棉花是世界范围内的重要经济作物。棉蚜繁殖能力强，在棉田普遍且频繁发生，是目前棉花生产上最重要的害虫之一。喷洒杀虫剂是防治棉蚜的普遍措施，虽然见效快，但持效短，对非靶标生物、生态系统和环境产生了严重的负面影响，并导致棉蚜的抗药性水平逐年升高。在过去的一个世纪里，数以百计的抗虫作物为农业发展做出了重大贡献。培育抗蚜品种被认为是防治蚜虫最环保和最经济有效的措施。因此，深入发掘抗蚜种质资源、鉴定抗蚜遗传位点和基因，对于棉花抗蚜育种至关重要。

近日，河北农业大学华北作物改良与调控国家重点实验室马峙英教授团队在Theoretical and Applied Genetics发表题为Genome-wide association study reveals novel SNPs and genes in Gossypium hirsutum underlying Aphis gossypii resistance的研究论文。该研究采用非选择性取食法对200份陆地棉（Gossypium hirsutum）种质资源的抗蚜性进行了测定。结果表明蚜虫在不同棉花种质材料的繁殖规模差异较大，据此建立了以相对蚜虫繁殖指数（relative aphid reproduction index，RARI）为指标的棉花抗蚜性评测体系，将所测陆地棉种质的抗蚜性水平划分为6个等级。鉴定出19份材料属于高抗种质。进一步分析发现棉花抗蚜性与棉花地理分区之间没有明显的相关性，也与棉纤维品质指标之间没有显著相关性。然而，对棉蚜中抗水平以上（中抗、抗、高抗）的棉花种质，其棉蚜抗性水平与黄萎病抗性之间呈显著正相关。

图1 以RARI为指标的棉花抗蚜性测定

以高质量农大棉8号基因组为参考，通过全基因组关联分析（genome‑wide association study，GWAS），在3次重复试验中共鉴定到176个与RARI显著相关的SNP位点，分布于17条染色体上，包括A01，A02，A03，A05，A06，A07，A08，A10，A11，A13，D02，D04，D05，D06，D08，D12和D13。其中A08染色体关联到大量的SNP。SNP1（A08:63757562）具有最高的关联期望值（-log10 (P-value)），被开发成用于棉花抗蚜性鉴定的基因分型方法（cleaved amplified polymorphic sequence，CAPS）。在SNP1上下游325 kb区域内鉴定到4个与棉花抗蚜性相关的基因，包括GhRem（remorin-like）、GhLAF1（long after far-red light 1）、GhCFIm25（pre-mRNA cleavage factor Im 25 kDa subunit）和GhPMEI（plant invertase/pectin methylesterase inhibitor superfamily protein）。这些基因受蚜虫侵染诱导表达，且表达量在抗、感棉花品种间差异显著。沉默GhRem、GhLAF1或GhCFIm25均能显著增加棉苗上蚜虫的繁殖数量。特别是沉默GhRem能显著降低胼胝质在棉花叶片中的沉积，表明其介导的棉花抗蚜功能与调控胼胝质沉积相关。研究结果为深入解析棉花抗蚜的遗传调控网络提供了新的视角，为棉花品种抗蚜改良提供了新的种质资源、分子标记和基因。

图2 沉默GhRem、GhLAF1和GhCFIm25显著增加棉蚜繁殖量

河北农业大学杨君副教授为论文第一作者，马峙英教授为文章通讯作者，张慧敏、陈昊楠、孙正文、柯会锋、王国宁、孟成生、吴立强、张艳、王省芬等研究生和老师参与了研究工作。上述研究得到国家重点研发计划（2022YFF1001403）、河北省自然科学基金创新群体（C2022204205）、河北省重点研发计划（21326314D）等项目资助。