普通小麦抗条锈病基因分子定位

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由条形柄锈菌(Puccinia striiformis f. sp. tritici)引起的小麦条锈病是世界范围内的重要真菌病害,严重威胁小麦生产。尽管通过化学药剂等措施可以有效防治条锈病,但培育和推广抗病品种是防治小麦条锈病更为经济、有效和环保的途径。然而,由于小麦品种抗源的单一化以及小麦条锈菌的高度变异性,抗锈品种抗性丧失现象频繁发生。因此,寻找新的抗源材料和抗病基因,获得与其紧密连锁的分子标记,并利用分子标记辅助选择技术实现抗病基因的累加,对培育抗病性更加持久的小麦品种意义重大。本研究内容主要包括两个方面,一方面对普通小麦品种Naxos、Shanghai3/Catbird(SHA3/CBRD)、百农64和鲁麦21进行条锈病成株抗性QTL(Quantitative traitloci/locus)定位;另一方面,对小麦骨干亲本周8425B及抗条锈品种陕农69进行遗传分析和分子作图。主要结果如下:1.利用Naxos和SHA3/CBRD杂交获得一个含有166个株系的F2:6重组自交系(Recombinantinbred line,RIL)群体,通过SSR和DArT标记分析,进行该群体的条锈病成株抗性QTL定位。采用复合区间作图法,共检测到4个在多个环境下稳定存在的条锈病成株抗性QTL,分别位于1BL.1RS、1DS、5BL和7BL染色体上,命名为QYr.caas-1BL.1RS、QYr.caas-1DS、QYr.caas-5BL.3和QYr.caas-7BL.1,单个QTL可分别解释总表现型变异的1.9-27.6%、2.1-5.8%、2.5-7.8%和3.7-9.1%。其中QYr.caas-1DS为新发现的条锈病成株抗性QTL,与分子标记XUgwm353和Xgdm33b紧密连锁。此外,QYr.caas-1DS还与一个来自同一亲本的赤霉病抗性QTL位置相同,说明该QTL很可能具有一因多效作用,可以同时提高条锈病和赤霉病的抗性水平。同样,来源于SHA3/CBRD的QYr.caas-1BL.1RS与一个来自于该亲本的白粉病成株抗性QTL位置相同,能作为条锈病和白粉病的有效抗源。上述4个QTL所在标记区间的遗传距离均小于6.5cM,因此,与这4个QTL紧密连锁的SSR标记可作为小麦条锈病抗性改良的有效工具。2.抗病亲本百农64与感病亲本京双16杂交,利用小麦×玉米杂交技术获得一个含有179个株系的DH群体,并对其进行条锈病成株抗性QTL定位。在该群体中,条锈病最大严重度(Maximumdisease severities, MDS)在3个环境下的相关系数介于0.50-0.56(P<0.00001),广义遗传力为0.76。采用复合区间作图法,共检测到3个条锈病成株抗性QTL,分别位于4DL、6BS和7AS染色体上,命名为QYr.caas-4DL、QYr.caas-6BS.3和QYr.caas-7AS。其中位于6BS染色体上的QYr.caas-6BS.3在3个环境下以及总平均值中均稳定存在,可解释表现型变异的3.8-6.2%。此外,该QTL也与一个来自同一亲本的抗叶锈病QTL位置相同。目前,还没有多抗性的基因被定位在6BS染色体上的报道,因此QYr.caas-6BS.3是一个新的兼抗小麦条锈病和叶锈病的“一因多效”基因。该群体中定位到的3个QTL及其紧密连锁的SSR标记Xbarc127、Xwmc331和Xwmc487可应用于条锈病持久抗性育种。3.在含有199个家系的鲁麦21/京双16F3群体中,MDS在3个环境下的相关系数为0.65-0.71(P<0.00001),广义遗传力为0.86。采用完备区间作图法共检测到5个条锈病成株抗性QTL,分别位于2B(2个QTL)、2DS、4DL和5DS染色体上,命名为QYr.caas-2BS.2、QYr.caas-2BL.2、QYr.caas-2DS.2、QYr.caas-4DL.2和QYr.caas-5DS,其在单个环境下可解释总表现型变异的23.3-30.4%。除QYr.caas-5DS外,其余4个抗性QTL均由鲁麦21提供。其中QYr.caas-2DS.2和QYr.caas-5DS在多个环境下均稳定表现抗性,可解释的表型变异分别为2.3-18.2%和5.1-18.0%。此外,QYr.caas-2BS.2、QYr.caas-2BL.2和QYr.caas-2DS.2分别与一个来源于鲁麦21的抗白粉病QTL位于同一位点或者紧密连锁。这些QTL及其紧密连锁的分子标记对条锈病和白粉病的抗性育种具有重要意义。4.利用我国当前流行小种条中32(CYR32)对周8425B、AvocetS及其杂交产生的40个F1和6140个F2单株进行苗期抗性鉴定和分子标记分析,结果表明周8425B携带一个对CYR32表现高抗的显性抗病基因,暂命名为YrZH84.2;该基因位于1BL染色体上,与位于1B染色体上的分子标记AF1/AF4、H20、Xbarc8、Xgwm131、Xgwm582、Xwmc216、BE497107及CD373538紧密连锁,其中EST标记BE497107和CD373538分布在YrZH84.2两侧,与其连锁距离分别为0.9cM和1.3cM。为了明确YrZH84.2与Yr9的关系,将周8425B分别与山前麦、洛夫林10、洛夫林13、小偃22、鲁麦8和京冬8号杂交得到6个F2群体,并对其进行苗期抗性鉴定。结果发现,除山前麦/周8425B组合所有的F2单株均对CYR32表现高抗外,其余5个F2群体中均检测到对CYR32表现感病的单株,说明抗条锈病基因YrZH84.2与Yr9是不同的。山前麦是周8425B的亲本,因此YrZH84.2应该来自于山前麦。5.利用CYR32小种对陕农69和铭贤169的杂交后代F1、F2、F3和BC1群体进行苗期抗性鉴定。经典遗传学分析表明,陕农69携带1个对CYR32表现中抗的隐性抗条锈病基因,暂命名为yrSN69。利用1480个SSR标记对双亲进行多态性筛选,结合分离群体分组分析法(Bulked segregantanalysis,BSA),最终找到6个与该基因连锁的SSR标记,分别是Xbarc134、Xbarc146、Xbarc178、Xbarc198、Xbarc312和Xwmc397,并将该基因定位在6BL染色体的末端区域。至今,定位在6B染色体上已知的抗条锈病基因有Yr4、Yr35和Yr36。由于Yr35和Yr36位于6B染色体的短臂上,而且均来源于野生二粒小麦,它们与yrSN69不同。而Yr4对本研究中使用的条锈菌小种CYR32表现感病,与yrSN69也不同。因此,yrSN69是一个新的抗条锈病基因。
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