小偃麦渗入系抗条锈基因分子标记与遗传定位.doc

小偃麦渗入系抗条锈基因分子标记与遗传定位【摘要】：小麦条锈病是由小麦条锈菌(Pucciniastriiformisf.sp.tritici)引起的气传性真菌性病害,遍布于世界各大麦区,特别是高海拨的冷凉地区,是影响全世界小麦生产的三大重要病害之一。利用抗病基因历来是控制该病害的主要手段,但抗病性丧失是长期以来未能解决的大难题。科学表明,品种或抗源单一化而引起的毒性单化是造成抗病性丧失的重要原因。迄今国际上虽已正式命名了50多个抗条锈病基因(Yr1-Yr53),但除了Yr5、Yr10、Yr15等少数基因对我国目前流行的优势小种CYR32、CYR33仍具有抗性外,绝大部分已成为无效基因。从近缘植物种属导入新的抗病基因是实现抗源多样化的有效途径。中间偃麦草(Thinopyrumintermedium,2n=6x=42,JJsS)和彭提卡偃麦草(Th.ponticun,2n=10x=70,JJJJsJs)免疫或高抗条锈、白粉等多种小麦真菌病害,是普通小麦(TriticumaestivumL.)遗传改良的重要基因库。多年来,本实验室以八倍体小偃麦为桥梁,通过六八式杂交、回交,将中间偃麦草和彭提卡偃麦草的抗性基因逐步导入普通小麦,育成了一系列稳定高抗小麦条锈、白粉的小麦-异源渗入系。本研究中则采用遗传分析、细胞遗传学鉴定和SSR分子标记技术,分别对其中几个渗入系材料进行了抗条锈性遗传分析及其抗性基因的分子定位,旨在发掘新的抗条锈病基因,拓宽小麦抗条锈育种资源。其主要结果如下：1、CH223是八倍体小偃麦新类型TAI7047的一个渗入系。在苗期对其进行多小种抗性鉴定,结果表明CH223免疫CYR32、CYR33、v26等9个条锈菌生理小种,其抗性来自中间偃麦草。基因组原位杂交和染色体配对分析结果表明,CH223具有完整的21对染色体,且观察不到可见的外源DNA杂交信号,说明CH223是一个源于中间偃麦草的隐形异源渐渗系。将CH223与感病品种(系)台长29和SY95-71杂交,其F2、BC1代和F2：3家系的抗、感分离比均符合3：1、1：1和1：2：1,证明CH223对条锈菌系CYR32的抗性受1对显性基因控制,暂命名为YrCH223。利用211个来自台长29/CH223的F2代单株构建作图群体,发现5个与抗病基因连锁的多态性SSR标记,位置顺序为：Xgwm540-Xbarc1096-YrCH223-Xwmc47-Xwmc310-Xgpw7272,其遗传距离分别为21.9cM、8.0cM、7.2cM、12.5cM和11.3cM。最终根据小麦SSR遗传图谱和连锁标记在中国春缺体-四体、双端体的扩增结果,将该抗条锈病基因定位于4BL染色体上。由于这是第一个定位于小麦4BL的抗条锈病基因,因此国际小麦基因命名委员会正式将其定名为Yr50。2、小麦-彭提卡偃麦草渗入系CH7102衍生于八倍体小偃麦小偃7430。苗期抗性鉴定表明,CH7102免疫我国目前的优势小种CYR32、CYR33,其抗性反应型与小偃7430及其野生亲本彭提卡偃麦草的抗性表现一致,而系谱中的所有小麦亲本均感病,因而推断CH7102的抗性来源为彭提卡偃麦草。对CH7102与感病小麦杂交的后代进行成株期抗性遗传分析鉴定,发现其对条锈小种CYR32的抗性受1对显性基因控制,暂命名为YrCH7102。随后使用集群分离分析法(BSA法)和SSR标记相结合,筛选到5个与抗性基因连锁的SSR标记,位置顺序为：Xbarcl24-Xgwm636-YrCH7102-Xgpw2204-Xgwm95-Xgwm296,遗传距离分别为5.0cM、8.6cM、8.4cM、2.7cM和14.4cM。根据小麦SSR遗传连锁图及利用中国春第2同源群缺体-四体、双端体材料对SSR标记的定位结果,推断YrCH7102位于2AS上。3、CH7115是衍生于八倍体小偃麦小偃7430并免疫当前优势条锈菌小种的另一个小偃麦渗入系。对CH7115的抗性鉴定和遗传分析结果表明,CH7115苗期免疫或近免疫流行条锈菌小种CYR32和CYR33,其抗性与抗性供体小偃7430及野生供体彭提卡偃麦草相似。CH7115台长29杂交后代的成株期抗性鉴定显示,CH7115对条锈菌小种CYR32呈现1对显性基因的控制模式,暂命名为YrCH7115。随后将CH7115台长29的F2代群体采用BSA法结合SSR标记技术进行分析,发现5个小麦SSR标记与抗病基因连锁,位置顺序为:Xgdm33-YrCH7115-Xgwm11-Xcfd65-Xgwm18-Xbarc137,遗传距离分别为10.5cM.7.1cM.0.4cM.2.7cM和1.2cM。通过中国春缺体-四体、双端体材料的进一步鉴定,这5个与抗病基因连锁的SSR标记被定位于1B染色体短臂上。据此推断YrCH7115位于1BS染色体上。4、抗条锈病渗入系CH7359衍生于小麦中间偃麦草的八倍体小偃麦TAI8335。苗期条锈菌多小种鉴定结果揭示,CH7359的条锈病抗性来自中间偃麦草。将CH7359与台长29和绵阳11的F1、F2、BC1、F2:3群体种植于大田并分析其抗感分离比,结果表明CH7359对条锈菌CYR32的抗性受1对显性基因控制,暂命名为YrCH7359。使用BSA法结合SSR标记技术对CH7359绵阳11的F2群体进行分析,找到3个与抗病基因连锁的SSR标记,位置顺序为：Xgwm273-YrCH7359-Xgwm626-Xbarc24,遗传距离分别为8.6cM、5.9cM和3.2cM。同样应用中国春缺体-四体、双端体材料进行鉴定,这3个与抗条锈基因连锁的标记均位于6BL染色体上,因而最终将这个新基因位于6BL染色体。5、抗条锈病渗入系CH7203也衍生于八倍体小偃麦TAI8335。苗期经多个条锈菌小种鉴定并结合系谱分析,推断出CH7203的条锈病抗性也来自中间偃麦草。将CH7203与绵阳11的各杂交、回交群体种植于大田并分析其抗感分离比,结果表明CH7203对条锈菌CYR32的抗性也受1对显性基因控制。同样也使用BSA法结合SSR标记技术对CH7203绵阳11的F2群体进行分析,发现2个小麦SSR标记与抗病基因连锁,位置顺序为：YrCH7203-Xbarc170-Xwmc161,遗传距离分别为4.1cM和6.3cM。两个连锁标记经中国春缺体-四体、双端体材料的鉴定,被定位在4AL染色体上,但由于连锁的标记位于目标基因同侧,所以该抗条锈基因的准确定位还有待更多连锁标记的筛选。综上所述,本研究以5个小偃麦渐渗系(CH223、CH7102、CH7115、CH7359、CH7203)为试材,应用遗传学、细胞遗传学和分子标记等技术,详尽分析了这5个小麦抗条锈新品系的抗性遗传机制和抗性位点的染色体定位。通过对这5个品系的F1、F2、BC1和F2：3群体,进行苗期和成株期的抗条锈性鉴定。抗性表型的遗传分析证明这5个品系的抗条锈性分别均由一个显性基因控制,且抗性位点来源于中间偃麦草或彭提卡偃麦草,是一类小麦条锈病的新抗源。以各品系相应的F2为作图群体,应用SSR标记技术分别构建了这5个新抗性位点的分子连锁图谱。进一步应用中国春缺体-四体、双端体材料鉴定与这5个抗性位点紧密连锁分子标记的染色体位置,初步将各自所携带的抗条锈基因分别定位于4BL、2AS、1BS、6BL和4A。其中定位于4BL染色体上的抗条锈基因已被国际命名委员会正式命名为Yr50。这5个新抗条锈位点的定位及分子标记的建立为下一步抗性基因的图位克隆及其功能鉴定奠定了基础。基因组原位杂交结果显示这些新品系都属于隐形异源渐渗系,这种抗性材料的抗性基因易于稳定遗传和导入新品系以培育优良抗性品种。这些新基因的发现不仅有助于小麦抗条锈分子标记聚合育种,而且对于实现抗源多样化及我国小麦条锈病的可持续控制具有重要的理论及应用价值。【关键词】：普通小麦中间偃麦草彭提卡偃麦草条锈病抗性SSR分子标记连锁遗传图【学位授予单位】：山西大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2013【分类号】：S512.1【目录】：摘要12-15ABSTRACT15-19第一章文献综述19-531.1小麦条锈病19-241.1.1小麦条锈病的地理分布及发生历史19-201.1.2小麦条锈菌特性、危害及类型20-241.2小麦抗条锈病基因24-331.2.1抗条锈基因的类型241.2.2主效基因控制的抗条锈性24-311.2.3微效多基因控制的抗条锈性31-331.3小麦抗条锈病基因鉴定分析方法33-361.3.1常规杂交分析法33-341.3.2非整倍体法341.3.3基因推导法34-351.3.4分子细胞学鉴定方法35-361.3.5分子标记技术法361.4DNA分子标记技术36-481.4.1分子标记技术的种类36-381.4.2小麦抗条锈性研究中常用分子标记技术38-421.4.3DNA分子标记技术在小麦条锈遗传育种中的应用42-481.4.4SSR标记技术在小麦遗传育种中的应用优势481.5偃麦草属植物在小麦遗抗条锈传育种中的应用48-511.5.1偃麦草属植物的生物学特性48-501.5.2中间偃麦草和长穗偃麦草属的染色体构成501.5.3中间偃麦草和长穗偃麦草在小麦抗条锈育种上的利用50-511.6论文设计51-531.6.1本研究的目的及意义51-521.6.2研究内容及技术路线52-53第二章源于中间偃麦草的抗条锈基因YrCH223的遗传分析及SSR定位53-702.1材料和方法53-592.1.1材料53-542.1.2方法54-592.2结果与分析59-662.2.1苗期条锈抗性鉴定分析59-602.2.2成株期条锈抗性鉴定分析60-622.2.3CH223的细胞学特征分析622.2.4CH223中抗病基因分子标记筛选62-642.2.5CH223中抗条锈基因的定位64-662.3讨论66-702.3.1CH223的选育66-672.3.2CH223中抗病基因的来源672.3.3CH223中抗病基因的遗传672.3.4CH223中抗条锈病基因定位及与其它4B已知抗条锈基因的关系67-682.3.5CH223在小麦抗病育种中的价值68-70第三章源于彭提卡偃麦草的抗条锈基因YrCH7102的遗传分析及SSR定位70-803.1材料及方法70-713.1.1材料70-713.1.2方法713.2结果与分析71-773.2.1苗期条锈抗性鉴定分析71-723.2.2成株期条锈抗性鉴定分析72-743.2.3CH7102中抗病基因分子标记筛选74-753.2.4CH7102中抗条锈基因的定位75-773.3讨论77-803.3.1CH7102的选育773.3.2CH7102中抗条锈基因的来源77-783.3.3CH7102中抗条锈基因的遗传783.3.4CH7102中抗条锈病基因定位及与其它2AS已知抗条锈基因的关系78-793.3.5CH7102在小麦抗病育种中的价值79-80第四章源于彭提卡偃麦草的抗条锈基因YrCH7115的遗传分析及SSR定位80-894.1材料及方法80-814.1.1材料80-814.1.2方法814.2结果与分析81-864.2.1苗期条锈抗性鉴定分析81-824.2.2成株期条锈抗性鉴定分析82-844.2.3CH7115中抗病基因分子标记筛选844.2.4CH7115中抗条锈基因的定位84-864.3讨论86-894.3.1CH7115中抗条锈基因的来源864.3.2CH7115中抗条锈基因的遗传86-874.3.3CH7115中抗条锈病基因定位及与其它1BS已知抗条锈基因的关系87-884.3.4CH7115在小麦抗条锈育种中的价值88-89第五章源于中间偃麦草的抗条锈基因YrCH7359的遗传分析及SSR定位89-965.1材料及方法89-905.1.1材料895.1.2方法89-905.2结果与分析90-945.2.1苗期条锈抗性鉴定分析90-915.2.2成株期条锈抗性鉴定分析91-925.2.3CH7359中抗病基因分子标记筛选92-935.2.4CH7359中抗条锈基因的定位93-945.3讨论94-965.3.1CH7359中抗条锈基因的来源945.3.2CH7359中抗条锈基因的遗传94-955.3.3CH7359中抗条锈病基因定位及与其它6B已知抗条锈基因的关系955.3.4CH7359在小麦抗条锈育种中的价值95-96第六章源于中间偃麦草的抗条锈基因YrCH7203的遗传分析及SSR定位96-1036.1材料及方法96-976.1.1材料966.1.2方法96-976.2结果与分析97-1016.2.1苗