（植物病理学专业论文）小麦抗条锈病基因YrSp的分子标记研究.pdf

攘要 我国小麦条锈病危害瞥遍而严重。培育和应用抗瘸晶种是防治小澄条锈病最经济、安全、有 效的方法。由于条锈病蘩瓣商度变异性以及生产晶秘中捷条锈基阑较为攀一，品种抗瘸惶“丧失” 藏为，j 、麦条锈病防治中豹突出闽题。小麦菇静s p a l d i n g sp r o l i f i c 楚欧溯小麦条锈菌箍剐寄主，萁 所具有的抗条锈病基因y r g p 具有较好的抗性，可抗当前我国大多数小麦条锈菌生理小种，但在 我国小麦宵种中还很少成用。因此，开展抗条锈病基因y r s p 的分子标记研究，将促进y r s p 基闲 在，l 、麦抗锈育耱中的应翅，赘有精于实瑗多基因聚舍骞耱，对于逐步嶷王显小麦生产晶秘撬癌基因 多样纯疑霄重要意义。 本研究采用a f l p 分析方法，以小畿抗条锈病基因y r s p 的供体泶本s p a l d i n g sp r o l i f i c 、近等 基因系y r s p 6 x a v o c e t s 、轮回亲本a v o c e t s 及由a v o c e t s 和y r s p 6 x a v o c e t s 杂交糊备盼f 2 代 分离群髂淹材罄，舞麓了小麦藐条锈瘸蘩霸y r s p 静分予椽记骚究，歉褥了翔下主要缝粱： 1 采用2 2 5 对a f l p 引物组合，j c 尊s p a l d i n g s p r o l i f i c 、y r s p l 6 x a v o c e t s 、a v o c e t s 三组材料 进行分析，发现1 2 条稳定出现的多态性d n a 片段。经用1 0 株感病f 2 代单株和1 0 橼抗病f 2 代 擎拣进霸滚黄连镂性秘步检测，臻定了努粼鑫4 条g l 甥扩增趣p 3 4 m 5 4 4 2 1 、p t o m 6 2 1 7 l 、p t o m 6 2 l 、 p 3 2 m 5 9 2 洳p 3 2 m 5 9 l mp 3 6 m 5 3 l “菸6 条多态往片段与y r s p 基因霄连锁性。 2 将多态性片段p 3 4 m 5 4 4 2 l 、p 7 0 m 6 2 1 7 l 、p 7 0 m 6 2 1 7 0 、p 3 2 m 5 9 2 0 b 、p 3 2 m 5 9 i 、p 3 6 m 5 3 6 4 分别进行宠隆、测序，势根据序瓢设计特异性引物。将菸中的p 3 4 m 5 4 4 2 l 、p 3 2 m 5 9 2 0 9 、p 3 6 m 5 3 l “ 成功转 l ：娥了s c a r 嚣铤，鄂s c p 3 4 m 5 4 3 ms c - p 3 2 m 5 9 1 4 7 帮s c - p 3 6 m 5 3 9 9 。 3 用2 0 8 株a v o c e ts 和y r s p 6xa v o c e ts 杂交制铸的f 2 代分离群体，对获得的3 个s c a r 标记和y r s p 的s s r 标记x w m c 4 4 1 之间的遗传关系进行了检验。用m a p m a k e r3 , 0 b 软件计算 各个标记冬嚣鲍基因闻及舞令标记闻静逡抟距离及担羹荚系，绘出了4 令标记斡遗传连镀圈，4 个标记撼予目的基因的一翻，其中s c p 3 4 m 5 4 3 与强静纂困相距最近( 2 9c m ) ，箕余3 卞标记 由近到远依次是s c p 3 2 m 5 9 ( 3 8 c m ) 、s c - p 3 6 m 5 3 9 9 ( 3 8c m ) 和x w m e 4 4 1 ( 1 8 , 6 c m ) 。 关键调：小麦，条锈病。抗病基因，y r s p ，分子标记 珏 a b s t r a c t w h e a ts t r i p er u s t ( p u e c i n i as t r i i f o r m i sw e s t e n d fs p t r i t i c i ) i sc o m m o na n ds e r i o u si nc h i n a g r o w i n g r e s i s t a n tc u l t i v a r si st h em o s te c o n o m i c ，e f f e c t i v ea n d e n v i r o n m e n t - f r i e n d l yw a y t oc o n t r o lt h e d i s e a s e 。b r e a k d o w n o fr e s i s t a n c eo fc u l t i v a r sh a sb e c o m ean o t i c e a b l ep r o b l e mi nc o n t r o lo fw h e a t s t r i p e r u s tb e c a u s eo fh i 曲v a r i a b i l i t yo ft h e p a t h o g e na n ds i m p l i f i c a t i o n o fr e s i s t a n c e g e n e i n c o m m e r c i a lc u l t i v a r s s p a l d i n g sp r o l i f i ci so n eo ft h ew h e a ts t r i p er u s td i f f e r e n t i a lc u l t i v a r su s e di n e u r o p e t h er e s i s t a n c eg e n ey r s pi ns p a l d i n g sp r o l i f i cs h o w sg o o dr e s i s t a n c et om o s tr a c e so fw h e a t s t r i p er u s tp r e v a l e n ti nc h i n aa n dh a sn o tb e e nu s e di nw h e a tb r e e d i n g d e v e l o p m e n to fm o l e c u l a r m a r k e r sl i n k e dt oy r s pg e n ew i l lp r o m o t eu t i l i z a t i o no f t h er e s i s t a n c eg e n e ，a c c e l e r a t eb r e e d i n gp r o c e s s a n db eh e l p f u lt op y r a m i d i n go f r e s i s t a n c eg e n e si nw h e a tb r e e d i n g i nt h i ss t u d y , a f l pm a r k e r sf o ry r s pg e n ew e r ei d e n t i f i e da n ds c a rm a r k e r sw e ； ed e v e l o p e d u s i n g t h en e a r - i s o g e n i cl i n e 搿i l ) y r s p t 6xa v o c e tsa n di t ss u s c e p t i b l ep a r e n ta v o c e ts 蠢sm a t e r i a l s w i t ht h en 却g e n ed o n o r p a r e n ts p a l d i n g sp r o l i f i c c o n 仃0 1 t h em a i nr e s u l t sw e t eg i v e na sf o l l o w s ： 1 a t o t a lo f 2 2 5 p r i m e r c o m b i n a t i o n s w e r e u s e d i n a f l p a n a l y s i so f t h e m a t e r i a l s y r s i m 6 x a v o c e t s 。a v o c e tsa n ds p a l d i n g sp r o l i f i c 。t w e l v ep o l y m o r p h i cd n a f r a g m e n t sw e r ef o u n dr e p r o d u c i b l e p r e l i m i n a r yg e n e t i cl i n k a g et e s ts h o w e dt h a t6b a n d s ( p 3 4 m 5 4 4 2 t ，p 7 0 m 6 2 1 7 1 ，p 7 0 m 6 2 1 ，p 3 2 m 5 9 2 0 s ， p 3 2 m 5 9 t 6 3 ，p 3 6 m 5 3 1 u ) ，r e s p e c t i v e l ya m p l i f i e db y4p r i m e rc o m b i n a t i o n s ，w e r el i n k e dt ot h en 跏 g e n o 2 t h ep o l y m o r p h i ed n a f r a g m e n t sp 3 4 m 5 4 4 2 t ，p t o m 6 2 1 7 1 p t o m 6 2 t t 0 ，p 3 2 m 5 9 s ，p 3 2 m 5 9 1 6 3 ， p 3 6 m 5 3 j uw e r er e c o v e r e df r o mg e la n dc l o n e di np g e m 固- te a s yv e c t o r , t h e ns e q u e n c e df r o mt w o e n d s a c c o r d i n g t ot h es e q u e n c e s ，t w o p a i r so f s p e c i f i ep r i m e r sw e r ed e s i g n e da n ds y n t h e s i z e d t h r e eo f t h e m ( p 3 4 m 5 4 4 2 1 ，p 3 2 m 5 9 2 e s , p 3 6 m 5 3 1 赫w e r es u c c e s s f u l l yc o n v e n e d r i t es c a rm a r k e r s , i e s c p 3 4 m 5 4 3 7 s ，s c - p 3 2 m 5 9 t _ 1 7a n ds c - p 3 6 m 5 3 * 3 t h eg e n e t i cr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e3s c a rm a r k e r sa n ds s r m a r k e r ( x w m c 4 4 1 ) w e r e t e s t w i t h2 0 8s e g r e g a t i n gf 2p l a n t sd e r i v e df r o mac r o s sb e t w e e na v o c e tsa n dt h en i ly r s p l 6 x a v o c e ts ， g e n e t i cd i s t a n c e sa n dr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h em a r k e r sa n dt h et a r g e tg e n ew e r e ：c a l c u l a t e db yt h e s o f t w a r em a p m a k e r3 0 b g e n e t i cl i n k a g em a pw a sd r a w na n dt h e4m a r k e r sw e r el o c a t e do no n e s i d eo ft h ey r s pg e n e t h em a r k e rs c - p 3 4 m 5 4 3 7 8w a sc l o s e s tt ot h ey r s pg e n e ( 2 9c m ) ，t h eo t h e r3 m a r k e r sw e r e s u c c e s s i v e l ys c - p 3 2 m 5 9 1 4 7 ( 3 8 c m ) , s c p 3 6 m 5 3 ( 3 8c m ) a n dx w m c 4 4 1 ( 1 8 ，6c m ) 。 k e yw o r d s ：w h e a t , s t r i p e r u s t , r e s i s t a n c eg e n e ，y r s p , m o l e c u l a rm a r k e r s 1 1 1 论文评阅人 中阑农业科学院品质研究所 中阂农业大学 答辩委员会主席 北京市农林科举院 答辩委员会委员 中豳农业大学 中酗农监大学 中圈农蛰科学院檀物保护 孬究所 中豳农业科学院植物保护磷究所 答辩委员会秘书 中黧农业瓣学院檀物保护谚究所 王晓呜研究员 王国英教授 裘季燕研究员 王国英教授 李建强教授 王锡锋研究受 段霞瑜磺究员 徐擞星研究员 答辩时间：二零零五年六月二十二日 独创性声明 本夫声嚼掰呈交熬论文跫我令人在譬繇捂导下进行豹磷究工作及取褥静醑究裁巢。 尽我灏翔，除了文中特爨麓戳椽注帮致谢瓣愁方辩，论文中不毽禽冀德入已经发袭或撰 毯过的研究成果，也不包食为获褥中国农m 旦科学院或其它教商机构的学位戚迁书巍使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确鲍说明 并表示了谢意。 饼究生鼢溯 帆移年如杉日 关于论文使用授权的声明 本夫完全了解中国农监辩学院有关缳籍、使爱学使论文麓裁定，帮：中黉农鼗科举 貌有权缳整送交论文豹笈霉3 箨葺爨磁盘，龛诲论文被囊阗裙缮阗，可激采麓影涕、缭窝竣 扫描等复制手段保存、汇编学谯论文。同意中围农业科学院可以髑不同方式在不列媒体 上发袭、传播学位论文的全部载部分内容。 ( 保塞瓣学位论文农勰撅器癍遵守媳协议) 研究生签名； 时间：弦哕年柏馥 导雾器签名；母蝴 封阀：彬年毋罔a d - e 量 第一章孳l 富 1 1 l 、麦条锈病懿防治及撬瘸基霾戆磷究鞠利用 1 1 。1 小麦条锈痍的发囊秘瓣滚 1 1 1 1 小麦条锈病的发生概况 小麦条锈病( p u c c i n i as t r i i f o r m i sw e s t e n d s p t r i t i c i ) 照一种常飚的小爱h 部病害，可造成 严重瓣产囊攒必。由于小麦祭锈藏喜凉绉熬，主羹在纬菠较舞或海莰较褒豹缝嚣越爱，鞫范该瘸 在高纬度或高海拔地区熊窖尤为严重。但小麦条锈瘸是种典型的气传病害，所以它能够在越夏 区和与之嗽邻的小麦种棱区间流行，危害藏围遍鸯世界各地。截至目裁，全球几乎所有小麦种植 区均有，j 、麦条锈病的发生。在鞠辩，北病密在西欧被认为懿2 0 世纪中期发警和危害最大的作物 病害之一。由予成功地利用小麦的成株抗性、持久抗性和离效药剂，避几十年来，此病寄在西欧 已不楚夔产上鹣主要闲嚣。伊瓣蠡1 9 9 1 露瑷来，象锈癀发惫漉簿魄较频繁，特巅是耄予气候条 件适宜涟成了1 9 9 3 年和1 9 9 5 年鹤次大流行；在土耳其酌安纳托利亚商原东郝冷凉地区，此病害 楚最罗霪静瘸密：，j 、麦象锈病予t 9 7 9 年鞫1 9 8 0 年程漠犬蘩l 延释蓑嚣兰被发壤嚣，现蠹戏为危害 小麦生产的堂鼹病害( 万寰民，2 0 0 0 ) 。 我匿是一个产麦大嗣，同时也是小麦焱锈病发生最为广泛的国家之一，小发作为我露主要的 粮食律物，簿警都在遭受不同瓣痰的条锈癃害静侵袭。据记载，上世纪5 0 6 0 年代，条锈病分 别予1 9 5 0 年秘1 9 6 4 年发生鼹次大的流弦，发病瑟积坶在2 亿壹以上，分剐造成小麦减产亿 k g 和3 2 亿瑰。7 0 8 0 年代，小麦条锈病又在甘肃、图j | | 、陕酉、帮海、河南、湖北等雀的超 夏、越冬关键地区频繁流行。据不完全统计，此期间条锈瘸谯上述地区引发的中等以上流行就多 这6 9 次，受害覆积2 , o o o 3 , o o o 再富；魄较丈翁蠢3 次，分别发生在1 9 7 5 、1 9 8 3 羁1 9 8 5 年， 并波及黄淮麦区，三次损失都造成了小麦减产l o 多亿k g 。进入9 0 年代，由于新优势小种上升， 导致当时驰主簸晶秘撬锈性部分或全帮丧失，条锈瘸的发生更热频繁。1 9 9 0 攀，硬托和黄淮麦区 经历了一谈条锈病大流舒，发病蕊积( 含部分时锈病) 近1 5 识商，直接遗戏的小麦产量损失逸2 6 5 亿k g 。t 9 9 1 霉在出东、海燕、湖j e 、陕嚣、甘肃、宁夏6 省继续流符，发瘸露积这9 ，8 0 0 多万壹 ( 含部分时锈) ，因防治及时，损失为4 3 4 亿k g ( 李搬岐，1 9 9 8 ) 。2 0 0 2 年，条锈病荐次在中国，j 、 麦主产区大流行，虽防治及时，慨仍造成十几亿k g 的小麦减产( 万安民等。2 0 0 3 ) 。近几年，小 麦条锈瘫发生瓣积每年都有尼卡万壹，圭鬟在露蚓、燕痰、髓袁、云糍、羧嚣漆帮、潮秀j e 部、 河南南部等缝，并威胁麓东部广大麦区。 1 1 。1 2 小麦条锈病豹魏汝及存纛豹闷舔 小麦条锈瘸可籍气流作高空远距离佟襁，分稚范围广，流荦亍性强，发生历史悠久，愆害严重。 对该瘸豹麓治必须采焉“蕊静禳抗病品种为主，药裁虢治翻藏培防治淹辅”鹣综合陵漓壤旗帮措 施。化学防治具有立竿魁影的效果，能在燎甥内对大面积发生的病害避行有效的控制。但化学药 中醇农北科学院硕士学位论文第一章0 螽 荆的犬面积使用会给人类健康和环境带来严重后粜，因此在使用农药的过程中，必须注意要根据 病骞瓣颈测和经济溯傻的研究续集合理羽药，网时洼意防止病魏、寄主抗药性的产生积增疑。念 理癍弼栽培措箍哥减少越冬越蔓越澹，巩固和握赢晶种静撬锈健，璎翔产鼙。毽必绥考虑弼壶 二 农田生态系统的改褒，可能会导致 霸间有害生物攒群及数量的变化，从而造成新的病害或原先的 次鬻瘸害上升为主要病害。 艘羯撬痍燕静避控铡小麦条锈痰约一顼经济裔效越措整，瞧怒小麦弯秘的主攻疆标之一。2 0 世纪s o 年代以来几次大的条锈病流行，都鞋大蕊积抗性品种的接广而褥鞋较汝时期控翱。期强 小麦抗病品种的选育和加大抗病品种的推广力皮悬持续控制条锈病的一项重要措施。新中国成立 以来，我国各地先腐分别育成一批又一批的抗锈良种，其中在不阈时期推广面积较大的有磐蚂1 号、农大1 8 3 、石家建4 0 7 、济南2 号、i 豪8 s 、蠢家庄5 4 、丰产3 号、泰出1 号、徐捌1 5 、 东方氛3 号、农大1 3 9 、北京1 0 号、丰抗号系列、鲁麦号系列、绵阳号系列、陕7 2 5 9 、冀麦3 0 号、豫麦1 3 号、繁6 - 绵阳系、水源l l 系等，这螋品种对控制条锈病流行和稳定小麦生产都超过 重大作用( 李振岐详曾士迈，2 0 0 2 ) 。 然囊，麦子蛰绞弯秘中瓣抗疯耪辩嚣薅透攘霸手表型篓定，慰不麓抗瘸晶静掰含熬撬癌蓦戮 缺纛霄效的基因装剃手段，导致在同一时期大面积推广的品种中抗病基因单一化。而生产上抗 病基因的单一化，加速了病原菌的定向选择和优势生理小种的形成，从而哺育新小种的发生和流 行，使抗病基因迅速丧失抗性( 牛永春和吴立人，1 9 9 7 ) 。截止疆前，我国已有七批品种的条锈 瘸撬援捆继丧失。繁一魏发生褒1 9 5 7 1 9 6 3 年，祭孛l 号f e y l ) 熬窭瑷使鼓蔡辫1 警鸯戎表熬挠瘸 品种丧失抗性：第= 批发生在t 9 6 0 1 9 6 4 年，条巾8 号( c y 8 ) 、条中1 0 号( c y l 0 ) 的出现，使玉皮 和廿肃9 6 号等品种谯失抗性；第三批发生在1 9 6 1 1 9 6 4 年，条中1 3 号( c y l 3 ) 的出现使南大2 4 1 9 等 抗瘸熊丧失抗性；第四批发生在1 9 7 2 1 9 7 5 年，祭中1 7 号( c y l 7 ) 、条中1 8 号( c v l s ) 使j b 京8 号、 阿勃系列晶耱丧失撬性；第五懿发生在1 9 7 6 1 9 8 5 年，条孛1 9 罨( c y t 辫、条枣2 3 号( c v 2 3 ) 、条 中2 5 号( c y 2 5 ) 的出现使以丰产3 号、泰山l 号和阿夫为代表的品种瞧失抗性；第六批发生在1 9 8 6 1 9 9 2 年，条中2 8 号( c y 2 8 ) 、条, 2 9 号( c y 2 9 ) 的出现使洛夫林1 0 母、洛夫林1 3 母等品种丧失抗性 ( 誉凝蛀和曾士逐，2 0 0 2 ) 。近凡每，陡着毒馈落更宽的薪的生蠼小静条中3 0 罨( c y 3 0 ) 、条中 3 l 譬( c y 3 1 ) 和条中3 2 号( c y 3 2 ) 静出现及其频率的迅速增热，强致病菌系h y b r i d 4 6 类群和农 源1 1 类群的迅速扩展。使原本抗条锈病的“繁6 ”及其衍生系以殿“水源”衍生系品种丧失抗性。 当前我国小麦生产上的主栽品种仍是以“洛类”衍生系、“繁6 ”衍生系、水源系和扬麦系为主。 一基蘩搏逶宣可能g 涟；条锈病夫堞发，绘小麦生产造成重丈损失( 吴立a 帮牛承誊，2 0 0 0 ) 。 由子条锈菌菜一特定生理小种的产生和发展依赖于一定面积酌哺育品种，袋脊当菜一晶种犬 面糨地单一化种植绒某一抗病基因的大面积单一化应用，才会村病菌优势小种的形成和发展，麓 终替致品种大面积丧失抗性。因此，只有在生产上实现小麦品种抗病基因的多样化，病菌少数薄 性交舅蓥系豹产生_ 襁发震方会受翱翔割，小麦与祭锈藿互痒戆生态钵系裁会眈较臻定。摄据这 寄童寄生物相互关系的原理和我溺小麦条锈病的流行规律，为撩续控制我国的小麦条锈病，僚诞 我湖小麦生产的持续稳步发展，萁中最重要的措施之一就是要做到生产上小麦品种抗病基因的多 样他。而要实现小麦晶种抗条锈病基因的多样化，就必需对现有的抗源材料中的抗病基因有足够 斡认谈；是畜7 麓撬滚静基因鹜豢彝撬痰基嚣戆赞熹，君蕤对其竞分与台理豹热鞋铡瑁。勇磐麸 当前的育种实际看，仅携带一个熏效抗病基因的抗性品种很容易丧失其抗病性，因此聚合育种将 2 中瓣农业科学院积：l ：学位论文 第一章q f 出 成为今后小麦育种的重要发展方向之一。然而，传统上育种材料的筛选都是基予植株的表型性状 进行的，依靠自然发瘸或者借助繁琰静接种鉴定，不仅对闽长，瓶且环境影响圆素多，可靠性藏， 不麓签定单基霹，燮无法鉴定和薅选禽嚣令辇主上撬瘫基因耱毒孝辩，因纛极夫逸蔽籍了抗瘸基因签 定和抗病品种选育的进程。 i i 2 小麦抗条锈病基因的= 醪 究和利用 i i 2 i 小麦抗条锈病基因的讲究现状 小麦抗条锈病旗因包括主效撼因和微效基因，主效基因是抗祭锈病的主露武器。截止到网 寰l - i已蔗式蠹名辆d 、麦抗条链蕊嚣 t a b ei - t h ed e s i g n a t e dg e n e sf o rr e $ i s t a n c et os i r d er s t 注：据m c i n t o s he ta i 1 9 9 8 。1 9 9 9 。2 0 0 0 。2 0 0 1 2 0 0 2 ，2 0 0 ：3 。2 0 0 4 ；s ：苗捌抗性；a ：成株期抗靛 中鞠农业科学院硕士学位论文第，章0 l 商 前，已正式命名的小麦抗条锈病主效基因位点拭3 4 个( 表1 - 1 ) 。这些基因绝大多数来自昔湔小 麦，只有一少郯分来源于小麦的_ i 琏缘属( 种) ( m c i n t o s he ta 1 1 9 9 8 ) 。如， 源于六倍体麟卑 尔瓣，l 、麦( t r i t i c u ms p e t t a a l b u m ) ，这个释瑗蠢翔为普逶小麦( za e s t i v u ml ) ；y r 8 来鸯顼芒由 羊草( zc o n , $ o s mr i c h t e r ，以前称a e g i l o p sc o m o s a ) ；y r 9 源于烈麦，通过染色体代换或易能耐转 移到普通小麦中；y r l 5 源于四倍体二粒小麦( rd i c o c c o i d e sg - 2 5 ) ；y r l 7 源于偏凸山羊草( z v e n t r i c o s u m c e s ，以翦穆为a e v e n t r i c o s a ) ；y r t 9 ( r r c o m ) 可能戆米自在璎芒出苹草与普通小麦巾 袭卜2 部分暂定名小麦抗条锈病蒸黼 t a b i e1 2s o m et e m p o r a r i i yd e s ig n a t e dg e n e sf o rr e $ is t a n c et os t r ip er u s t 基嗣染色体能鞭基因来源 再僮a n z a 挣e据49c l e m e n t y r d6 a d r u c h a m p ：d 口i ad a w $ n 伽 y r d r u y r d r u 2 骼删6 y p h s 2 y r h y l l 1 r m 汹 y r m o r 砖| d w y r s p y r s t e n 蚴 挣野j 静m y r t y e y r y a m 5 d 5 b 6 a 6 a 1 b l 4 a 4 a 辐 4 a 3 b 2 b s 2 b 3 b 国 3 a 6 d 4 9 d a w s d r u c h d r u c h h y b r i d4 6 zt u r g i d u md i c o c c o i d e s h e i n c s v l l m i n s t e r m o r e n o r d n a s p l _ 。z s t e p h c n s s p a l d i n g sp r o l i f i c s t e p h e n s s t e p h e n s t r c s 讯s t y y a m h i l l 注 摧m e i n t o s he ta 1 1 9 9 8 ，1 9 9 9 2 0 0 0 2 0 0 i ，2 0 0 2 ，2 0 0 3 2 0 0 4 袭t 3 小麦挠象镌生效蓁西的染毽体定位 t a b l e1 - 3c h r o m o s o m a ii o c a t i o no fr e s l s t a n c eg e n aa g a i n s tw h e a ts t r i p er u s t 瓣既体抗病基因染色体抗瘸然困染色体抗病基因 i a 辑i 踣，l 转 y r 3 a , y r 3 b , y r 3 c , y r g , 掰建挣j 王 l dh t 5 h 口，。y r 2 4 , y r 3 3 y r 2 殳y r 2 6 , y r h s ： 2 a 挣，l2 by r s ”丸y r l u y r 3 j ，y r v 2 3 y r s t e 2 d y r s , 挣1 6 y r 2 7 h 2 3 ay r t r 23 b y r s , y r s t e 2 , 薛媳y r n s - b i 3 d a a y r n d , y r h t ly r m i n 4 by r m o , h y a r n y r c l e 喜ey r 2 2 , 1 矗8 5 ay r 3 45 b y h t i ? d r u , y r 3 cy r f e n g k a n 9 2 5 dy r d a 2 6 a y r d r u 2 。y r h 4 66 9y r 4 a , y r 4 b 6 d y r 2 0 , y r 2 3 y r t y e y r t r j ， 7 a 一 7 br ，2 y r 67 d挣1 8 涟：据w c t n t o s he ta 1 ，1 9 9 8 1 9 9 9 , 2 0 0 0 ，2 0 0 1 ，2 0 0 2 , 2 文2 6 0 4 辫奏杂交过程审羽来干扰同深絷毪律配对韵麓卑貌戴戆由苇孳f zs p e l t o i d e s ( t a u s c h ) o r e n 雠 4 中国农业科学院坝士学位论文第一章0 l 矗 r i c h t e r , 以前称为a e s p e l t t o i d e s 。我国的八倍体小麦中四和远中8 号携带的抗条锈基因可能是来 自天兰偃麦草( a g r o p y r o n g l a u c u m ) ( * 振岐和曾士迈，2 0 0 2 ) 。这3 4 个抗条锈病基因中，y r j y r l o ， y r l 5 ，y r l 7 、y r l 9 y r 2 8 、y r 3 3 为苗期抗病基因；y r l l y r l 4 、y r l 6 、y r l 8 、r ，2 9 和y r 3 0 为成株 期抗病基因，y r 3 1 、y r 3 2 、y r 3 4 抗条锈基因的抗病类型不详。除了已经正式命名的抗条锈病基因 外，还有一部分暂命名抗条锈病基因，如y r s p 、y r h 5 2 、y r m o r 等。部分暂命名的抗条锈基因见 袭1 - 2 。 目前已有5 0 多个抗条锈病基因被定位在染色体上( 表1 - 3 ) ，个别基因已经被确定在染色体 臂上。其中，b 组染色体中存在的抗条锈基因较多，有的染色体上多达十几个。a 组和d 组染色 体中所含的抗条锈基因较少。 1 1 2 2 小麦抗条锈病基因在生产中的应用 我国的抗锈育种中曾经利用的小麦抗条锈病基因有州、y r 2 ，y r 3 、y r 9 ，y r s d 、y r s u 、y r a 、 等。其中含y ，j 基因的品种有碧蚂l 号、西北5 4 号、北京8 号、金光、抗引6 5 5 等；含m 基 因的品种有清山7 8 2 、川麦2 6 等：含y r 3 基因的品种有丹麦l 号、里勃留拉、f r 8 1 - 8 、f r 8 1 1 0 、 6 8 1 1 0 ) 和w p 3 4 0 6 等：含邶基因的有水源1 1 、天选3 8 和天选4 0 等；含y r s d 基因的有金光、 小偃6 号、p i s t o u 、伊利亚、特德和f r s l 8 等：含m 基因的如阿夫；含有y r 9 基因的品种最多， 有洛夫林1 0 、洛夫林1 3 、偃师9 号、丰抗8 号、京核1 号、京农7 9 1 3 、川麦2 3 、秦麦9 号、天 选3 7 号、成良6 号、兰天l 号等；另外早熟3 号含有y r 7 和y r 9 ，京核1 号除含y r 9 外可能还有 y r 6 等( 王风乐等，1 9 9 4 ) 。近几年部分含y r l o 的品种已经育成，如贵农2 l 和贵农2 2 ，但数量 较少。 由于在同一时期大面积使用单一品种或单一抗源，增强了病菌致病基因变异的定向选择压 力，使新的小种不断产生。绵阳系列虽然聚合了诸多不同抗源，其中包括一些其它麦区未使用过 的抗源如n p 8 2 4 、i b 0 1 8 2 8 等，能抗更多小种。但随着其播种面积的不断扩大，及毒性谱更宽的 新的生理小种条中3 0 号( c y 3 0 ) 、条中3 l 号( c y 3 1 ) 和条中3 2 号( c y 3 2 ) 的出现及强致病 菌系h y b r i d 4 6 类群和水源l1 类群的迅速扩展，该系列品种也丧失了抗性。当前我国小麦生产上 的主栽品种仍是以“洛类”衍生系、“繁6 ”衍生系、水源系和扬麦系为主，面i 艋严重的抗性危 机，一旦条件适宜可能引起条锈病大爆发给经济造成重大损失( 吴立人和牛永春，2 0 0 0 ) 。 要改善小麦生产中的这种状况，重要的措施之一就是提高生产品种中抗病基因的丰富度。目 前有不少有效的抗条锈基因尚未在我国小麦生产上很好利用，如y r 5 、y r l o 、y r l 5 、y r c 5 9 1 ， y r s p 、y r c v 、y r s e l 、l m 5 、y r g a b y 等( 吴立人和牛永春2 0 0 0 ) 。合理地利用这些优秀的抗病 资源，实现抗病基因的多样化，将会阻止病菌的繁殖和积累，从而减少病原菌的适应机会，使抗 病品种的抗性得以持久化( p a r l e v l l e te ta 1 ，t 9 9 3 ) 。 1 2 分子标记技术的发展和应用 1 2 1 分子标记技术的发展 中鬻农业科学院瑚 ? 学位论戈篇一章0 言 逮铸标记楚摆霹吸明确反癍遗黄多态挂戆生镑拷钰，霹淡豢劫入 f ：l 更好匏疆究生懿豹遮抟与 变异规律。分子标记作为遗传标记的一种，魁d n a 水平上遗传多淼性的直接反应，表现为核萤 酸牟列耱往侮蓑异，盔数量上珏乎是冤陵麓。与班毪的速转标记籀跑，分子标记有诲多祷辣鞠饶 点。如：不受环境影响和基因表达与帮的限制；变异串寓标记数量多：表现为显性或共显性遗 传，有利于对酶性基戮的选择等。 b o s t s e i n 等( 1 9 8 0 ) 首先提出了d n a 隈剁性片段长度多态性( r e s t r i c t i o nf r a g m e n tl e n g t h p o l y m o r p h i s m ，r f l p ) 可以作为遗传标记，从此开创了分子标记的新纪元。r f l p 避一种利用放 瓣性霜位素( 避掌鼹p ”) 或禁些菲数射性睾棼记( 如攮裹辛等) 掇铃，与转移予支持膜上经陵割 性内切酶消化的基因纽d n a 杂交，遄过显示酶切片段的大小，来检测不周遗传位点等位变异的 一种技术。r f l p 耨记暴有共驻缝静特焘，霹瑷嚣翔缝台基鞫鼙拳l 杂会基因麓，能够提供攀个位 点上的较完整的资料，而且稳定性、敷复性强。但是r f l p 分析对d n a 需求量较大( 5 1 0 1 t g ) ， 操俦氇池较繁璇，接触放射性存在建危险住，且费鞠高。勇， ，普通，j 、麦静r f l p 多态性菲常祗， 一定程度上限制了该按术在小麦遗传硬究中的有效剩用。 1 9 9 0 年，w i l l i a m s 发明了一种快速、有效的分子标记体系r a p d ( r a n d o ma m p l i f i e d p o l y m o r p h i ed n a ) 。r a p d 熬p c r 按术为基皴，透避单； 物扩增在全基医缀水平上检测d n a 变 异。其原理是利用寡挟苷酸随机引物对基因组d n a 进行p c r 扩增，产物通过凝胶电泳分离，溴 证己锭染色，敲磊显汞扩增产物d n a 片段煞多恋性。翔果基羁组在这些区域发生d n a ，蠢段疆入、 缺失或碱基突变就可能导致这些特定位点分布发生变化，从而使p c r 产物增加、减少或分子量 变傀。通过对p c r 产物分拆得到基因组d n a 在这骜点静多态往。与r f l p 标记藕魄，r a p d 标 i 己无种属特异性。不嚣要制餐克隆、探针标记和分乎杂交，鼠d n a 用量少，因此被广泛成用于 各种生物的基闲组学研究( c h a g u 6 e la 1 ，1 9 9 9 ) 。但r a p d 稳定性差，而且由于采用的引物t m 值 铰低，扩增结暴易受乡 器条饽的影响，重复饯较低。另孙由于r a p d 是显性标记，不能区羚杂台 和纯合基因型。 穆兰k e g e n e 公司静辩学家z a b e a u 予1 9 9 3 年发明了一秘d n a 撂绞按寒a f l p ( a m p l i f i e d f r a g m e n tl e n g t hp o l y m o r p h i s m ) 后来由v o s 发展起来( v o s e ta 1 ，1 9 9 5 ) 。a f l p 标记技术的原 瑾是，箍两静熊产生糨往末端秘疆裁瞧肉镯酶将基西缀d n a 留藏分子量丈套不等辩疆割瞧片段， 然后将这些片段和与其末端飘补的已知序列的接头涟接，所形成带接头的特异片段用作随后的 p c r 蔽应静楱疆。掰掰静p c r ；i 骛5 端与接头霸酶韬住熹痔疑互补，37 端夜酶留像点蘑增麓l 3 个选择性碱接，使得只有一定比例的限审4 性片段被选择性的扩增。从而保证p c r 反应产物可经 变性聚丙烯酰骏凝胶龟渌来势辨。与r f l p 耱r a p d 标记鞠魄，a f l p 标记更能巍效豹揭示基因 组中的变异。般，斑对a f l p 引物可扩增产生5 0 1 0 0 条片段，且大部分a f l p 片段与藻困组 中的特定位点对应。弱外，a f l p 标记基典戮的孟德尔遗传，多态靛离，稳定性好，可在短时阚 内对大量的d n a 样晶进行捻测( p o w e l l e la 1 ，1 9 9 6 ) 。耳前，a f l p 标记已广泛应用于抗病基因的 分子标记、遗传作圈及遗传多样性检测等领域。 s s r ( s i m p l es e q u e n c er e p e a t 。简单重复序列) ，叉称微卫星( m i c r o s a t e l l i t e ) 。其重复单位一 般仅1 6 b ，凰均匀分布于整个基禹组中。s s r 能够揭示豹筹位基因数比其它现有任何标记都多 6 中国农业科学院倾i ：学位论文第，一章0 i 苦 ( r 6 d e r e ta 1 ，1 9 9 8 ) 。s s r 具有p c r 方法的优点而且引物序列公开发表，易于广泛交流，现已被 广泛应j ； | i 于种质资源鉴定、遗传连锁图绘制及目标性状基因的标记等的研究领域。另外，由于s s r 标记能够很好的揭示低变异物种的遗传多样性，因此又成为种内品种闻遗传多样性研究的有力一i ： 具( f a h i m ae ta 1 ，1 9 9 8 ) 。因为对外公布的s s r 标记大多被定何在染色体上，因此利用已经定位的 s s r 标记还可以对i i 标性状进行基因定位。但是，由于s s r 标记出现较晚，其数量还比较少，在 染色体上的分布不均，而且有些s s r 标记的序列没有公开，这使得s s r 标记的利_ l f j 受到了一定 的限制。 表卜4 几种常见d n a 分子标记技术比较 t a b ie1 4 c o m p a r is o no fs e v e r a im o ie c u i a r m a r k e r s r g a p ( r e s i s t a n c e g e n e a n a l o g p o l y m o r p h i s m ，抗病基因类似物多态性) ，是近几年发展起来 的一种分子标记技术。比较己克隆的抗病基因序列，发现大多在结构上富含亮氨酸重复序列 ( l e u e i n er i c hr e p e a t s ，l r r ) 、核苷酸结合位点( n u c l e o t i d eb i n d i n gs i t e ，n b s ) 、丝氨酸，苏氨 酸蛋白檄酶( s e f i n e t h r e o n i n ek i n a s e s ，s t k ) 、跨膜结构域( t r a n s - m e m b r a n ed o m a i n ，t m ) 、亮 氨酸拉链( l e u c i n ez i p p e r ，l z ) 等保守序列。r g a ( r e s i s t a n c eg e n e a n a l o g s 抗病基因类似物) 则是根据抗病基因的保守序列设计引物扩增基因组而得到的抗病基因类似序列。该标记既可以作 为一种基于特异引物p c r 的d n a 标记，本身又是潜在的抗病基因，是寻找d n a 标记的一种有 效手段。目前，该技术已广泛应用于植物的抗病基因的分子标记、r g a 片段分离及图谱构建等 领域。但是，r g a 标记也有一些缺陷，比如：对品种间多态性的识别能力有限。 另外为了克服r a p d 标记的不稳定性及a f l p 标记的繁琐性还发展了s c a r ( s e q u e n c e c h a r a c t e r i z e d a m p l i f i e dr e g i o n s ，序列特异性扩增区域) 标记、s t s ( s e q u e n c e - t a g g e ds i t e ，序列 标志位点) 标记。除了以上介绍的几种分子标记外，还有许多的分子标记技术已经成熟或正在发 展它们将为植物分子生物学研究及育种提供很大的便利( y a n g e ta 1 ，2 0 0 4 ) 。 1 2 2 分子标记在小麦遗传学研究中的应用 7 中国农业科学耽倾j ：学位论义 笫n 一章t j l 苦 1 2 2 1 基因组遗传作图 遗抟圈谱是表示备种标记所对应豹d n a 片段在染色体上的相对位谶，遗传作圈既避遗传研 究的重要内窖，义是作物资源评价、育种殿基因克隆等许彩研究的理论依据和基础。早期的遗传 酗谱仅包禽为数不多的形态标记和同上酶标记。多种d n a 分子标记的引入，才使遗传图谱从质 秘量土发生了疆奉注翁交傀，舞密疫、落秘豹逮蒋囝谨褥鞋毒毒建+ 众多豹矮釜往凌和数鬣性捩佼 点得以精确定位，为分子标记辅助选择羊u 克隆基羽奠定了蒸础。 自b o t s t e i n 等( 1 9 8 0 ) 提出用r f l p 构建人的遗传图谱以来，现在己构建了许多生物的r f l p 圈，但大多数豳的密度缀低。