十字花科蔬菜根肿病抗性遗传及抗病育种研究进展

周 娜，陆景伟，郑 阳，胡 燕，陶伟林

（重庆市农业科学院蔬菜花卉研究所，重庆 401329）

十字花科蔬菜根肿病是由专性活体寄生菌芸薹根肿菌（Plasmodiophora brassicaeWor.）侵染引起的一种土传性病害，目前对于根肿菌的分类地位，仍存有争议。早期研究都将其归为真菌界，直至2011年Neuhauser等[1]根据其形态学特征及分子生物学研究将芸薹根肿菌划分到原生界、根肿菌门、根肿菌纲、根肿菌属。该菌可以危害所有易感病的十字花科植物，包括甘蓝、白菜、萝卜、芜菁、花椰菜、西兰花、芥菜等栽培及野生种。根肿病早在1737年于英国地中海西岸及欧洲南部被发现。据记载，中国最早于1936年在台湾省发现，之后1947年在福建省发现。目前在中国东北、西南、山东及长江中上游等地区均有发生，严重影响中国十字花科蔬菜产业的发展。历时2个多世纪，十字花科植物根肿病至今仍然是学术界的研究热点，且发病面积仍在不断蔓延，化学、生物等方法无法彻底解决该病的危害。抗病品种培育是目前解决根肿病难题的最佳途径。国际上如日本、韩国等对根肿病抗病育种的研究较早，而中国起步较晚。近年来中国对根肿病的研究越来越重视，笔者对当前十字花科蔬菜根肿病抗性遗传规律及抗病育种等方面的研究进展进行综述，并对中国十字花科蔬菜根肿病抗性研究方向进行展望。

1 根肿病抗性遗传规律研究进展

十字花科蔬菜根肿病抗性遗传规律研究对根肿病材料创制及抗性品种选育有非常重要的意义。目前对甘蓝、白菜类根肿病抗性（clubroot resistance，CR）遗传研究较多，且多集中在抗性基因与 CR 位点连锁的分子标记及根肿病抗性数量性状基因座（Quantitative trait locus, QTL）的遗传定位上。

1.1 甘蓝类

甘蓝中存在根肿病抗性基因，花椰菜、青花菜和球茎甘蓝中缺少抗源，抱子甘蓝上有耐病基因，芜菁甘蓝的抗病范围较宽。传统遗传学的研究认为，甘蓝根肿病的抗性是由多基因控制的数量遗传。Nagaoka 等[2]研究发现甘蓝对根肿病的抗性至少由4个基因控制。Vriesenga等[3]曾报道甘蓝对根肿病的抗性受2个基因控制，一个为隐性，另一个为不完全显性。Voorrips等[4]经研究发现甘蓝根肿病抗性基因均为隐性遗传。司军等[5]研究认为甘蓝根肿病抗性遗传受3对以上多基因控制，为不完全隐性遗传。Laurens等[6]研究认为甘蓝的根肿病抗性由许多主效等位基因控制，为不完全显性遗传且具有明显的加性效应。张小丽等[7]通过有性杂交获得抗根肿菌4号生理小种的F1桥梁材料（青花菜×甘蓝近缘野生种“B2013”），研究认为根肿病抗性以主基因遗传为主，同时受环境影响较大，应在早期世代进行选择，且BC1F2世代主基因选择效率较高。

至今已发现并通过遗传图谱构建获得了20多个甘蓝CR QTL，但是基于不同的抗源和生理小种所做的遗传图谱，且分子标记的引物序列大多非公开，所以这些QTL并没有得到广泛应用。Rocherieux等[8]利用4种根肿菌株对抗源Kale的抗性进行研究，分别发现了2～5个不等的QTL，其中Pb-Bo1对4种根肿菌株都具有抗性作用。Nagaoka 等[2]以DH抗感群体为试材，研究发现了5个QTL，并将其定位于4条染色体上，通过比较遗传图谱发现，其中pb-Bo（GC）1与Nomura 等[9]发现的 QTL9有可能是同一位点。孙超等[10]采用同源比对法，对甘蓝基因组中的大白菜抗根肿病同源基因CRa和Crr1a进行分析，结果表明：在甘蓝7号染色体上存在3个预测基因为CRa的同源基因，即Bo7g107710、Bo7g107730和Bo7g107740，推测其中的Bo7g107730基因可能与根肿病抗性相关；在甘蓝3号染色体上存在1个预测基因Bo3g164040为Crr1a的同源基因，但可能没有抗根肿病功能。

1.2 白菜类

白菜根肿病的抗性基因大多都来自欧洲饲料芜菁，且基因之间相对保持独立。Piao等[11]认为芜菁根肿病抗性由3个主效基因控制，这与传统遗传学的研究结果是一致的。王芳展等[12]研究认为，大白菜对根肿病的抗性是由少数几个相对独立的主效基因控制。孙保亚等[13]研究结果与日本吉川宏昭[14]的报道一致，都认为大白菜根肿病是由1对显性核基因控制的。

目前报道的大白菜抗根肿病基因有8个, 分别是Crr1、Crr2、Crr3、Crr4、CRa、CRb、CRc和CRk，其中Crr3、CRa、CRb、CRk被定位于A3连锁群[15-16]。Diederichsen等[17]认为CRa与CRb可能是等位基因或紧密连锁2个抗病位点。陈慧慧等[18]将大白菜抗根肿病基因CRb定位在 0.18 cM的2个具有较高通用性的共显性标记之间。王淼等[19]利用与大白菜根肿病抗性基因CRb紧密连锁的AFLP标记构建了2张覆盖长度为576 cM、平均图距3.3 cM的大白菜遗传连锁图谱，并将抗根肿病基因CRb定位在第1条连锁群9 cM的范围内，为大白菜抗根肿病育种的分子标记辅助选择奠定了基础。

2 根肿病抗病育种现状

目前大白菜根肿病的抗病遗传规律相对较简单，对其研究的比较深入，获得相应的抗根肿病分子标记较多，采用传统育种手段结合分子标记辅助选择，选育出了一些抗病材料，陆续推出了抗病品种进行生产试验，且已有商品化抗病品种应用。Piao 等[20]利用来自韩国和日本的大白菜抗根肿病品种，发现CRb的2个侧翼标记TCR01和TCR09能够有效应用于分子标记辅助选择。朴钟云等[21]以具有抗根肿病基因CRb的大白菜“CR Shinkii DH”系为抗源，通过分子标记辅助选择选育出大白菜优良自交系“BJN3”的9份抗根肿病近等基因系。耿新翠等[22]根据抗根肿病基因、核不育“复等位基因”和球心色基因的遗传规律，利用桔红心的子叶颜色作为形态标记进行转育，结合抗性鉴定，经过4代转育（BC1F3代）得到纯合抗病的桔红心甲型“两用系”。引自韩国的大白菜抗根肿病品种CR-英雄已在重庆地区大面积推广种植，抗性较好。另外，山东青岛农科院、北京农林工程中心、沈阳农业大学等陆续推出了抗根肿病大白菜品种且已进行推广试验示范。

甘蓝根肿病的抗性遗传规律较复杂，获得纯系抗病材料的难度很大，育种进展缓慢。国外早在1973年，Mcnaughton[23]就以抗根肿病的萝卜为母本，通过远缘杂交的手段，获得了抗根肿病甘蓝×萝卜杂种F1。目前已有抗病品种不断推出试验。国内可利用的甘蓝根肿病抗源相对较少且抗性单一。肖崇刚等[24]对不同的甘蓝材料进行苗期人工接种抗性鉴定，筛选出对根肿病不同抗性的甘蓝材料，并培育成耐根肿病甘蓝品种西园六号和西园八号。彭丽莎等[25]利用胚挽救技术获得甘蓝和大白菜远缘杂交的F1代，通过形态学和细胞学鉴定获得抗根肿病的甘蓝×大白菜中间材料，为甘蓝抗根肿病材料创制打下基础。孙超等[10]应用采自湖北长阳、陕西太白、河南新野3个地方的根肿病菌对22份不同甘蓝材料进行抗病性鉴定，研究筛选出高抗陕西太白根肿病菌的品种BDH3，抗河南新野根肿病菌的品种 Chou hybride Tekila、SW-110、CGL-8、先正达和SW-109，为甘蓝根肿病抗性研究提供了可供选择的抗源材料。

3 展望

随着世界范围内十字花科蔬菜根肿病越来越严重，受害面积不断加大，加之化学防治污染重、成本昂贵，生物防治效果有待进一步加强，抗病育种的重要性日益凸显。在根肿病抗性遗传规律研究不断深入的基础上，随着分子标记辅助育种、QTL定位、基因图谱构建等分子生物学技术的广泛应用，加速新材料创制、缩短十字花科根肿病抗病育种进程将成为可能。

近年来，大白菜根肿病抗病育种在基础研究及材料创制方面都取得了明显的进展。甘蓝的抗性研究方向及思路也越来越明确，而萝卜抗性育种目前研究较少；据前人研究，萝卜比甘蓝和芜菁甘蓝抗病，且日本萝卜在十字花科作物中表现最抗病。洪雅婷等[26]研究认为四季萝卜“北京红丁”抗根肿病基因为核遗传，受1对显性主效基因控制，同时还受一些微效基因影响，这一研究结果无疑为抗病基因的挖掘及抗病品种的培育提供了新的可能。

十字花科根肿病致病菌为专性寄生的芸薹根肿菌，致病力强且多样的致病型生理小种分化形成较为复杂的群体结构，使抗病品种的抗病稳定性很难持久；因此，选育2种及2种以上生理小种抗源的复合抗病材料及品种必将是未来十字花科蔬菜根肿病抗性育种的目标。在今后的育种工作中，要充分利用国内优势地区的育种材料，并进行大量抗源筛选，同时还应加强世界范围内抗源种质引进，尤其是日本、韩国及欧洲等抗病资源较为丰富的国家，为今后的抗性育种创造更多的有效资源。

[1]NEUHAUSER S, KIRCHMAIR M, GLEASON F H. The ecological potentials of Phytomyxea （"plasmodiophorids"）in aquatic foodebs[J].Hydrobiologia,2011,659（1）:23-35.

[2]NAGAOKA T, DOULLAH M A U, MATSUMOTO S,et al. Identification of QTLs that control clubroot resistance inBrassica oleraceaand comparative analysis of clubroot resistance genes betweenB.rapaandB.oleracea[J].Theoretical and Applied Genetics,2010,120（7）:1335-1346.

[3]VRIESENGA J D, HONMA S. Inheritance of seedling resistance to clubroot inBrassica oleraceaL.[J].Hortscience,1971（6）:395-396.

[4]VOORRIPS R E, VISSER D L. Examination of resistance to clubroot in accessions ofBrassica oleraceausing a glasshouse seedling test[J].Netherlands Journal of Plant Pathology,1993,99（5-6）:269-276.

[5]司军,李成琼,肖崇刚,等.甘蓝根肿病抗性遗传规律的研究[J].园艺学报,2003,30（6）:658-662.

[6]LAURENS F, THOMAS G. Inheritance of resistance to clubroot（Plasmodiophora brassicaewor.） in kale（Brassica oleraceassp.acephalaL.）[J].Hereditas,1993,119（3）:253-262.

[7]张小丽,李占省,方智远,等.青花菜与甘蓝近缘野生种"B2013"杂交后代对根肿病抗性的遗传分析[J].园艺学报,2014,41（11）:2225-2230.

[8]ROCHERIEUX J, GLORY P, GIBOULOT A, et al.Isolate-specif i c and broad-spectrum QTLs are involved in the control of clubroot inBrassica oleracea[J].Theoretical and Applied Genetics,2004,108（8）:1555-1563.

[9]NOMURA K, MINEGISHI Y, KIMIZUKATAKAGI C, et al. Evaluation of F2and F3plants introgressed with QTLs for clubroot resistance in cabbage developed by using SCAR markers[J].Plant Breeding,2005,124（4）:371-375.

[10]孙超,马建,雷蕾,等.甘蓝种质资源根肿病抗性鉴定及CRa、Crr1a同源基因分析[J].植物遗传资源学报,2016,17（6）:1058-1064.

[11]PIAO Z Y, RAMCHIARY N, LIM Y P. Genetics of clubroot resistance inBrassicaspecies[J].Journal of Plant Growth Regulation,2009,28（3）:252-264.

[12]王芳展,刘亚培,张梅,等.十字花科作物根肿病的侵染生理与抗性遗传研究进展[J].中国油料作物学报,2012,34（2）:215-224.

[13]孙保亚,沈向群,郭海风,等.大白菜抗根肿病遗传规律初探[J].中国蔬菜,2005（6）:15-17.

[14]吉川宏昭.日本十字花科作物的抗根肿病育种[J].王素,译.中国蔬菜,1989（3）:55-56.

[15]SAKAMOTO K, SAITO A, HAYASHIDA N, et al.Mapping of isolate-specific QTLs for clubroot resistance in Chinese cabbage （BrassicarapaL. ssp.pekinensis） [J].Theoretical and Applied Genetics,2008,117（5）:759-767.

[16]PIAO Z Y, DENG Y Q, CHOI S R, et al. SCAR and CAPS mapping ofCRba gene conferring resistance toPlasmodiophora brassicaein Chinese cabbage（Brassica rapassp.pekinensis） [J].Theoretical and Applied Genetics,2004,108（8）:1458-1465.

[17]DIEDERICHSEN E, FRAUEN M, LINDERS E G,et al. Status and perspectives of clubroot resistance breeding in crucifer crops[J].Journal of Plant Growth Regulation,2009,28（3）:265-281.

[18]陈慧慧,张腾,梁珊,等.大白菜抗根肿病CRb基因紧密连锁标记的开发与定位[J].中国农业科学,2012,45（17）:3551-3557.

[19]王淼,王剑,李宏博,等.利用抗、染根肿病F2群体构建大白菜AFLP遗传连锁图谱[J].华北农学报,2009,24（2）:64-70.

[20]PIAO Z Y，CHOI S R，LEE Y M，et al. The use of molecular markers to certify clubroot resistance（CR）cultivars of Chinese cabbage[J].Horticulture environ-ment and biotechnology,2007,48（3）:148-154.

[21]朴钟云,吴迪,王淼,等.大白菜抗根肿病近等基因系的分子标记辅助选育[J].园艺学报,2010,37（8）:1264-1272.

[22]耿新翠,沈向群,郭艳峰,等.抗根肿病桔红心大白菜甲型"两用系"转育研究[J].西北农业学报,2012,21（7）:155-161.

[23]MCNAUGHTON I H. Synthesis and sterility ofRaphano brassica[J].Euphytica,1973,22 （1）:70-88.

[24]肖崇刚,郭向华.甘蓝根肿病的生物学特性研究[J].菌物系统,2002,21（4）:597-603.

[25]彭丽莎,周俐利,任雪松,等.用胚挽救法创建甘蓝×大白菜抗根肿病新材料[J].植物保护学报,2016,43（3）:419-426.

[26]洪雅婷,沈向群,陈永浩,等.四季萝卜（Raphanus sativusvar.radicula）抗根肿病遗传规律[J].西北农业学报,2013,22（7）:138-142.