小麦抗条锈病基因定位及分子标记辅助选择育种

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bufegar
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由小麦专化型条形柄锈菌(Puccinia striiformis f.sp.tritici Erikss.,Pst)所诱发的小麦条锈病或黄锈病(stripe rust or yellow rust)是世界范围内主要流行的重要病害之一,病害流行时将导致小麦产量严重降低。种植抗条锈病小麦品种,是目前最为经济有效且环保的措施。在已知的小麦抗条锈病基因中仅有几个基因能对目前世界范围内条锈菌群体起到全生育期的完全抗性,因此急需鉴定新的抗条锈病基因以使抗性基因更多样化及聚合不同抗性类型基因以获得更强更持久的条锈病抗性。本研究主要内容是对自育春小麦品系W18、密穗型冬小麦品种Tyee、春小麦种质PI184597进行抗条锈病遗传分析及分子定位。主要研究结果如下:  1.温室及田间抗性鉴定结果表明,自育春小麦品系W18具有全生育期抗性,其抗性受多个基因或数量性状位点(quantitative trait loci,QTL)控制。结合180个F10RILs作图群体基因型和温室及田间表型数据,分别采用分子标记作图法和复合区间作图法,共鉴定出3个主效全生育期抗病基因:YrW18-1BS、YrW18-1BL、QYrW18.wgp-5DL。利用群体基因型和PSTv-37及成都田间表型数据进行分子标记作图,将YrW18-1BS、YrW18-1BL定位于1B染色体上,YrW18-1BS两侧分子标记为gwm153(13.5cM)、gwm934(4.3cM),YrW18-1BL两侧分子标记为gwm498(3.0cM)、wmc419(3.3cM);对PSTv-51、Pullman及Mount Vernon田间表型进行QTL分析,检测出的两个位点与YrW18-1BS、YrW18-1BL相对应,其能够解释的表型变异分别为20.65~70.14%、38.98~83.86%。通过对比分析在1B染色体上正式命名Yr基因的抗性类型、来源及分子标记距离,YrW18-1BL与Yr26可能为相同基因,而YrW18-1BS可能是一个新的抗条锈病基因。利用作图群体基因型和PSTv-40表型数据进行QTL分析,在5DL上检测到一个新的QTL位点QYrW18.wgp-5DL,其能够解释的表型变异为14.62%。为进一步确定QYrW18.wgp-5DL在5D染色体上的具体位置,利用中国春缺体-四体体系和5D缺失体系将QYrW18.wgp-5DL定位于5DL1-0.60到5DL8-0.72区段内。由于在染色体5DL上并没有正式命名的Yr基因,因此QYrW18.wgp-5DL是一个新的抗条锈病基因。  2.美国用于鉴别条锈菌(Puccinia striiformis f.sp.tritici)生理小种的一个小麦品种Tyee,其含有一个全生育期抗性基因并暂定名为YrTye。本研究为对该基因进行分子定位,将Tyee与感病小麦品种AvS(Avocet Susceptible)杂交并构建群体。对杂交获得的F1、F2、F2∶3及BC1后代进行遗传分析后,证实了对YrTye不致病生理小种PSTv-37抗性由一个显性基因控制。利用生理小种PSTv-37对135个F2代株系作图群体进行表型鉴定,并用生理小种PSTv-37、PSTv-40、PSTv-79对衍生F2∶3代株系进行表型验证;采用SSR(simple sequence repeat)分子标记对F2代作图群体用进行基因型鉴定。YrTye定位于包含13个SSR分子遗传图谱的3A染色体上,且与其两侧最近的分子标记wmc11和wmc532遗传距离分别为2.6cM、3.4cM。利用两侧分子标记对中国春3A缺失体系进行扩增,将YrTye定位于3AS的0.45-1.00染色体区段内。由于YrTye染色体位置不同于所有已经正式命名的Yr基因,因此正式将其定名为Yr76。利用对Tyee致病和不致病的生理小种及两侧分子标记对来源于一个AvS*4/Tyee衍生的F3株系进行测试,培育并筛选了一个Yr76近等基因系。Yr76两侧特定SSR等位基因位点用于验证140个品种及育种品系是否含有该基因,结果表现出非常高的多态性。Yr76特异性对于鉴别条锈菌生理小种十分有用,且当整合该基因与其它基因的条锈病抗性用于培育抗性品种时,其紧密连锁的分子标记非常有效。  3.温室及多年田间抗性鉴定结果表明,春小麦种质PI184597具有很好的高温成株抗病性。结合F5RILs作图群体基因型与田间表型数据进行数量遗传性状QTL分析,共发现2个主效高温成株抗性基因:QYrPI.wgp-2AL_1、QYrPI.wgp-2AL_2。QYrPI.wgp-2AL_1能够解释的田间表型变异为5.62~10.25%,QYrPI.wgp-2AL_2能够解释的田间表型变异为5.08~10.16%。为进一步确定QYrPI.wgp-2AL_1、QYrPI.wgp-2AL_2在2A染色体上的具体位置,利用中国春缺体-四体体系和2A缺失体系分别将QYrPI.wgp-2AL_1、QYrPI.wgp-2AL_2定位于染色体区段2AL2-0到2AL3-0.77、2AL3-0.77到2AL1-0.85。通过对比分析在2A染色体上正式命名Yr基因和2AL染色体臂上暂命名基因的抗性类型、来源及分子标记距离,发现QYrPI.wgp-2AL_1、QYrPI.wgp-2AL_2是两个新的抗条锈病基因。
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