【毕业学位论文】（Word原稿）小麦品种C591中一个主效抗条锈病基因的定位与分子标记研究植物病理学博士论文

密级 : 论文编号 : 中国农业科学院 博士学位论文 小麦 品种 一个主效 抗条锈病基因 的定位与分子标记研究 of a in 591 h. D of a in 591 要 小麦条锈病是由小麦条锈菌（ f. 起的世界性 小麦 病害。该病通过气流在高空远距离传播，可造成严重的产量损失，是最重要的小麦病害之一。我国是一个小麦生产大国，同时也是小麦条锈病发生最为严重 、最为广泛的国家之一，小麦作为我国主要的粮食作物，每年都在遭受不同程度的条锈病害的侵袭。从目前的小麦生产形势来看，我国的小麦抗病品种数量虽多，但抗源的单一化并未发生根本改变。 小麦品种 国外引种以来，在我国 一直 表现对条锈病的良好抗病性。 普通的 六倍体小麦，易于和 现有生产品种 组配杂交组合，与二倍体、四倍体小麦或其近缘属抗源相比，更易 于抗病基因的转育。 同时， 具有籽粒大、品质好、成熟较早等优点。 鉴于我国抗病育种工作的紧迫和抗病遗传资源的相对匮乏，而像 样 的条锈病 抗源又没能很好的加 以研究和利用的情况下，对其进行 抗条锈性遗传分析、 基因的染色体定位 和 分子标记 研究 有着十分重要的意义。 本研究采用感病品种 品种 备了一系列杂交后代材料，通过温室内人工接种具有代表性的我国小麦条锈菌主要生理小种，对 抗条锈性进行了遗传分析。采用记技术结合缺体分析对 抗条中 32 号小种的主效抗病基因进行了染色体定位研究。同时，用 析技术对该主效抗条锈基因进行了分子标记研究。取得了如下主要 结果： 1. 采 用 小麦条锈菌 条中 19 号 、 条中 26 号 、 条中 29 号 和 条 中 32 号生理小种 对 小麦品种 条锈性遗传分析 发现， 对 条中 26 号 和 条中 19 号 小种 的抗性由 2 对显性 基因 控制 ；针 对 条中 29 号小种的抗性由 1 对显性基因和 2 对隐性基因 控制 ；针对 条中 32 号 小种 的抗性由 1对显性 基因 控制 。 2. 利用 析 方法 ， 筛选到了 7 个与 品种 一个主效 抗条锈基因 锁的多态性扩增片段， 它们分别是 目的基因 的遗传距离分别为 据这些扩增位点的染色体位置， 初步推测 于小麦 7色体上。 3. 对与抗条锈基因连锁的 记 行 了 缺体定位分析。 分析结果显示 ， 所有缺体中无该特异性扩增片段，其余 6 个与抗条锈基因 锁的特异性 增 片段 均 位于 小麦 7B 染色体上。 综合 记及缺体分析结果，推测 小麦 抗条锈基因 于小麦 7色体 上 。 4. 通过 析 ， 找到了 7 个与 抗条锈基因 锁的 多态性 条带，它们分别是 中， 成功转化成了 记。通过连锁性分析发现， 记 别位于 小麦抗条锈基因 两侧， 与目的基因的遗传距离分别为 5. 通过对 位于 小麦 7B 染色体上 的抗条锈基因 载体品种接种 条中 32号小种 进行抗病性 鉴定发现，含有 因的品种表现 近 免疫 （ 0;型） ，而含有 品种表现感病 （ 33 型） 或中抗 （反应型 2 型 ） 。结合前人对上述基因的载体品种的抗病性鉴定结果 及本文的基因定位和抗病性鉴定结果 ， 推测 本研究定位和标记的小麦抗条锈基因 麦抗条锈 新基因。 关键词 ： 小麦 ；条锈病；抗病基因；抗病性；遗传分析； 染色体定位 ；分子标记； 记 ；记 f. is of in be by in is a of is by At of in at a of in 591, to is a in of 591, to on of of in 591 In a of a 591 of by in of a 591 by SR by as 1. on 591 to f. to 2. SR SR on of B SR 3. SR SR no in B, in 0 ix no in 1 in 591. SR by SR on B. SR we 591 on 4. By NA to 3841In NA 41355. of of 591, , r2 r6 be a r2 x 英文缩略表 英文缩写 英文全称 中文名称 增片段长度多态性 交 bp 基对 群分组分析 切扩 增多态性序列 摩 氧核糖核苷酸 化乙锭 h 时 kb 碱基对 含亮氨酸的重复区 氨酸拉链 子标记辅助选择 钟 苷酸结合位点 等基因系 合酶链式反应 量性状位点 机扩增多态性 制性片段长度多态性 s 列特异性扩增区域 核苷酸多态性 单序列重复 氨酸 /苏氨酸蛋白激酶 列标签位点 蝇 人类白 细胞介素受体结构域 膜结构域 录 第一章 引言 . 1 国小麦条锈病的发生与防治 . 1 国小麦条锈病发生概况 . 1 麦条锈病害的防治 . 2 麦品种的抗条锈性及其利用 . 3 麦品种的抗条锈性 . 3 麦品种抗条锈性在我国的利用 . 5 麦抗条锈性遗传分析与基因定位 . 6 麦抗条锈性遗传分析 . 6 麦抗条锈基因的定位研究 . 8 麦抗条锈基因的分子标记及其应用 . 12 麦抗条锈基因的分子标记 . 12 子标记在农作物研究中的应用 . 18 研究的目的意义 . 22 第二章 小麦品种 条锈性遗传分析 . 23 料与方法 . 23 麦材料 . 23 锈菌生理小种 . 23 试小麦材料的苗期抗条锈性鉴定 . 23 据的整理 . 24 果与分析 . 24 条中 19 号小种的抗性遗传分析 . 24 条中 26 号小种的抗性遗传分析 . 25 条中 29 号小种的抗性遗传分析 . 25 条中 32 号小种的抗性遗传分析 . 26 体品种的抗条锈性鉴定 . 27 论 . 27 第三章 小麦品种 抗条锈基因的染色体定位 . 29 料与方法 . 29 验材料 . 29 因组 取及 抗、感基因池的构建 . 29 效抗条锈基因的 记筛选 . 30 记的 缺体分析 . 32 记进行分子检测 . 32 果与分析 . 32 因组 检测及抗、感基因池 的构建 . 32 效 抗条锈基因的 记定位 . 33 记的缺体定位 . 44 记的 辅助选择 . 49 论 . 49 用 记对 行染色体定位 . 49 用 记 进行目的基因检测的有效性 . 51 1 条锈基因 关系 . 51 第四章 小麦 抗条锈病基因的 记 . 53 料与方法 . 53 验材料 . 53 因组 提取及 抗、感基因池的构建 . 53 效抗条锈基因的 记筛选 . 54 记向 记的转化 . 57 果与分析 . 60 于 析的小麦基因组 测 . 60 效抗条锈基因的 析 . 61 记转化 记 . 67 麦主效抗条锈基因 分子标记作图 . 76 记的有效性检验 . 76 论 . 78 麦抗条锈基因 分子标记 . 78 记转化 记的问题 . 79 第五章 结论 . 81 参考文献 . 82 附录 . 98 致谢 . 103 作者简历 . 104中国农业科学院博士学位论文 第一章 引 言 1 第一章 引 言 小麦条锈病 是小麦上最重要的病害之一。它 是由 小麦条锈菌 （ f. 起的 世界性气传 叶部病害 ， 条锈 菌 可 通过气流在高空远距离传播， 导致该病害在不同的小麦生产区间流行，从而 造成严重的 小麦减产 。 小麦条锈病 喜凉怕热，主要在纬度或海拔较高的地区越夏，该病 害 在 冷凉 或 高海拔地区 为害 尤为严重。 小麦条锈病 在国外 主要分布在美国的西部和西北部，印度 、 巴基斯坦 的西北部和北部，阿塞拜疆、哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦 等国 的山区以及 西欧 的一些国家 。此外，在澳大利亚、新西兰、北非 、 东非、南美洲 的 安第斯山 等地 也 相继发 现 （万安民， 2000） 。 国小麦条锈病的 发生与 防治 我 国是一个小麦生产大国， 小麦条锈病 是我国 发生最严重、 流行范围 最广泛的 麦类病害 之一 。小麦作为 中 国主要的粮食作物，每年都在 不同程度 上遭受 条锈病害的 威胁 。 在 我 国 ， 小麦条锈病主要 分布 在西北、 西南、 华北 和黄淮海等地的冬、春麦区 （ 汪可宁等 ， 1988；万安民， 2000） 。小麦条锈病具有流行频率高、 暴发 性强、发生范围广 、 为害严重等特点， 对 我国 小麦的高产和稳产 构 成了严重 的威胁 。 国 小麦条锈病 发生 概况 建国 至今 ，我国曾 先后 至少 发生 了 16次中等规模、 10次较大规模的小麦条锈病 害 流行。上世纪 50 60年代，条锈病分别于 1950年和 1964年发生两次大流行，发病面积均在亿亩以上，分别造成小麦减产 60亿公斤和 32亿公斤。 70 80年代，小麦条锈 病又在甘肃、四川、陕西、青海、河南、湖北等省的越夏、越冬关键地 带 频繁流行。据不完全统计，此期间条锈病在上述地区引发的中等以上 规模的 流行多达 6 9次，受害面积 均 在 2000 3000万亩 之间，其中 流行范围 比较大的有3次，分别发生在 1975年 、 1983年 和 1985年， 流行时还 波及 了 黄淮麦区， 3次 流行 都造成了小麦减产 10几 亿公斤。 上世纪 90年代，由于 条锈菌 新毒性小种的出现 和发展 ，导致当时 大部分 主栽品种的 抗锈性部分或全部丧失，条锈病的发生更加频繁。 1990年，西北和黄淮麦区经历了一次条锈病大流行，发病面积（含部分叶锈病 害 ）近 接造成的小麦产量损失达 1991年，小麦条锈病在山东、河南、湖北、陕西、甘肃、青海 6省相继流行，发病面积达 9800多万亩（含部分叶锈 病害 ）， 虽然 防治及时， 仍 造成 小麦减产 上世纪 末 ，在陇南、陕南、川西、川北、鄂西、豫西等地，由于 条中 30号 、 条中 31号 、条中 32号 新小种 以及 1类群 的 出现和 发展 ， 使得 繁 6系 列 、洛夫林系 列和 水源系 列 小麦 生产品种 也 逐渐丧失了抗 条锈 性，条锈病 重新在 我国大范围 流行 （牛永春和吴立人， 1997；万安民， 2003） 。 1999年 ，四川 省 小麦 条锈病 发病 面积 约 960万亩， 产量 损失达 新毒性小种对华北 、黄淮海等 小麦 产 区的威胁也日益严重。 2002年，条锈病再次在中国 我 国 小麦主产区大流行，虽然防治及时，仍造成 至少 10亿公斤的小麦减产 （ et 2004） 。 贾秋珍等（ 2005） 2002 2003年 对甘肃省中国农业科学院博士学位论文 第一章 引 言 2 421份小麦条锈菌标样进行监测发现，甘肃省的小麦条锈菌仍以 1致病类群为主 ，不同的是流行小种类型发生变化。水源 14类型已成为第 1位流行小种，出现频率为 条中 32号为第 2位流行小种 ， 出现频率为 水 源 4、 水源 5、 水 源 7的 出现频率也 在 逐年上升 ， 而条中 31号已降为次要小种 。 截至目前，我国已有 至少 七批 小麦生产 品种的 抗 条锈性相继丧失。第一批发生在 1957 1963年， 条中 1 号 小种 的出现 和发展 使以碧蚂 1 号为代表的 小麦 品种丧失 了 抗 条锈 性；第二批发生在1960 1964 年， 条中 8 号 、 条中 10 号 小种 的出现 和发展 使 以 玉皮和甘肃 96 号 为代表的小麦品种丧失 了 抗 条锈 性；第三批发生在 1961 1964 年， 条中 13 号 小种 的出现 和发展 使 以 南大 2419 为代表的小麦 品 种 丧失 了 抗 条锈 性；第四批发生在 1972 1975 年， 条中 17 号 、 条中 18 号 小种 的出现 和发展 使北京 8 号、阿勃系列 等 小麦 品种丧失 了 抗 条锈 性；第五批发生在 1976 1985 年，条中 19 号 、 条中 23 号 、 条中 25 号 小种 的出现 和发展 使丰产 3 号、泰山 1 号 、 阿夫 等小麦 品种丧失 了 抗 条锈 性；第六批发生在 1986 1992 年， 条中 28 号 和洛 10 类群 的出现 和发展 使 以 洛夫林 10 为代表的小麦品种丧失了抗条锈性 ， 条中 29 号 和洛 13 类群 的出现 和发展 使以 洛夫林 13 号为代表的小麦 品种丧失 了 抗 条锈 性（ 汪可宁等 ， 1988；谢水仙等， 1990）。近 些 年，随着毒性谱更宽的新的生理小种 条中 30 号 、 条中 31 号 、 条中 32 号 小种以及 强致病菌系 群和水源 11 类群的 出现和发展 ，使 以 繁 6、 水源衍生系 为代表的小麦 品种丧失了抗 条锈 性 （牛永春和吴立人， 1997；万安民等， 2003） 。由于 我国 特定的历史时期使用的 小麦条锈病抗源 严重单一以及抗病品种 的非合理 布局 ，加速了 条锈 病 小种的 不断变异， 毒性新小种的出现和发展 给我国小麦 生产构成了严重的威胁 。当前 ， 我国小麦生产上的主栽品种仍以洛类衍生系、繁 6 衍生系、水源系和扬麦系为主 ， 一旦 气候 条件适宜 ， 很容易 引 发 条锈病 害 的 大 流行 ，给小麦生产造成重大 的经济损失。 从 我国 当 前的小麦生产 品种的推广 形势来看， 虽然 抗病品种 的 数量 不少 ，但 品种 的 抗 条锈遗传 背景 的 单一化 现象 并 未 发生根本 的 改观 。 有鉴于此 ， 像 然 有效 的 小麦 抗 条锈 基因资源 急需在小麦抗条锈育种中 推广 ，以 丰富小麦推广品种的抗条锈基因遗传背景，抑制条锈菌毒性新小种的