Mi基因家族番茄对南方根结线虫的抗性鉴定及评价

魏 偲 史倩倩 茆振川杨宇红 谢丙炎（中国农业科学院蔬菜花卉研究所，农业部园艺作物生物学与种质创制重点实验室，北京 100081）



Mi基因家族番茄对南方根结线虫的抗性鉴定及评价

魏 偲 史倩倩 茆振川*杨宇红 谢丙炎
（中国农业科学院蔬菜花卉研究所，农业部园艺作物生物学与种质创制重点实验室，北京 100081）

摘 要：为明确Mi-1～Mi-9基因家族番茄材料对我国南方根结线虫的抗性，采用温室盆栽接种方法对37个番茄品种进行了抗性鉴定。结果明确了8个含有Mi基因的番茄材料中，7个材料对南方根结线虫表现为免疫或高抗。在抗性基因未明确的材料中，6个材料具有南方根结线虫抗性。在16个抗性未知的秘鲁番茄材料中，12个材料抗南方根结线虫。研究证实Mi基因家族番茄对我国南方根结线虫具有优良抗性，为进一步挖掘利用Mi家族基因提供了重要依据。

关键词：Mi基因家族；番茄；南方根结线虫；抗性

魏偲，女，硕士研究生，专业方向：分子植物病理学，E-mail：weicai0104@126.com

根结线虫是危害作物生产的一种重要病害，寄主广泛，可造成作物减产，严重时达75%以上（彭德良和唐文华，2001）。番茄是根结线虫的寄主作物之一，根结线虫的危害逐年加重。番茄对根结线虫的抗性由Mi基因家族控制，在秘鲁番茄、多毛番茄和多腺番茄等野生种中相继发现了9个抗根结线虫基因Mi-1～Mi-9，这些抗性基因统称为Mi基因家族。Mi-1基因是在秘鲁番茄（Solanum peruvianum）PI128657中发现的，是唯一被克隆和商品化利用于番茄栽培种中的抗根结线虫基因，为单基因显性遗传，能够抗南方根结线虫（Meloidogyne incognita）、爪哇根结线虫（Meloidogyne javanica）、花生根结线虫（Meloidogyne arenaria），同时还抗马铃薯长管蚜（Macrosiphum euphorbiae）及烟粉虱（Bemisia tabaci）（Rossi et al.，1998；Nombela et al.，2003），但当土壤温度高于28 ℃时，这种抗性消失，属于温敏型基因。Mi-7、Mi-8也表现为温度敏感型，而Mi-2、Mi-4、Mi-5、Mi-6表现为非温敏型，当土壤温度为28 ℃时仍然对根结线虫具有抗性（Veremis & Roberts，1996b）。Mi-9是Mi-1的同源基因，定位于番茄6号染色体短臂端（Jablonska et al.，2007）。Mi-3被定位在12号染色体的短臂端，与Mi-5基因连锁。另外发现，Mi-2 和Mi-8连锁，Mi-6和Mi-7连锁 （Yaghoobi et al.，2005）。Mi基因侧翼的9个高分辨率RFLP图谱及Mi基因的SCAR标记PEX-1为番茄抗性育种提供了重要依据（Ho et al.，1992）。

国外已对来自秘鲁的多个抗根结线虫番茄材料进行了抗性鉴定及温度稳定性评价报道，明确了多个材料对南方根结线虫生理小种3、爪哇根结线虫811种群，以及南方根结线虫毒性种群（557R种群）的抗性特征（Veremis & Roberts，1996a；Devran & Söğüt，2014）。由于根结线虫的遗传多样性，各个地区主要流行的根结线虫种类、小种甚至毒性种群不同，因而对根结线虫的抗性鉴定存在一定的差异。在我国亦有许多关于番茄抗根结线虫的报道，但是对系列抗性基因的鉴定仍然缺乏深入的研究。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2015年1～11月在中国农业科学院蔬菜花卉研究所病害实验室进行。接种病原线虫为南方根结线虫（M. incognita）生理小种1，来源于中国农业科学院蔬菜花卉研究所病害课题组，培养在茄门甜椒上用于接种试验。

供试番茄品种共37份，其中PI128657、LA3640、PI126443、LA2823、LA1708、LA2884、LA2157、PI270435、PI126926、PI251306、PI251307、PI251308、PI251309、PI266375、PI365951、PI390687来自中国农业科学院蔬菜花卉研究所加工番茄课题组；VI037234、VI037300、VI037301、VI037302、VI037309、VI037311、VI037314、VI037315、VI037318、VI037321、VI037330、VI037334、VI037372、VI037904、VI037906、VI037908来自亚洲蔬菜研究发展中心；Money maker、立春来自中国农业科学院蔬菜花卉研究所病害课题组；中杂302购于中蔬种业科技（北京）有限公司，仙客1号、仙客6号购于京研益农（北京）种业科技有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 育苗 将番茄种子用纱布包好，在40～50℃温水中浸泡1 h左右，放入28 ℃恒温培养箱中进行催芽。待出芽2 mm后将其播种于装有灭菌土（草炭：蛭石=2 V：1 V）的育苗盘中，幼苗长出1片真叶后移栽到12 cm×12 cm×14 cm营养钵中，每钵1株，在温室中22～28 ℃条件下培养7～10 d。

1.2.2 根结线虫接种 从根结上挑取南方根结线虫卵块，用0.5%的NaClO溶液消毒3 min，用无菌水清洗3次，再加入无菌水，28 ℃恒温培养箱中孵化，收集二龄幼虫，在24 h内进行接种处理。番茄长出2～3片真叶时，在紧邻根系周围的土壤打2个2 cm深的小孔，每植株接种800条二龄南方根结线虫，每个番茄材料接种10株，3次重复。接种后在室温下进行正常管理，观察根结线虫的发生情况。1.2.3 番茄根结线虫抗性评价 接种42 d时，用清水轻轻洗去番茄根部土壤，调查每株番茄根部发病情况，统计根系上的根结数，记录病情级别，计算病情指数，确定抗性水平，并采用SAS 9.01软件进行方差显著性分析。根结分级标准和抗性评价标准参照番茄主要病害抗病性鉴定技术规程（NY/T 1858.8—2010）。根结线虫病情划分为0～5级，并适当调整为：0级（所有的根上都没有根结），1级（0＜有根结的根数占总根系＜10%），2级（10%≤有根结的根数占总根系＜25%），3级（25%≤有根结的根数占总根系＜50%），4级（50%≤有根结的根数占总根系＜75%），5级（75%≤有根结的根数占总根系＜100%）。

抗性评价标准：免疫I（病情指数=0），高抗HR（0＜病情指数＜1.0），抗病R（1.0≤病情指数＜2.0），中抗MR（2.0≤病情指数＜3.0），感病S（3.0≤病情指数＜4.0），高感HS（4.0≤病情指数＜5.0）。

2 结果与分析

供试37个番茄品种对南方根结线虫的抗性存在差异，接种根结线虫后，抗性品种和感病品种表现明显不同（图1），不同品种的根结数目差异比较大，病情指数为0～5.0（表1），抗病品种和感病品种的根结平均数之间存在显著性差异。

因此，首先无论作为反补贴调查国或是被调查国，当出现相关问题的首例案件时，调查机构和立法机构应及时完善相关的法律体系。对缺乏解释的法规进行修订及补充，做到有法可依，防止一个单一的问题因为前期缺乏重视而不断演化，在后期变成复杂棘手的问题。并且，完善相关的监督机制，防止自由裁量权无限制的扩大，维护司法公平。同时针对不同国家不同企业，或者同一国家不同企业的情况，应该做到实事求是。立足于不同国家的市场和企业情况进行分析，防止一概而论而造成的失实判断。作为被调查国，当调查结论严重失实时，应及时与调查机构进行沟通，并依据现实情况上报情况说明，以维护合法权利。

携带Mi-1基因的材料有PI128657、仙客1号、仙客6号、中杂302，平均根结数为2.7，且接种后根结较小，根系生长不受影响，对线虫表现为高抗。LA3640和PI270435携带Mi-2、Mi-6、Mi-7、Mi-8基因，根系上没有根结，根系生长良好，对线虫表现免疫。携带Mi-3、Mi-5基因的PI126443及携带Mi-4基因的LA1708无根结，病情指数为0，对线虫免疫。携带Mi-3的LA2823平均含有2.7个根结，病情指数为0.3，对线虫高抗。LA2157携带Mi-9基因，平均含有12.7个根结，病情指数为1.0，根系生长正常，表现为高抗。但携带Mi-8基因的LA2884有108.1个根结，病情指数为3.6，植物生长受到影响，对线虫感病。不含抗性基因的money maker、立春品种作为对照，平均根结数分别为129.3、142.0，根结指数分别为4.1、4.5，是高感品种。

图1 根结线虫侵染不同番茄材料的根部症状

抗性基因未明确的PI126926、PI251306、PI251308、PI251309、PI266375、 PI365951材料根结数为0～14.7，病情指数为0～1.2，对线虫表现抗性，生长不受影响。而抗性基因未明确的PI251307 和PI390687根结数分别为125.9、213.9，对南方根结线虫感病。另外还鉴定了16个抗性未知的秘鲁番茄品种，其中只有4个品种VI037302、VI037311、VI037314和VI037318对南方根结线虫表现高感，而剩余12个品种对南方根结线虫表现为免疫、高抗及抗病（表1），这些材料为我国番茄抗病育种提供了丰富的抗性资源。试验结果显示，番茄材料对根结线虫的抗性鉴定结果有免疫、高抗、抗病、高感4类，这种差异的出现与番茄中是否含有抗线虫基因，以及抗性基因种类及数量紧密相关，而且与试验采用的南方根结线虫种群有关。

3 结论与讨论

寄主植物中存在有价值的抗根结线虫基因，我国含Mi-1基因的番茄品种仙客1号、仙客6号、中杂302对南方根结线虫表现为高抗，无抗性基因的Money maker、立春等对线虫表现高感。在试验中携带Mi-1基因的PI128657，携带Mi-9基因的LA2157，携带Mi-2、Mi-6、Mi-7、Mi-8基因的LA3640、PI270435，携带Mi-3基因的LA2823，携带Mi-3、Mi-5基因的PI126443，携带Mi-4基因的LA1708，以及抗性基因未明确的PI126926、PI251306、PI251308、PI251309、PI266375、PI365951均对南方根结线虫表现不同程度的抗性。而携带Mi-8的LA2884及抗性基因未明确的PI251307、PI390687等材料不抗南方根结线虫。含有Mi基因的番茄品种通常抗根结线虫，这与本试验鉴定结果较一致，然而也有一些材料表现感病。由于我国南方根结线虫为生理小种1，而国外鉴定采用的南方根结线虫多为生理小种3，抗性丢失的原因可能是这些品种缺乏针对南方根结线虫生理小种1的抗性，而根结线虫抗性基因仅对1种或少数几种线虫或线虫的某一种群有效，线虫群体与对应的抗性基因型之间具有专化性（Castagnone et al.，1996）。

番茄中Mi基因能抗M. arenaria、M. incognita 和M. javanica 3种根结线虫，然而在生产中出现了打破Mi基因抗性的根结线虫毒性群体，这可能是线虫与寄主相互作用产生了选择。含Mi-8的LA2884表现为感病而非抗病，表明南方根结线虫（M. incognita）生理小种1克服了Mi-8基因的抗性。本试验中含Mi基因的番茄材料有的对线虫表现为免疫，还有一些表现为高抗，这些差异经方差分析确定为差异不显著，说明高抗及免疫之间的微小差别是外界因素造成的，而不是由基因决定的。另外，本试验还鉴定了16个抗性未知的秘鲁番茄品种，其中4个品种表现高感，其余12个品种均抗南方根结线虫，这些材料中是否含有Mi基因或其他新基因还有待研究。在对抗线虫材料进行鉴定的过程中，我们同时发现抗线虫材料还含有其他抗性基因，如PI390687抗番茄斑萎病毒 （TSWV）（Dianese et al.，2011），PI266375抗黄瓜枯萎病菌生理小种1和2。而在前人的研究中，PI-306811、PI-365951、LA-1609和LA-2553既抗线虫又抗菜豆金黄花叶病毒（Pereira et al.，2010），番茄系列抗性基因材料对我国根结线虫的鉴定评价为番茄抗病育种提供了重要依据。

寻找野生番茄中优良的抗根结线虫基因，可加快优良基因向栽培番茄的选育。目前已发现的抗根结线虫基因有9个，其中只有Mi-1基因被克隆，并且成功转育到栽培番茄材料中，在番茄抗根结线虫方面发挥了重大作用。为了弥补Mi-1基因在热稳定性及抗性中的不足，需要对其他存在于野生番茄中的根结线虫抗性基因加以研究利用，确定新的抗病基因，以加快番茄抗线虫育种。

参考文献

彭德良，唐文华.2001.番茄抗根结线虫Mi基因研究进展.沈阳农业大学学报，32（3）：220-223.

杨明星，史倩倩，朱萍萍，贺字典，茆振川.2015.根结线虫毒性群体及其遗传变异机理研究进展.生命科学，27（11）：1-7.

Castagnone S P，Bongiovanni M，Palloix A，Dalmasso A.1996. Selection for Meloidogyne incognita virulence against resistance genes from tomato and pepper and specificity of the virulence/resistance determinants.European Journal of Plant Pathology，102：585-590.

Devran Z，Söğüt M A.2014.Response of heat-stable tomato genotypes to Mi-1 virulent root-knot nematode populations.Turkish Journat of Entomology，38（3）：229-238.

Dianese E C，Fonseca M E N，Inoue-Nagata A K，Resende R O，Boiteux L S.2011.Search in Solanum（section Lycopersicon）germplasm for sources of broad-spectrum resistance to four Tospovirus species.Euphytica，180：307-319.

Ho J Y，Weide R，Ma H M，Wordragen M F，Lambert K N，Koornneef M，Zabel P，Williamson V M.1992.The root-knot nematode resistance gene（Mi）in tomato：construction of a molecular linkage map and identification of dominant cDNA markers in resistant genotypes.Plant Journal，2（6）：971-982.

Jablonska B，Ammiraju J S S，Bhattarai K K，Mantelin S，de Ilarduya O M，Roberts P A，Kaloshian I.2007.The Mi-9 gene from Solanum arcanum conferring heat-stable resistance to root knot nematodes is a homologue of Mi-1.Plant Physiology，143：1044-1054.

Nombela G，Williamson V M，Muniz M.2003.The root-knot nematode resistance gene Mi-1.2 of tomato is responsible for resistance against the whitefly Bemisia tabaci.Mol Plant Microbe In，16（7）：645-649.

Pereira-Carvalho R C，Boiteux L S，Fonseca M E N，Díaz-Pendón J A，Moriones E，Fernández-Muñoz R，Charchar J M，Resende R O. 2010.Multiple resistance to Meloidogyne spp. and to bipartite and monopartite Begomovirus spp. in wild Solanum （Lycopersicon）accessions.Plant Disease，94（2）：179-185.

Rossi M，Goggin F L，Milligan S B，Kaloshian I，Ullman D E，Williamson V M.1998.The nematode resistance gene Mi of tomato confers resistance against the potato aphid.Proc Natl Acad Sci USA，95（17）：9750-9754.

Veremis J C，Roberts P A.1996a.Identification of resistance to Meloidogyne javanica in the Lycopersicon peruvianum complex. Theor Appl Genet，93：894-901.

Veremis J C，Roberts P A.1996b.Relationships between Meloidogyne incognita resistance genes in Lycopersicon peruvianum differentiated by heat sensitivity and nematode virulence.Theor Appl Genet，93 （5）：950-959.

Yaghoobi J，Yates J L，Williamson V M.2005.Fine mapping of the nematode resistance gene Mi-3 in Solanum peruvianum and construction of a S.lycopersicum DNA contig spanning the locus. Mol Genet Genomics，274（1）：60-69.

Resistance Identifi cation and Evaluation against Meloidogyne incognita of Tomato with Mi Gene Family

WEI Cai，SHI Qian-qian，MAO Zhen-chuan*，YANG Yu-hong，XIE Bing-yan
（Key Laboratory of Horticultural Crops Biology and Genetic Improvement，Ministry of Agriculture，Institute of Vegetables and Flowers，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China）

Abstract：To clarify the tomato resistant with Mi family gene against Meloidogyne incognita Race1，37 tomato materials were evaluated in greenhouse with artificial inoculated nematodes method. Seven varieties out of 8 with Mi gene were immune or high resistant to M. incognita. And 6 varieties among materials with uncertain resistant gene were evaluated as resistant to Meloidogyne incognita. Out of 16 Peru tomato lines with unknown resistant gene，12 lines were resistant to Meloidogyne incognita. The results showed that tomato varieties with Mi family genes had an excellent resistance against Chinese M. incognita Race1 population. This study has provided an important basis for further excavating and utilization of Mi family genes.

Key words：Mi family gene；Tomato；Meloidogyne incognita；Resistance

*通讯作者（

Corresponding author）：茆振川，男，副研究员，专业方向：植物病理学，E-mail：maozhenchuan@caas.cn

收稿日期：2016-01-14；接受日期：2016-04-13

基金项目：国家自然科学基金面上项目（31371923，31401719），公益性行业（农业）科研专项（201103018），中国农业科学院科技创新工程资助项目（CAAS-ASTIP）