長穗偃麥草抗赤霉病基因Fhb7遺傳圖譜的加密及其標記輔助轉移.pdf

1、小麥是我國最重要的三大糧食作物（玉米、水稻和小麥）之一，其產量僅次于玉米和水稻，排在第三位。小麥赤霉病(Fusarium head bligh或wheat scab)發(fā)生于小麥抽穗揚花期，是最重要的穗部病害之一。它不僅造成嚴重的產量損失，而且還因為產生各種毒素（尤其是DON毒素），對人畜的生命安全構成威脅，從而降低小麥的品質。在小麥赤霉病大流行年份，可以造成70％，甚至是100％的產量損失。大量研究表明，培育和種植抗赤霉病品種是解決小麥

2、抗赤霉病問題最簡單、最經濟、最環(huán)保和最有效的措施。然而，目前生產上可以利用的有效抗源并不多，利用最多的抗源是來自蘇麥3號的抗赤霉病基因Fhb1。因此，繼續(xù)尋找和挖掘新的高抗赤霉病基因，培育高抗小麥赤霉病品種，對于我國乃至世界小麥育種來說具有重要的研究意義。
　　本研究采用分子遺傳學、細胞遺傳學和比較基因組學等方法和手段，研究四個7E染色體之間的遺傳關系;建立長穗偃麥草染色體抗赤霉病基因Fhb7抗病區(qū)段與水稻、高粱和短柄草基因組的共

3、線性關系，尋找與其緊密連鎖的分子標記;借助于小麥ph1b基因誘導小麥7D染色體與長穗偃麥草7el2染色體部分同源重組，追蹤分析偃麥草染色體在小麥中遺傳特點，創(chuàng)制小麥-長穗偃麥草抗赤霉病短片段異位系;創(chuàng)制同時攜帶抗赤霉病基因Fhb1和Fhb7的遺傳育種材料及Fhb7在小麥遺傳改良中的應用。本研究獲得的重要研究結果如下:
　　(1)四個偃麥草7E染色體間均能夠發(fā)生配對，但不同偃麥草7E染色間的配對率不同，說明四個偃麥草7E間遺傳關系較

4、近。二倍體長穗偃麥草7Ee染色體能夠與十倍體長穗偃麥草7el1、7el2染色體和中間偃麥草7Ei染色體配對，且7el2染色體能與7Ei染色體配對，但配對率較低;7el1染色體與7el2和7Ei染色體間的配對率較高，分別為71.64％和85.96％。
　　(2)以假鵝觀草基因組DNA為探針，以中國春基因組DNA為封阻DNA，原位雜交鑒定結果表明7el2染色體在染色體兩端和著絲粒區(qū)域均有較強烈的雜交信號，說明7el2染色體屬于Js基組

5、;7Ee染色體的原位雜交結果與以二倍體長穗偃麥草基因組DNA為探針的雜交結果相似;7el1和7Ei染色體二者均僅在染色體兩端區(qū)域有強烈的雜交信號，說明7el1和7Ei同屬于J基組。
　　(3)根據減數分裂期不同染色體間的配對率和分子標記統計數據，對上述四個偃麥草7E染色體進行UPGMA聚類分析，結果表明，7el1與7Ei染色體間的遺傳關系最近;7el2與7el1-7Ei復合體的遺傳關系較近;而7Ee與其它三個偃麥草7E染色體間的遺

6、傳關系最遠。
　　(4)本研究通過染色體配對、分子標記和染色體原位雜交綜合分析，首次發(fā)現并解釋了7el1與7Ei遺傳關系較近的細胞學原因。
　　(5)本研究首次發(fā)現了長穗偃麥草7el染色體抗赤霉病基因Fhb7染色體區(qū)段與水稻、短柄草和高粱相應區(qū)段間的共線性關系，長穗偃麥草抗赤霉病區(qū)段與水稻6號染色體、短柄草1號染色體和高粱10號染色體共線。
　　(6)本研究根據上述共線性關系，以共線性區(qū)段內水稻、短柄草和高粱基因組的共

7、線基因cNDA序列為模板，利用ConservedPrimer2.0設計保守分子標記，并連同SSR、STS、DArT標記構建了一張更為精密的7E染色體遺傳圖譜。該圖譜包括167個分子標記，全長158.97 cM，平均標記間遺傳距離為0.95 cM;將抗赤霉病基因Fhb7定位在1.7 cM范圍內，且兩側緊密連鎖的分子標記為Xcfa2240和XsdauK66;該抗病區(qū)間對應于水稻、短柄草和高粱的基因組大小分別為18.8、37.1和27.0 K

8、b。
　　(7)在開發(fā)的6個保守分子標記（XsdauK）中，有4個分子標記（XsdauK13、XsdauK60、XsdauK66和XsdauK71）是根據共線區(qū)間內水稻、短柄草和高粱的共有基因開發(fā)的;XsdauK144是根據短柄草的基因Bradi1g29441設計的，該基因在水稻和高粱對應區(qū)間內無共線基因;XsdauK130是根據短柄草和高粱間的共線基因(Bradi1g29320和Sb10g031180)設計的，這兩個基因在水稻對

9、應區(qū)間內無共線基因。
　　(8)基因順序倒位現象是不同物種間遺傳進化的重要推動力，加速了不同物種對環(huán)境的適應能力。本研究發(fā)現，長穗偃麥草抗赤霉病基因Fhb7染色體區(qū)段與水稻6號染色體區(qū)段（Os06g51490-Os06g51510）和高粱10號染色體區(qū)段（Sb10g031240-Sb10g031265）內的基因順序一致，而與短柄草1號染色體區(qū)段（Bradi1g29250-Bradi1g29300）內的基因順序相反。
　　(9

10、)根據上述開發(fā)的與抗赤霉病基因緊密連鎖的分子標記，對創(chuàng)建的208個小麥-長穗偃麥草7el2染色體遺傳工程材料（中國Ph1b突變體誘導部分同源重組）進行分子標記篩選，最終獲得了兩個潛在的短片段易位系SDAU1881和SDAU1886;赤霉病抗病鑒定結果表明，與對照中國春和KS24-2相比，這兩個材料均表現出良好的赤霉病抗性;分子標記鑒定結果表明，這兩個易位系的易位發(fā)生位點（7DL-7elL）介于分子標記Xwmc273和XBM137749間

11、。
　　(10)原位雜交鑒定結果表明，上述兩個潛在的小麥-長穗偃麥草抗赤霉病易位系均具有相對較小的外源染色體片段，易位染色體片段占易位染色體的比例分別為16.1％和17.3％;與對照KS24-2相比，大約有65％的長穗偃麥草染色體片段通過小麥-偃麥草染色體間的部分同源重組重組掉，從而被小麥7D染色體片段替換。
　　(11)利用35個小麥品種對獲得的與抗赤霉病基因緊密連鎖的3個共顯性分子標記XsdauK66、Xcfa2240和

12、XsdauK352進行了分子輔助選擇有效性驗證，結果表明，這3個分子標記均能夠用于小麥抗赤霉病基因Fhb7的輔助選擇育種。
　　(12)利用與抗赤霉病基因Fhb1緊密連鎖的分子標記(Xgwm493和Xgwm533)和與抗赤霉病基因Fhb7緊密連鎖的分子標記(XsdauK66、Xcfa2240和sdauK352)，獲得了聚合了Fhb1與Fhb7兩個抗赤霉病基因的育種材料(SDAU1902、SDAU1903、SDAU1904和SDAU

13、1906)，隨后的赤霉病抗性鑒定結果表明，與對照中國春相比，這4個聚合體育種材料均具有很好的赤霉病抗性，發(fā)病小穗數NDS分別為1.6、1.4、1.4和1.5，說明這4份材料可能含有Fhb1和Fhb7基因。
　　(13)為進一步驗證來自十倍體長穗偃麥草抗赤霉病基因Fhb7在不同小麥背景下的赤霉病抗性，借助于分子標記選擇，將抗赤霉病基因Fhb7導入到濟麥22、山農22、泰山23、濟南17、良星99和山農14等大面積推廣小麥品種中，并獲