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利马豆（Phaseolus lunatus）是一种适应性广、具有重要经济价值的豆科作物，也是根结线虫（Meloidogyne spp.；RKN）的易感寄主；根结线虫是全球农业系统中一类危害严重的植物病原生物。迄今为止，关于阐明利马豆根结线虫抗性遗传决定因素的研究仍然较少。理解抗性的遗传机制，对于改良抗性性状并将其纳入利马豆育种计划至关重要。为辅助标记辅助选择，本研究旨在鉴定并定位控制根结线虫抗性相关性状的数量性状位点（QTL）。本研究使用了三个重组自交系（RIL）群体。这三个群体分别由两个抗根结线虫亲本与同一个感根结线虫亲本杂交，以及两个抗性亲本相互杂交构建而成。采用全基因组单核苷酸多态性（SNP）标记对所有群体进行基因分型。在温室试验中，分别接种南方根结线虫（M. incognita）和爪哇根结线虫（M. javanica），对各群体的根部结瘤程度（RG）和根结线虫卵繁殖量（ER）进行筛选评价。在这些群体中，共检测到三个主效QTL，分别定位于染色体Pl04（QRk-pl04.1）、Pl05（QRk-pl05.1）和Pl10（QRk-pl10.1）。其中，QRk-pl05.1和QRk-pl10.1均影响两种根结线虫的RG和ER水平，而QRk-pl04.1仅抑制南方根结线虫引起的根部结瘤及其繁殖，对爪哇根结线虫则无此作用。这些由侧翼标记界定的染色体区段将有助于指导利马豆广谱根结线虫抗性的标记辅助育种和基因发掘。
赋予利马豆（Phaseolus lunatus）广谱根结线虫抗性的新型数量性状位点 | bioRxiv
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赋予利马豆广谱根结线虫抗性的新型数量性状位点（
Phaseolus lunatus
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Adia M.
Tajima
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Duong
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，
Anil
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，
R. Varma
Penmetsa
，
Travis
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，
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Farmer
，
Stephanie
English
，
Christine
Diepenbrock
，
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Paul
Gepts
，
Philip A.
Roberts
，
Bao-Lam
Huynh
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.06.30.735594
Adia M. Tajima
1
加利福尼亚大学河滨分校线虫学系
，河滨市，加利福尼亚州 92521
2
加利福尼亚大学河滨分校植物学与植物科学系
，河滨市，加利福尼亚州 92521
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William C. Matthews
1
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，河滨市，加利福尼亚州 92521
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Tra Duong
1
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Tran Dang Khanh
1
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，河滨市，加利福尼亚州 92521
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Anil Baniya
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R. Varma Penmetsa
3
加利福尼亚大学戴维斯分校植物科学系
，戴维斯市，加利福尼亚州 95616
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Travis Parker
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Andrew Farmer
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，美国新墨西哥州圣菲，87505
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Paul Gepts
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Philip A. Roberts
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加利福尼亚大学线虫学系
，美国加利福尼亚州里弗赛德，92521
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Bao-Lam Huynh
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，美国加利福尼亚州里弗赛德，92521
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利马豆
（Phaseolus lunatus）
是一种适应性广、具有重要经济价值的豆科作物，也是根结线虫（
Meloidogyne
属；RKN）的易感寄主。根结线虫是对全球农业系统造成毁灭性危害的植物病原生物。迄今为止，仅有少量
开展研究，以阐明利马豆抗根结线虫（RKN）的遗传决定因素。了解抗性背后的遗传机制，对于改良抗性性状并将其应用于利马豆育种计划至关重要。为辅助标记辅助选择，本研究旨在鉴定并定位控制根结线虫抗性相关性状的数量性状位点（QTL）。本研究使用了三个重组自交系（RIL）群体。这三个群体分别由两个抗根结线虫亲本与同一个感根结线虫亲本杂交，以及两个抗性亲本相互杂交构建而成。利用全基因组单核苷酸多态性（SNP）标记对所有群体进行基因分型。在温室试验中，针对南方根结线虫（M. incognita）和爪哇根结线虫（M. javanica），对各群体的根部结瘤（RG）和根结线虫卵繁殖量（ER）进行筛选评价。在这些群体中，共检测到三个主效QTL，分别定位于染色体Pl04（QRk-pl04.1）、Pl05（QRk-pl05.1）和Pl10（QRk-pl10.1）。其中，QRk-pl05.1和QRk-pl10.1均影响两种根结线虫侵染下的RG和ER水平，而QRk-pl04.1仅抑制南方根结线虫引起的根部结瘤及其繁殖，对爪哇根结线虫则无此作用。这些由侧翼标记界定的染色体区域，将有助于指导利马豆广谱根结线虫抗性的标记辅助育种和基因发掘。
引言
利马豆（Phaseolus lunatus）是豆科的一种豆类作物，因其种子营养丰富且可食用而备受重视。利马豆分别在中美洲以及厄瓜多尔和秘鲁北部的安第斯山脉中部地区被独立驯化（Gutiérrez-Salgado et al. 1995；Chacón-Sánchez and Martínez-Castillo 2017；Garcia et al. 2021），并在美洲各地人们的文化和历史实践中留下了印记（Marsh，未注明日期）。如今，利马豆是
利马豆在80多个国家种植，为全球粮食安全作出了积极贡献（Traverso et al. 2024）。然而，利马豆易感病的特性可能威胁其生产及其所提供的粮食安全保障。根结线虫（root knot nematodes，RKN）是对利马豆乃至全球农业危害最严重的病原生物之一（Giordani et al. 2021，Huynh 2016）。其中，爪哇根结线虫（Meloidogyne javanica）和南方根结线虫（Meloidogyne incognita）在利马豆产区普遍存在（Long et al. 2014）。这些线虫通过侵入根部维管组织，并诱导根细胞分化为巨型细胞，寄生于植物根部，导致根结形成。根结线虫幼虫在这些巨型细胞内生活和取食。尽管根结线虫很少导致植株死亡，但其引起的根结和胁迫可造成严重的根系损伤，进而导致水分和养分吸收减少、生长受阻以及营养器官失绿（Giordani et al. 2021）。根结线虫危害可使易感作物减产20%—90%（Garcia et al. 2021）。尽管加利福尼亚州深厚的壤土非常适宜利马豆生长，但也有利于根结线虫在易感品种中繁殖和侵入，导致产量损失高达70%（Traverso et al. 2024，Long et al. 2014，Peterson 2023）。
目前，用于减轻根结线虫对利马豆等作物危害的害虫管理策略效果有限，或难以大规模实施。尽管已有一些化学杀线虫剂可供使用，但其价格昂贵，且潜在的健康风险引发了广泛担忧。出于这些担忧，部分杀线虫剂已被禁止使用（Giordani et al. 2021，Abad et al. 2008），因此有必要寻找一种安全的替代方法，以实现对线虫种群的可持续管理。遗憾的是，作物轮作
降低致病影响的措施也并非十分有效，因为根结线虫（RKN）可侵染多种作物，且其卵可在土壤中存活多年（Giordani et al. 2021）。防控根结线虫病害及其相关作物损失最有前景的方法，是使用具有固有免疫能力和遗传抗性的品种（Traverso et al. 2024）。
Roberts et al.（2008）此前的研究报道，利马豆种质材料L-136（Allard 1954；Helms et al. 2004）对南方根结线虫（Meloidogyne incognita）具有抗性（根结形成和繁殖均减少），对爪哇根结线虫（M. javanica）也具有抗性（根结形成减少，但繁殖正常）。该研究基于温室和田间试验的表型数据，对Henderson × L-136重组自交系（RIL）群体进行了数量遗传分析，结果表明，根部根结形成和线虫繁殖分别受不同的、尚未鉴定的基因控制。然而，这些基因所在的基因组区域及其相关标记尚未见报道。利马豆种质材料PI 256874（PI 256874 GRIN-Global 2025），其G编号为G25467，被选为用于构建重组自交系的第二个抗根结线虫亲本。PI 256874具有无限生长习性，且对光周期敏感。
选取L-136和PI 256874作为两个抗性亲本，分别与利马豆商业品种Henderson杂交，并在两个抗性亲本之间进行杂交，以构建三个F₂:₉重组自交系群体：Henderson × L-136、Henderson × PI 256874和PI 25684 × L-136。本研究采用限制性酶切位点相关DNA测序（RAD-Seq）对这三个群体进行基因分型，分别获得739、2278和1759个全基因组SNP标记。在温室盆栽试验中，针对南方根结线虫和爪哇根结线虫，对各群体的根结形成和线虫繁殖反应进行了表型评分。我们报告
与三个利马豆重组自交系（RIL）群体中根结线虫（RKN）抗性显著相关的数量性状位点（QTL）。这些QTL区域的侧翼标记有助于指导未来的基因发掘工作，并可用于标记辅助回交，以培育抗根结线虫的利马豆品种。
材料与方法
作图群体
采用三个利马豆分离群体进行遗传作图。RIL01群体包含119个F₉代重组自交系，由感病品种Henderson作母本、抗性种质L-136作父本杂交衍生而来（Roberts et al. 2008）。RIL02群体包含107个F₉代重组自交系，由Henderson（母本）与另一抗性种质PI 256874（父本）杂交衍生而来（Roberts et al. 1998）。RIL03群体包含113个F₉代重组自交系，由两个抗性亲本PI 256874（母本）与L-136（父本）杂交衍生而来。Henderson是一种利马豆商业品种，对根结线虫属的南方根结线虫（Meloidogyne incognita）和爪哇根结线虫（M. javanica）均高度感病。
线虫分离株
采用两个根结线虫分离株接种植株，并对其根结形成和线虫繁殖反应进行表型鉴定。南方根结线虫（Meloidogyne incognita）分离株“Beltran”最初分离自美国加利福尼亚州圣华金谷的一块利马豆田。爪哇根结线虫（Meloidogyne javanica）分离株“811”最初分离自加利福尼亚州南部的一块豇豆田。“Beltran”和“811”两个分离株均在温室种植的根结线虫感病番茄植株上维持培养（Thomason and McKinney 1960）。从感病番茄根系中提取线虫卵，用于接种温室种植的利马豆重组自交系及其亲本，以进行抗性表型鉴定。
抗性表型鉴定
这三个RIL群体此前已构建，并已针对……进行了表型评分
其于21世纪初在加利福尼亚大学河滨分校（UCR）对根结线虫（RKN）胁迫的响应。RIL01群体的表型数据已由Roberts等（2008）报道。所有重组自交系（RIL）群体均分别通过温室盆栽试验，依据根结形成和线虫繁殖反应，筛选其对南方根结线虫（M. incognita）和爪哇根结线虫（M. javanica）的抗性。单株种植于塑料盆中，基质为经蒸汽灭菌的沙与泥炭藓混合物，比例为80∶20。第一组复叶展开后，即萌发约3周时，分别用含有50,000粒爪哇根结线虫或南方根结线虫卵的10 mL水悬液接种植株。在温室盆栽试验首次接种后的数日内，根结线虫开始孵化并侵入根系。以根结线虫侵染症状进行表型鉴定，包括根系形成根结以及根表出现肉眼可见的线虫卵块。生长2个月后，将各RIL株系及其亲本的根系洗净，并对根结形成情况进行评分。RIL01群体的评分方法与RIL02和RIL03群体不同，具体如下。
对温室盆栽试验中筛选的RIL01群体根系，采用0级（抗性，无根结或卵块）至4级（根结或卵块遍布整个根系）的评分标准，评价南方根结线虫和爪哇根结线虫的根结形成及繁殖情况（Roberts等，2008）。采用亮蓝溶液对卵块染色，以测定卵块产生量（Omwega等，1988）。每个株系测定4个重复（盆），并将平均评分用于数量性状位点（QTL）分析。
对RIL02和RIL03群体，采用1—10级评分标准，通过目测评价根结形成情况（Bridge和Page，1980）。产卵量的评分方法为：使用0.5% NaOCl溶液处理根系，并在工业用设备中剧烈振荡，以提取卵块……
油漆振荡器。RIL02和RIL03群体的每根系卵数（ERS）通过使用台式蔡司光学显微镜和细胞计数板对提取的卵进行计数来计算。通过称量根系质量并将ERS值除以相应的根系质量，确定卵数与根系质量比这一性状，得到每克根的卵数（EGR）估计值。对ERS和EGR数值进行log₁₀(n+1)变换，并将变换后的数值用于绘制表型直方图和开展QTL分析。
标记基因分型
所有三个重组自交系（RIL）群体的叶片组织均采自加州大学河滨分校温室栽培的植株。按照制造商的操作规程，使用Qiagen DNeasy Plant Mini Kit提取RIL01群体的DNA。RIL02和RIL03单株的叶片组织采用两步法处理：首先采用Hu和Lagarias的方法（Hu and Lagarias 2020）提取DNA，随后按照制造商的操作规程，使用Zymo Research ZR-96 DNA Clean-up Kit进行柱纯化。所有三个RIL群体的纯化DNA均通过PicoGreen荧光法定量，并归一化至相同浓度，随后在加州大学戴维斯分校基因组中心的核心基因分型平台，采用单一限制性内切酶Nla-III进行简化基因组限制性位点关联DNA测序（RAD-Seq），以完成SNP基因分型。此前已有研究表明，Nla-III的同裂酶CviAII可在利马豆中实现全基因组覆盖（Ariani et al 2016）。使用cutadapt（Martin 2011）去除测序读段中的接头序列，随后使用Minimap2（Li 2018）将读段比对至参考基因组。使用GATK HaplotypeCaller（McKenna et al 2010）鉴定样本变异。使用R软件包mpr.genotyping（adf-ncgr 2025），通过尽可能减少……的数量来降低基因型数据中的噪声。
各样本局部区域内的重组事件。保留次要等位基因频率大于0.2的标记用于连锁分析。
遗传作图
使用QTL IciMapping 4.2软件（Meng et al., 2025）进行连锁分析和QTL定位。将共同遗传且未发生重组的标记归入同一标记区间（bin），每个bin选取一个标记用于遗传图谱构建和QTL分析。参考UC92 × UC Haskell参考基因组中SNP的物理位置（Garcia et al. 2021），采用Kosambi函数构建连锁图谱。使用QTL IciMapping软件中的完备区间作图（ICIM）法（Wang 2009）进行QTL分析。简而言之，ICIM包括三个连续步骤：（1）通过单标记分析筛选与表型显著相关的标记（P < 0.001）；（2）利用所选标记校正表型值，但不包括当前定位区间两侧的两个标记；（3）利用校正后的表型值进行复合区间作图，检验QTL之间的加性效应。
结果
表型变异
在采用南方根结线虫（M. incognita）和爪哇根结线虫（M. javanica）接种测定的RIL01群体中，根结反应均呈双峰分布，抗性亲本L-136的根结程度低于感病亲本Henderson（图1a、c）。RIL01群体中测得的南方根结线虫卵块数也呈双峰分布（图1b），但与根结反应无显著相关性（r = 0.135；P > 0.05）。该群体的所有重组自交系（RIL）及亲本均产生了爪哇根结线虫卵块，且卵块数在各RIL株系间呈均匀分布。
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图1
RIL01、RIL02和RIL03群体对根结线虫的根结形成及繁殖响应（ERS或EGR）的变异。ERS：每个根系的卵数；EGR：每克根的卵数。
RIL02群体对南方根结线虫（M. incognita）和爪哇根结线虫（M. javanica）的根结形成表型呈双峰分布（图1d、g）。对于爪哇根结线虫的ERS和EGR（图1e、f），表型分布偏向Henderson的表型，且PI 256874和Henderson的繁殖响应均相对低于群体平均水平。爪哇根结线虫的ERS与EGR之间存在显著相关性（r = 0.663，P < 0.001），但二者与根结形成响应的相关性均不显著（r分别为0.323和0.158；P < 0.05）。对于南方根结线虫的ERS和EGR（图1h、i），群体分布较为均匀，且与Henderson相比，PI 256874品系总体上表现出较低的根结形成和繁殖响应。南方根结线虫的ERS与根结形成响应之间存在显著相关性（r = 0.62，P < 0.001），ERS与EGR之间也存在显著相关性（r = 0.737，P < 0.001）。
RIL03群体对南方根结线虫和爪哇根结线虫的繁殖响应及总EGR响应表现出广泛变异，而双亲的数值相近（图1k、l、n、o）。繁殖数据总体偏向较高值，而亲本品系的数值位于分布中部。在RIL03群体中，爪哇根结线虫的繁殖与根结形成之间的相关性可忽略不计，而南方根结线虫的根结形成与繁殖响应之间存在较强相关性（r = 0.717，P < 0.001）。根结形成数据表明，L-136对爪哇根结线虫引起的根结形成更为感病，而PI 256874对南方根结线虫表现出更高的感病性。
根结形成（图1j、m）。RIL03的根结形成数据并未像RIL01和RIL02群体那样呈双峰分布。在RIL02和RIL03群体中，南方根结线虫（M. incognita）的繁殖与根结形成反应均呈显著相关（r分别为0.62和0.72；P < 0.001）。
QTL鉴定
在RIL01群体的Pl04、Pl05和Pl10染色体上鉴定到三个显著的QTL峰（图2a、b、c）。Pl04上的一个主效QTL与南方根结线虫诱导的根结形成反应相关，可解释约90%的总表型变异（PVE）（LOD = 125.85，PVE = 89.59%）。另一个主效QTL区间定位于Pl05，与南方根结线虫的卵块形成及繁殖反应相关（LOD = 78.44，PVE = 92.04%）。爪哇根结线虫（M. javanica）诱导的根结形成反应表型与Pl10染色体上的一个主效QTL区间相关（LOD = 110.1，PVE = 91.99%）（图2c）。有利等位基因（根结形成少、繁殖水平低）由抗性亲本L-136提供。
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图2
RIL01（Henderson × L-136）群体中与（a）南方根结线虫诱导的根结形成、（b）南方根结线虫繁殖和（c）爪哇根结线虫诱导的根结形成相关的染色体区间。QTL峰两侧的标记以彩色标示。Chr04、Chr05和Chr10分别代表Pl04、Pl05和Pl10染色体。各标记左侧的数字表示染色体上的遗传位置，单位为厘摩。
在RIL02群体的Pl05染色体上鉴定到一个主效QTL区间，该区间与南方根结线虫和爪哇根结线虫的根结形成、繁殖及EGR性状显著相关（图3a、b）。这些性状的LOD值和PVE值各不相同，其中南方根结线虫ERS和EGR的LOD值和PVE值最高（LOD分别为19.73和20.58，PVE分别为54.8%和60.1%），
其次为爪哇根结线虫的ERS和EGR（LOD分别为8.3和8.1，PVE分别为34.12%和33.44%）。Pl05上与南方根结线虫诱导的根瘤形成、ERS和EGR以及爪哇根结线虫诱导的根瘤形成相关的QTL，与RIL01群体中Pl05上与南方根结线虫卵块相关的QTL重叠。有利等位基因（根瘤形成少且繁殖水平低）由抗性亲本PI 256874提供。
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图3
RIL02（Henderson × PI 256874）群体中与（a）南方根结线虫和（b）爪哇根结线虫侵染后的根瘤形成、卵数及卵数与根重之比相关的染色体区域。QTL峰两侧的标记以彩色标示。Chr05：染色体Pl05；ERS：每个根系的卵数；EGR：每克根的卵数。
RIL03群体在染色体Pl04上存在一个主效QTL，与南方根结线虫诱导的根瘤形成（LOD = 22.8；PVE = 58.9%）、ERS（LOD = 12；PVE = 31.4%）和EGR（LOD = 221.8；PVE = 17.4%）显著相关，有利等位基因（根瘤形成少且繁殖水平低）由亲本L-136提供（图4a；表1）。此外，Pl05上还存在一个与爪哇根结线虫和南方根结线虫EGR相关的微效QTL（LOD分别为4.4和5.8；PVE分别为3.1%和3.2%），该QTL与RIL01和RIL02群体中鉴定的QTL重叠（图4b）。另一个QTL定位于Pl10，与南方根结线虫EGR显著相关（LOD = 31.9，PVE = 33.2%），有利等位基因（根瘤形成少且繁殖水平低）由亲本PI 256874提供（图4c；表1）。最后，Pl08上存在两个与爪哇根结线虫EGR相关的QTL（LOD分别为12.4和20.4，PVE分别为10.5%和21.1%），有利等位基因（根瘤形成少且繁殖水平低）分别由亲本L-136和PI 256874提供（图4d和表1）。
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图4
RIL03（PI 256874 × L-136）群体中与根结线虫抗性相关的染色体区域。（a）显示4号染色体上与南方根结线虫（M. incognita）卵数（绿色）、南方根结线虫EGR（粉色）和南方根结线虫根结形成（红色）相关的LOD峰。（b）显示5号染色体上与南方根结线虫ERS（绿色）、南方根结线虫EGR（粉色）和爪哇根结线虫（M. javanica）EGR（红色）相关的LOD峰。（c）显示10号染色体上与南方根结线虫EGR相关的LOD峰。（d）显示8号染色体上与爪哇根结线虫EGR相关的LOD峰。QTL峰两侧的标记以相应颜色标示。Chr04、Chr05、Chr08、Chr10：分别表示染色体Pl04、Pl05、Pl08和Pl10。ERS：每个根系的卵数；EGR：每克根的卵数。
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表1.
在Henderson × L-136（RIL01）、Henderson × PI 256874（RIL02）和PI 256874 × L-136（RIL03）三个重组自交系（RIL）群体中鉴定的、与不同根结线虫种引起的根结形成及其繁殖反应相关的数量性状位点。
讨论
RIL01和RIL02群体中根结形成和繁殖表型的双峰分布（图1a、b、c、d、g）支持各RIL群体中均存在一个主效QTL。RIL03群体中，Pl04染色体上与南方根结线虫根结形成和繁殖反应相关的QTL峰所覆盖的区间约为633 kb，该区间位于RIL01群体同一染色体上与南方根结线虫根结形成相关的1000 kb（约2 cM）QTL区间内（图2和图4）。下文将该QTL区域称为QRk-pl04.1。不同RIL群体中定位于Pl05染色体上的QTL之间也存在重叠，其中包括RIL01群体中与南方根结线虫卵块相关的QTL（图2），
RIL02群体中控制南方根结线虫（M. incognita）和爪哇根结线虫（M. javanica）根瘤形成及繁殖的QTL（图3），以及RIL03群体中控制爪哇根结线虫和南方根结线虫EGR的QTL（图4）。下文将该QTL区域称为QRk-pl05.1，根据三个重叠QTL的共有侧翼标记（Chr05_38009108和Chr05_38209596），该区域跨度约为200 kb。Pl10上的另一个主效QTL区域，下文称为QRk-pl10.1，与RIL01群体中爪哇根结线虫的根瘤形成（图2）以及RIL02和RIL03群体中南方根结线虫的EGR（图3和图4）相关；根据两个重叠QTL的共有侧翼标记（Chr10_45103536和Chr10_50732730），该区域跨度约为5,629 kb。RIL03群体中QRk-pl04.1、QRk-pl05.1和QRk-pl10.1处显著的亲本效应表明，这些QTL具有多等位性（即L-136和PI 256874可能在各QTL处携带不同的抗性等位基因），和/或受到涉及各抗性来源遗传背景的上位性互作影响。不同群体中存在共同的QTL，证实了这些QTL具有保守效应，可为标记辅助育种提供价值。在RIL02或RIL03群体的Pl01、Pl02、Pl03、Pl08和Pl09染色体上还检测到了其他微效QTL峰（补充图1），表明存在微效抗性基因及其可能的互作。
Roberts等（2008）此前的数量遗传分析表明，在Henderson × L-136杂交衍生的RIL01群体中，可能存在三个具有独立控制作用的核基因。这些基因分别为Mir-1，即控制南方根结线虫产卵量的隐性基因；Mig-1，即控制南方根结线虫根瘤形成的显性基因；以及Mjg-1，即控制M.
javanica 引起的根结形成。根据 F₁ 数据（补充表 3），L-136 对 M. incognita 和 M. javanica 所致根结形成的抗性均为显性，而 L-136 对 M. incognita 繁殖的抗性为隐性。RIL01 群体中鉴定的 QTL 在表型上与先前报道的这些基因相对应。与 M. incognita 所致根结形成反应相关的 QRk-pl04.1 与显性基因 Mig-1 一致。与 M. incognita 卵块形成及繁殖反应相关的 QRk-pl05.1 对应于隐性基因 Mir-1。最后，QRk-pl10.1 与 M. javanica 所致根结形成相关，并与显性基因 Mjg-1 一致。本研究鉴定的 QTL 为这些先前报道的基因提供了基因组定位，并证实了它们各自独立的遗传调控。
在利马豆中鉴定出多个根结线虫（RKN）抗性 QTL，也与先前关于其他作物根结线虫抗性受多基因控制的报道一致。例如，在菜豆（P. vulgaris）中，参与根结线虫抗性的基因最少约为 2–3 个（Pesqueira 2025，Orsi 2025）。RIL02 群体中的 QTL 集中分布于 Pl05 染色体，表明 PI 256874 品系对 M. incognita 和 M. javanica 的抗性在很大程度上由一个基因，或更可能由一个基因复合体或基因簇控制。例如，Pl05 上的单个基因，或以单个基因方式发挥作用的连锁基因复合体，或许可以解释此前观察到的现象：表型第 4 类中的 13 个品系对 M. incognita 所致根结形成及其繁殖（卵数较低）均表现出抗性，且 M. javanica 所致根结形成程度也略低，但对 M. javanica 的繁殖不表现出抗性（补充表 1）。或许与此相应，该 QTL（其两侧的侧翼标记为 Chr05_38009108 和
RIL02群体中与爪哇根结线虫（M. javanica）繁殖抗性相关的Chr05_38068926）与南方根结线虫（M. incognita）抗性（根瘤形成和繁殖）及爪哇根结线虫根瘤形成抗性QTL（侧翼标记为Chr05_38080061和Chr05_38270149）并不重叠，表明爪哇根结线虫繁殖反应可能由独立但连锁的基因控制。在表型第3类中观察到的17个株系（补充表1）表现出较低的爪哇根结线虫根瘤形成程度，但对爪哇根结线虫繁殖的抗性减弱，这很可能是上述QTL（侧翼标记为Chr05_38080061和Chr05_38270149）与Pl09染色体上QTL相关抗性共同作用的结果。南方根结线虫根瘤形成性状在与其相关的一个QTL峰（Pl03）处表现出负加性效应，表明PI 256874提供了不利的、即使性状值升高的等位基因。其余性状相关峰的加性效应为正，表明Henderson提供了使性状值升高的等位基因。这说明，RIL02群体中观察到的抗性大部分由PI 256874提供，而Pl05上的基因则负责所观察到的大部分抗性。
在区分各亲本株系的抗性效应方面，RIL03群体的情况稍显复杂。根据加性效应，对南方根结线虫和爪哇根结线虫的抗性由L-136和PI 256874两个亲本共同提供。QRk-pl04.1位点与L-136亲本提供的抗性相关，而QRk-pl05.1和QRk-pl10.1位点则与PI 256874亲本提供的抗性相关。有趣的是，L-136和PI 256874具有不同的地理起源；L-136来自波多黎各（属中美洲起源），而PI 256874来自秘鲁（属
安第斯起源）（Allard 1954，Helms 2004，PI 256874 GRIN-Global 2025）。L-136 和 PI 256874 的种子分别较小和较大，证实了二者在起源地上的差异。这种差异提示，所观察到的 QTL 可能并非等位变异。
补充表 2 展示了携带染色体 Pl04、Pl05 和 Pl10 上抗性 QTL 单倍型的株系的根结形成、卵数及卵数与根重比值的评分。例如，在 QRk-pl04.1 位点携带 L-136 单倍型，并在 QRk-pl05.1 和 QRk-pl10.1 位点携带 PI 256874 单倍型的株系，对南方根结线虫（M. incognita）和爪哇根结线虫（M. javanica）的抗性平均而言有所增强（株系 47、63、70、72、81、83）。也有一些株系在上述各位点均不携带抗性亲本的等位基因（株系 16、71、87）。总体而言，携带抗性 QTL 单倍型的株系，其根结形成和产卵评分低于携带感病 QTL 单倍型的株系。RIL03 群体中也存在因不同基因组合而表现出高度抗性的株系（抗性高于任一抗性亲本，例如株系 47 和 81 对南方根结线虫繁殖的抗性），以及完全丧失抗性的株系（感病重组株系，例如株系 71 对爪哇根结线虫的繁殖无抗性）。这些株系表明，RIL03 群体中多个抗性 QTL 的存在导致了超亲分离。
基于这些 QTL 的发现，可从多个方向开展进一步分析。可通过回交分析，进一步精细定位 L-136 中控制根结形成抗性的基因区段，并研究 PI 256874 中观察到的对根结形成和线虫繁殖的隐性抗性。RNA 测序也是进一步缩小范围的另一条重要途径
QTL区域内的候选基因，正如豇豆（Santos et al. 2018）和菜豆（Orsi et al. 2025）中的相关报道所示。未来可开展的一项实验是选择一个重组自交系（RIL）群体，在遭受线虫胁迫后利用RNA测序分析基因表达的时序变化。
未来的另一研究方向是利用RIL03群体中携带全套抗性性状的超亲抗性株系，开展利马豆育种中的标记辅助选择。总体而言，本研究有助于阐明与根结线虫（RKN）抗性相关的主效QTL，为标记辅助回交或进一步鉴定候选抗性基因奠定了基础。
结论
本研究在三个RIL群体中鉴定出显著的QTL，可用于利马豆抗爪哇根结线虫（M. javanica）和南方根结线虫（M. incognita）的标记辅助育种。通过整合基因型数据与根部结瘤及线虫繁殖反应的表型分析，我们证实，RIL01群体中南方根结线虫诱导的结瘤反应、繁殖反应以及爪哇根结线虫诱导的结瘤反应分别受不同的遗传机制控制。对RIL02和RIL03群体的分析鉴定出位于染色体Pl04、Pl05和Pl1010上的QTL，这些QTL在三个群体中均与根结线虫抗性相关。对F₁群体的分析表明，L-136的抗结瘤性为显性，而L-136的抗繁殖性以及PI 256874的抗结瘤性和抗繁殖性均为隐性。这对于通过标记辅助育种选择隐性抗性等位基因具有重要意义，因为仅依靠表型选择难以实现这一目标。未来研究应重点通过回交和基因
开展表达实验，以鉴定抗性亲本品系中的基因，并进一步开发基于基因的分子标记，用于抗性育种。
声明与披露
经费资助
本研究获得美国农业部国家食品与农业研究所特色作物研究计划（USDA-NIFA-SCRI）项目资助，项目编号为2022-51181-38323。
利益冲突
作者无需要披露的利益冲突。
作者贡献
P.A.R.和W.C.M.构思了本实验。W.C.M.完成杂交、构建重组自交系（RIL）并收集数据。T.D.、V.P.、A.F.和S.E.参与基因分型工作。B.L.H.构建遗传图谱并指导遗传发现工作。A.M.T.开展数据分析、QTL定位以及稿件撰写与编辑。B.L.H.、P.A.R.、W.C.M.、C.D.和P.G.参与稿件编辑。P.A.R.和P.G.获得研究经费。所有作者均已阅读并批准最终稿件。
数据可用性
本研究期间生成和/或分析的数据集可在提出合理请求后向通讯作者获取。数据集亦可通过Dryad获取：
https://doi.org/10.5061/dryad.79cnp5jc5
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表1.
在Henderson × L-136（RIL01）、Henderson × PI 256874（RIL02）和PI 256874 × L-136（RIL03）这3个重组自交系群体中测定的、与不同根结线虫种所致根部结瘤及其繁殖反应相关的染色体位置。
致谢
本研究获得美国农业部（USDA）特色作物研究计划（SCRI）项目（编号：2022-51181-38323，项目负责人：Paul Gepts）以及农业试验站（AES）Hatch项目（资助对象：Philip A. Roberts）的支持。作者感谢加州大学河滨分校校园农业作业设施的Peggy Mauk及其团队提供合作与试验管理。作者还
谨感谢 Sarah Dohle 提供有关亲本种质材料的信息。
已声明的资助方信息
美国农业部，
，2022-51181-38323
脚注
https://doi.org/10.5061/dryad.79cnp5jc5
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