基于远缘杂交的小麦抗白粉病基因分子鉴定与新易位系创制

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小麦白粉病(Blumeria graminis f.sp.tritici,Bgt)是影响我国小麦产量最严重的病害之一。培育和推广抗病品种是控制小麦白粉病最为有效的措施之一。目前由于单一品种的大面积推广和栽培条件的改善,以及白粉病菌群体变异快、抗源贫乏等原因,我国小麦主产区大多数品种陆续“丧失”了抗病性。在我国目前小麦种质资源中,推广品种的遗传一致性很高,品种间的杂交已很难育成抗性突出的小麦新品种,小麦抗病育种急需寻找新的抗源以增加抗病基因多样性。小麦近缘种属是重要的基因资源库,具有许多栽培小麦所不具备的优良特性。因此,从小麦近缘种属中导入新的抗病基因,增加抗源多样性,培育新的抗病品种,成为控制白粉病危害的重要措施。  对本实验室收集和保存的部分远缘杂交后代材料进行抗病性鉴定,我们获得了2份抗小麦白粉病的小麦-冰草后代材料KM2939、X3986-2和1份抗小麦白粉病的小麦-野生二粒小麦后代材料WE99。本研究拟对上述3份材料进行小麦抗白粉病基因的分子鉴定,并将抗病基因连锁的分子标记应用于分子标记辅助选择育种,获得以下结果:  1.KM2939和X3986-2苗期和成株期均对对小麦白粉病表现抗性。抗病遗传分析表明,KM2939和X3986-2苗期对E09和E23-1的抗性均由一对显性基因控制,暂时命名为PmKM2939和PmX3986-2。利用分子标记,将PmKM2939定位在小麦5DS染色体臂上,两侧的特定序列扩增(Sequence characterized amplified region,SCAR)标记SCAR112和SCAR203与PmKM2939的遗传距离分别为0.5和1.3cM,物理位置位于5DS-1-0-0.63Bin上,简单重复序列(Simple sequence repeat,SSR)标记CFD81、表达序列标签(Expressedsequence tag,EST)标记MAG6176和标记SCAR203共分离。PmX3986-2定位在5DS染色体臂上的标记CFD81和SCAR112之间,与PmX3986-2的遗传距离分别为0.6cM和1.5cM。将PmKM2939和PmX3986-2与位于5DS上已知抗白粉病基因进行比较,结果显示PmKM2939与PmX3986-2抗谱明显不同,且都不同于5DS染色体臂上已知的抗白粉病基因Pm2、Pm46和PmLX66,等位性测试结果显示PmKM2939是一个Pm2的新等位基因,PmX3986-2是Pm2的等位基因或与Pm2紧密连锁。以KM2939为抗病供体亲本,与生产上的小麦感病品种杂交和回交,进行分子标记辅助选择育种(Marker assisted selection,MAS)和近等基因系(Near isogenic line,NIL)创制研究,目前已获得BC2F1代,并筛选到1株背景回复率(Recipient genome composition,RGC)达96.9%的BC2单株。  2.WE99是一个小麦-野生二粒小麦后代材料,苗期和成株期均对小麦白粉病表现优良抗性。抗病遗传分析表明,WE99苗期对小麦白粉菌菌株E09抗性可能受单个隐性基因PmWE99控制且可能存在偏分离。利用分子标记,将PmWE99定位在2BS染色体上,距离标记GWM148远着丝粒方向10.4cM。通过检测F2群体中PmWE99位点,与PmWE99连锁的标记以及一些与PmWE99不连锁的标记的基因型频率表明,辉县红与WE99的F2∶3群体中存在偏分离的位点并不是普遍存在的,而是存在于包括WE99位点在内的特定区域,WE99与辉县红可能存在互作效应优先传递WE99中的PmWE99区域。  本实验室多年以来,以普通小麦小偃6号和免疫多种病害的黑麦德国白品种为亲本,通过远缘杂交和染色体工程方法创制了一批小麦-黑麦的染色体附加系、代换系或易位系。经白粉病抗性鉴定,我们获得了2个高抗白粉病的材料WR41-1和WR49,本研究拟对WR41-1和WR49进行抗谱分析,确定外缘染色体的归属,并以这些材料为亲本,创制新易位系种质资源。目前得到以下结果:  1.WR41-1和WR49苗期和成株期均对小麦白粉病表现优良抗性,并且抗谱不同于所鉴定的其他所有已知抗白粉病基因,包括来自黑麦的Pm7、Pm8、Pm17和Pm20,推测WR41-1和WR49可能携带新的抗白粉病基因或基因组合。利用根据黑麦EST开发的SSR(Expressed sequence tag-Simple sequence repeat,EST-SSR)标记鉴定WR41-1和WR49,结合连续基因组原位杂交(Genomic in situ hybridization,GISH)和多色荧光原位杂交(multi color fluorescence insituhy bridization,mc-FISH)分析,表明WR41-1是一个T4BL.4RL和T7AS.4RS交互易位系,WR49是一个德国白黑麦的6R二体附加系。,2.采用60Coγ射线、杀配子染色体处理、Ph1b基因诱导部分同源染色体配对等方法诱导WR41-1和WR49产生易位,并与生产上的主栽品种杂交、回交,得到了一系列小麦-黑麦4R的新易位系和WR49后代群体。通过对得到4RL和4RS单臂易位新种质的抗病性鉴定,表明WR41-1对白粉病抗性来自黑麦4RL染色体臂。
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