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赤霉病主要是由禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)在小麦扬花期侵染麦穗所导致的真菌性病害。过去仅在温暖的湿润、半湿润的小麦、大麦生产区流行,在我国多发生在长江流域的冬麦区及东北的春麦区。20世纪60年代以来,随着全球气候的变暖、免耕和轮作制度的推行,促使赤霉病流行的面积在不断扩大。小麦叶锈病主要由隐匿柄锈菌(Puccinia recondita f.sp.tririci)引起的真菌性病害,在我国西南麦区和黄淮麦区每年均有不同程度的发生,给小麦稳产、高产造成了一定的影响。培育抗病品种是防治小麦病害最经济、有效和环保的方法。十倍体长穗偃麦草具有多花多实,抗病、抗逆等许多优良性状,是普通小麦遗传改良中应用的近缘属植物之一。
本研究利用来自7E(7D)的两个双体异代换系K2620(7el2/7D)和K11463(7el1/7D)创建重组自交系(RILs)群体237 F6:7株系。根据禾本科植物部分同源染色体的DNA序列存在同源性和共线性关系的原理,利用小麦第七部分同源群已开发的标记,构建了第一张十倍体长穗偃麦草7E染色体的遗传图谱,同时精细定位小麦抗赤霉病主效QTL位点FhbLoP和小麦抗叶锈病基因Lr19。获得以下主要研究结果:
1、利用双亲筛选小麦第七部分同源群中的532个G-SSR、EST-SSR和STS标记,共有118个标记在双亲中表现多态性,多态性频率为22.18%。将此118个标记扫描RIL,群体237 F6:7株系,获得基因型数据后进行连锁分析,利用其中紧密连锁的64个标记构建第一张长穗偃麦草7E染色体遗传图谱,该图谱覆盖7E染色体全长95.76 cM,标记间的平均遗传距离为1.47 cM。利用7el2染色体的特异分子标记,借助小麦-长穗偃麦草的罗伯逊易位系KS24-2(7DS·7el2L)和双体异代换系K2620(7el2/7D),将7E染色体着丝点的大致位置确定在标记Xcfe19和Xkum052之间。由此,7E染色体短臂上现有26个标记,包括17个G-SSR,9个EST-SSR;而在长臂上的38个标记中,只有8个G-SSR标记,其余30个标记都是EST-SSR标记。
2、利用该群体在三年两地的赤霉病接种鉴定结果,将长穗偃麦草7el2染色体上的抗赤霉病主效基因FhbLoP定位在遗传距离为3.71 cM的两标记Xcfa2240和Xswes19之间,同时三年鉴定结果表明,此抗性位点在染色体上的位置一致,可解释的遗传变异在30.14%-32.31%之间,三年的综合抗性分析结果表明,此位点可解释30.46%的遗传变异。
3、利用该群体对小麦抗叶锈病基因Lr19进行抗病性鉴定结果表明,K11463对接种的菌株09-10-2表现为抗病,其反应型为IT=0,即免疫,K2620和Thatcher的反应型为IT=4,即表现高度感病;在其RILs F6:7的237株系中,有108个株系表现为抗病(IT=0),而129株系表现为感病(IT=4);卡方检测RILs群体的抗病性情况,符合预期的1:1的分离比例(χ20.05=3.075,χ2=3.075<χ20.05=3.84),再次证明Lr19是一个单基因;并将Lr19定位在标记Xwmc273和XBE404744之间,Lr19与两标记间的遗传距离分别为1.54 cM和1.43 cM。这些研究结果为进一步实施分子标记辅助选择育种及在群体中选择兼具Lr19和FhbLoP抗性位点的单株,以及利用图位克隆抗性位点FhbLoP和Lr19提供理论依据。