少两种分析方法重复检出。值得注意的是，Chr21_13509890位点同时具有最大显性效应（16.24）和显著负加性效应。

【3.3 有利等位基因挖掘】
从稳定QTNs中筛选出8个使DSI降低>15%的有利等位基因，如Chr3_268199253(C)等。线性回归分析显示有利等位基因存在剂量累加效应(y=77.9-5.5x, R²=0.56, P<0.001)，证实抗性主要由加性效应控制。

【3.4-3.5 候选基因鉴定】
在200kb候选区间内发现244个基因，重点解析了26个功能基因：

• 免疫相关基因：包括E3泛素连接酶PUB9、脂转移蛋白LTPG1等已知抗病基因
• 新候选基因：如调控气孔关闭的RIC7（响应ABA信号）、细胞壁修饰基因AGM1/AGM2等
• 环境互作基因：TIR-NBS-LRR类抗病蛋白TIR1和PTI信号转导因子PBL34

讨论部分指出，该研究首次系统揭示了菊花BSD抗性的多基因控制特性。相比传统单基因座GWAS，3VmrMLM方法成功检测到R²<1%的小效应位点，显著提高了检测效能。发现的剂量累加效应为分子设计育种提供了明确路径——通过聚合Chr3_90761358(T)等8个主效位点可显著提升抗性。候选基因中，JA信号通路相关基因PLATZ10和SA途径调控因子DHAR2的发现，为理解菊花对抗坏死性病原体的免疫机制提供了新视角。

这项研究不仅建立了菊花抗病基因挖掘的技术范式，其鉴定的分子标记和候选基因库，将直接服务于抗病品种选育。未来通过基因编辑等手段验证这些靶点，有望培育出兼具观赏价值和持久抗性的菊花新品种，对推动花卉产业可持续发展具有重要意义。