小麥抗銹病基因的遺傳分析及其分子作圖.pdf

1、小麥銹病主要包括條銹病(stripe rust)、葉銹病(leaf rust)和稈銹病(stem rust)三種，是嚴(yán)重危害小麥生產(chǎn)的一類真菌病害。由小麥條銹菌（Puccinia striiformis f.sp.tritici）和稈銹菌(Puccinia graminis f.sp.tritici)引起的條銹病和稈銹病是世界范圍內(nèi)影響小麥生產(chǎn)的重要病害，一旦病害發(fā)生，將造成嚴(yán)重的產(chǎn)量損失。因此，發(fā)掘、研究、利用抗病基因，培育抗病品種是

2、防治該類病害最為經(jīng)濟(jì)、安全、有效的措施。本研究內(nèi)容主要包括兩個方面，(1)分別對來自印度圓粒小麥AS348的隱性抗條銹病基因YrSph和來自普通小麥種質(zhì)HRMSN-81的顯性抗條銹病基因YrHRMSN-81進(jìn)行遺傳分析及其分子作圖;(2)對來自一粒小麥T.monococcum的溫度敏感型抗稈銹病基因Sr21和隱性廣譜抗稈銹病基因SrTm4進(jìn)行精細(xì)定位。主要結(jié)果如下:
　　一、來自印度圓粒小麥AS348的隱性抗條銹病基因YrSph的

3、遺傳分析及其分子作圖
　　以來源于印度圓粒小麥AS348的穩(wěn)定抗條銹病新種質(zhì)D31與感病品種臺長29（D31/臺長29）構(gòu)建作圖群體。利用條銹菌優(yōu)勢小種條中32號(CYR32)對親本D31和臺長29及雜交后代F1、F2、BC1群體進(jìn)行抗性鑒定，并利用SSR、SRAP和TRAP技術(shù)篩選和鑒定與抗性位點連鎖的分子標(biāo)記。結(jié)果表明:
　　1、D31對條銹病的抗性是由一個隱性單基因控制的，暫時定名為YrSph。
　　2、篩選到4

4、個SSR標(biāo)記、3個SRAP標(biāo)記和3個TRAP標(biāo)記與該抗病基因連鎖。其中側(cè)翼標(biāo)記Xwmc246和F-me15/R-me6與抗病基因的遺傳距離分別為8.5 cM和6.9cM。
　　3、基于小麥SSR遺傳圖譜，將抗病基因YrSph定位到染色體2AS。
　　4、基因特性、系譜分析和分子標(biāo)記的結(jié)果表明，YrSph很有可能是一個與已知抗條銹病基因不同的新基因。
　　二、來自國際玉米小麥改良中心(CIMMYT)的種質(zhì)HRMSN-81

5、條銹病抗性基因YrHRMSN-81的遺傳分析及其分子作圖
　　以源自國際玉米小麥改良中心(CIMMYT)的抗性種質(zhì)HRMSN-81與感病品種臺長29（HRMSN-81/臺長29）構(gòu)建作圖群體。利用條銹菌小種條中31號(CYR31)、條中32號(CYR32)和條中33號（CYR33）對親本及雜交后代F1、F2、F2∶3群體進(jìn)行抗性鑒定，并利用SSR、RGAP、SRAP和TRAP等標(biāo)記技術(shù)篩選和鑒定與抗性位點連鎖的分子標(biāo)記。結(jié)果表明:

6、
　　1、HRMSN-81的抗性由一個顯性基因控制，且表現(xiàn)為全生育期免疫抗性，暫時定名為YrHRMSN-81。
　　2、共找到11個與抗病基因YrHRMSN-81連鎖的分子標(biāo)記，其中與抗病基因最近的標(biāo)記為Xwgp-180 bp，遺傳距離為3.4 cM。
　　3、利用整套的中國春缺體-四體、中國春2D染色體端體材料和連鎖的SSR標(biāo)記，將YrHRMSN-81定位到染色體2DS上。
　　4、基因特性和分子標(biāo)記定位的結(jié)果

7、表明，抗性基因Yr HRMSN-81是一個不同于其它已經(jīng)被定位到2D染色體上的抗條銹病基因。
　　三、來自于一粒小麥T.monococcum ssp.monococcum的稈銹病抗性基因Sr21精細(xì)作圖
　　選取Sr21的一粒小麥載體材料CI2433(PI10474)、3個六倍體單基因系TD，TDL，W3586和4個感病對照Chinese Spring(CS)，LMPG-6，W2691，PI272557，分別接種16個稈銹病

8、生理小種（包括Ug99和它的變種）對Sr21進(jìn)行抗性鑒定，共設(shè)置5個條件:16℃/15小時光周期，20℃/15小時光周期，24℃/15小時光周期，20℃/10小時光周期和20℃/20小時光周期，以研究Sr21的抗性表現(xiàn)與溫度和光周期的關(guān)系。以另外兩個抗性親本栽培一粒小麥DV92和野生一粒小麥G3116分別與感病一粒小麥PI272557構(gòu)建了2個精細(xì)定位的F2作圖群體。選用來自群體PI272557×DV92的938個F2單株和來自群體PI

9、272557×G3116的2850個F2單株及其衍生的F2∶3家系進(jìn)行定位分析。通過利用已知的水稻、短柄草和小麥基因組序列信息，應(yīng)用比較基因組學(xué)的方法，對該基因進(jìn)行精細(xì)作圖。結(jié)果表明:
　　1、Sr21的抗性表現(xiàn)與溫度有關(guān)。當(dāng)溫度為16℃時，Sr21的載體材料和感病對照一樣都表現(xiàn)為感病反應(yīng);而當(dāng)溫度為20℃和24℃時，感病對照依然表現(xiàn)為感病反應(yīng)，而Sr21的載體材料都表現(xiàn)為抗性反應(yīng)。同時不同的光周期對Sr21抗性表現(xiàn)影響不大。

10、r>　　2、利用兩個大的作圖群體（共包含3788個F2單株）進(jìn)行精細(xì)定位，共找到了19個與基因Sr21連鎖的分子標(biāo)記，并將基因定位到2個CAP標(biāo)記FD527726和EX594406之間，遺傳距離分別為0.15 cM和0.05 cM。
　　3、確定了Sr21所在的染色體區(qū)段對應(yīng)的短柄草和水稻的共線性區(qū)域，在短柄草基因組中為88kb（Bd5:24573330bp-24661358bp）和在水稻中為138 kb(Chr4:3152786

11、1bp-31665411bp)，這兩個共線性區(qū)段內(nèi)分別有包含了12個短柄草基因和24個水稻基因。并且分析發(fā)現(xiàn)，在這些直系同源基因中有一系列典型的具有NBS-LRR結(jié)構(gòu)的抗性候選基因。
　　4、但是，進(jìn)一步驗證發(fā)現(xiàn)共線性區(qū)段內(nèi)的12個短柄草基因?qū)?yīng)的小麥直系同源基因都不是Sr21。
　　四、來自于一粒小麥T.monococcum ssp.monococcum的稈銹病抗性基因SrTm4精細(xì)作圖
　　以抗病親本栽培一粒小麥P

12、I306540分別與感病一粒小麥G3116和PI272557構(gòu)建了2個精細(xì)定位的F2作圖群體。從中選擇2281個F2單株(89個單株來自群體PI272557×PI306540，2192個單株來自群體G3116×PI306540)及其衍生的F2∶3家系進(jìn)行抗病基因的定位分析。在接種生理小種TTTTF的條件下，對雜交后代F1、F2、關(guān)鍵重組體的F2∶3進(jìn)行抗性鑒定。通過利用公布的短柄草基因組序列信息和小麥基因組序列信息，應(yīng)用比較基因組學(xué)的方

13、法，對該基因進(jìn)行染色體定位并構(gòu)建精細(xì)的遺傳圖譜。結(jié)果表明:
　　1、一粒小麥材料PI306540攜帶一個隱性抗稈銹病基因，且該基因?qū)τ阼b定的10個稈銹病小種都表現(xiàn)抗病反應(yīng)，暫時定名為SrTm4。
　　2、利用兩個作圖群體（共包括2281個F2單株）進(jìn)行定位分析，共找到了17個與基因SrTm4連鎖的分子標(biāo)記，并將基因定位到2個CAP標(biāo)記CD903048和DR732348之間，遺傳距離分別為0.05 cM和0.16 cM。