【毕业学位论文】（Word原稿）波斯小麦－粗山羊草双二倍体的抗叶锈性遗传分析及抗病基因的微卫星标记植物病理学硕士论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 硕士 学位论文 波斯 小麦粗山羊草双二倍体的抗叶锈性 遗传分析及抗病基因的 微卫星 标记 of to to of to to I 摘 要 由小麦叶锈菌 (起的小麦叶锈 病是小麦生产 上 的主要病害之一，适宜范围广，发生区域大， 严重发生 时 可造成 5 15%甚至更高的产量损失。 培育和利用抗病 品种是减轻叶锈病危害的最经济、有效、 安全的方法。 而 要充分利用对叶锈病的遗传抗性，则必须首先 要 了解和 掌握主要抗源材料和推广品种中的抗性基因 。因此深入研究小麦抗叶锈性遗传，持续不断地研究发现和标记小麦抗叶锈病新基因 对于抗病育种和病害防治具有十分重要的意义 。 本研究以二倍体粗山羊草（ 四倍体 波斯 小麦（ 成的双二倍体 材料， 通过 分别 与 感病的 铭贤 169（侵染型为 4） 配对 杂交构建 群体， 利用叶锈菌生理小种 群体进行 抗叶锈病 基因 鉴定和 遗传分析 。结果 表明 叶锈菌生理小种 抗性系由 1 对隐性基因控制 ； 由于 存在 来自 色体 组的抑制作用 ，其 对叶锈菌生理小种 抗病 基因被 抑制了 。 利用 物对 双二倍体 小麦 携带的位于 A、 B 染色体组上的 抗叶锈病基因 进行 分析 ， 以 310 对 物 对 来自 抗感亲本基因组 抗感 池 的 行 筛选 ， 发现 在抗感亲本和抗感池 之 间 稳定 扩增出 多态性 段。 利用该引物对 铭贤 169 的体进行 遗传连锁检验 ， 结果显示， 微卫星标记 抗叶锈病 基因连锁， 遗传距离为14 据微卫星图谱，确定该抗叶锈病基因位于 3B 染色体长臂上。该基因与在 3B 染色体上已命名的 在位置不同，其 基因作用方式也不同 。 因此 ， 双二倍体 小麦 带的隐性抗叶锈病 基因 可能 是一个 新 的 抗 病基因 ，暂定名为 关键词 波斯小麦，双二倍体，小麦叶锈菌，抗病基因，微卫星标记 is of in is to be in to or is of to to be by of of in to to D) we 1、 F2 of to HD as is a to is by to m3 SR 310 to NA B 2 is to a 4.0 to SR of is on of B in on of B We m3 to a 录 第一章 文献综述 . 1 小麦叶锈病抗性基因研究进展 . 1 麦抗叶锈基因的定名、染色体定位及其特性 . 1 麦抗叶锈病基因的遗传分析方法 . 7 病基因的表达 . 9 子标记技术及其在小麦抗叶锈病基因研究中的应用 . 11 子标记的种类 . 11 子标记技术在小麦抗叶锈病研究中的应用 . 15 究目的和意义 . 17 第二章 双二倍体组合的抗叶锈病遗传分析 . 18 材料与方法 . 18 试小麦品种（系）及杂交组合配置 . 18 试小麦叶锈菌生理小种及菌种繁殖与保存 . 18 期抗病性鉴定 . 19 结果与分析 . 19 合抗叶锈性遗传分析 . 19 合抗叶锈性遗传分析 . 20 论 . 22 第三章 未知抗叶锈病基因的分子标记与定位 . 25 材料与方法 . 25 感池的建立 . 25 麦叶组织总 提取 . 25 卫星扩增 . 26 扩增产物的检测 . 27 获标记 抗病基因连锁分析 . 28 结果分析 . 28 麦叶片基因组 取与检测 . 28 的 抗叶锈病基因的标记、定位 . 29 讨论 . 33 的抗叶锈病 基因与 3B 染色体上其它抗叶锈病基因的异同比较 33 斯小麦中抗叶锈病基因的利用 . 33 记操作中的注意问题 . 33 第四章 全文结论与讨论 . 35 结论 . 35 讨论 . 35 参考文 献 . 37 致 谢 . 46 作 者 简 历 . 47 中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 文献综述 1 第一章 文献综述 小麦叶锈病抗性基因研究进展 由小麦叶锈菌 (起的小麦 (锈病是小麦生产的主要病害之一，几乎在所有的小麦种植区均可发生，也是影响 我国小麦高产的一个主要因素。小麦叶锈病菌适应不同的气候条件，适生 范围广， 病害 发生区域大，可在全世界不同的小麦种植区发生，短期内可造成大面积流行。叶锈病严重发生 时 可造成 5 15%甚至更高的产量损失 (1996)。利用抗叶锈品种是减轻叶锈病危害的最经济、有效、快捷的方法。要充分利用对叶锈菌的遗传抗性，则必须首先了解和 掌握 常用亲本种质和推广品种中的抗性基因，并将不同的抗性基因组成抗性基因库，从而避免含 有单一抗源的品种大面积推广，导致抗病性丧失，造成生产损失。因此深入研究小麦抗叶锈性遗传，持续不断地研究发现和标记小麦抗叶锈病新基因 对于抗病育种和病害防治具有十分重要的意义 。 麦 抗 叶锈基因的定名、染色体定位及 其 特性 基因对基因假说为小麦育种科学家和植保工作者从事抗病基因的研究奠定了坚实的基础。到目前为止，国际上已发现近 90 个抗叶锈基因其中正式定名的有 56 个，并已被定位 在 小麦特定染色体上。 1926 年， 在研究小麦叶锈菌生理专化性中发现 存在一个对叶锈病有抗性的显性基因，并对它们进行了定位。 1946 年 先根据基因对基因假说，以锈菌毒性基因 (或毒性组合 )为标记，将上述三个小麦品种的不同抗性基因命名为 别定位于 52 6。 在 描述了 点的等位基因，并定名为 命名方法改变后，这些基因易名为 后来 现 同，现定名为 1953 年 位于 6B 上，起初命名为 1980 年由 名为 因。该基因常为不完全显性基因，且易受环境温度的影响。与 位的抗性基因有 中 一温敏型的抗性基因，其抗性谱比 ，是个比较有用的抗性基因 。 现于育种系由 名，该基因与其它已 知并命名的基因关系尚不清楚，可能与 的一个或两个起着复合作用，至今尚未培育出单基因系。 源于 于 1。该基因单独存在时并不表现很高的抗性，但与其它抗性基因复合存在时则表现出较高的抗 性。 自于 于 1963 年命名的，并于1964 年定位于染色体 2A 上。该基因是温敏型抗性基因，低温时表现出很强的抗性，同时，遗传中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 文献综述 2 背景对该基因的表达影响较大。 成株抗性基因，来自于 于 4色体，与现的成株抗性十分相似。 来自于 一个成株抗性基因，于 1966 年被发现并由 位于 2，该基因常与 因连锁。虽然该基因被称做成株抗性基因，但其抗性在成株期之前就已经表达。在苗期测定时，较高的温度利于抗性充分表达。该基因在世界分布十分广泛，与其它抗病基因的复合存在延长了其使用寿命。 1967 年发现了 之定位于 7。该基因与 遗传距离为 22 35 遗传距离为 19 源于 麦 并通过杂交将之转入 面包小麦 。 1983 发现该基因在低于 20 的条件下表现出非常有效的抗病性 。 源于普通小麦 于 7色体上，其低侵染型为 X，在中 等 温度下表现出较低的抗性。 1970 年 现对 毒力的菌株对 现有毒力。有些研究认为 有成株抗性，但至今尚不能肯定其成株抗病性。 1968 年 普通小麦 发现 将之定位于 2D 染色体上，该基因很 像 等位基因，与 1968 年发现的，与 同一个基因 (et 1968)。虽然该基因和 时存在于 2，但其间并不连锁，而与 锁。该基因也 是一个温敏性基因，在较高的温度条件下表现出有效的抗叶锈性 。 源于普通小麦并被定位于 2 (et 1977)，常与 密连锁。该基因受温度影响小 。 麦 ( 定位于 5色体上。为温敏型抗性基因，在 25时抗性基因失去有效性 (et 1983)。 自于普通小麦，位于 7色体，常与 同存在。低温下对温度反应不敏感，表现有效的抗病性，但当温度高于 时，完全失去抗病作用。 源于 在于硬粒小麦 ，定位于 2 (et 1975)与 同一个基因。 四个抗叶锈基因来源于山羊草 (在普通小 麦中 分别定位于 612 4。 与抗秆锈基因 锁。 成株抗性基因，对之研究的较少。 成株抗性基因，来源于于 2色体。 现于 1982 年，并被定位于 4 (et 1982) 。 源于长穗堰麦草 (分别位于 73 7。一个十分有效的抗叶锈性基因， 1966 年首次将该基因从长穗堰麦草转到普 通小麦中。但由于该基因与黄色面粉基因紧密连锁，使之至今不能在生产上使用。 名的 1972)，过去曾为一个十分有效的抗病基因，目前在北美、南美和南非己经失去抗病作用，但在其它小麦种植区却仍然表现出有效的抗性，在中国该基因为有效抗病基因。 来源于黑麦 ( 于 4，常与 因连锁，对环境条件反应不敏感。至今该基因在生产中应用的较少。 于黑麦 (色体 1R 或小麦染色体 1B 上，并与 锁，至今中国的很多小麦品种中含有该基因。 互补基因。 于 3，常与 锁，来源于普通小麦 于 4。 源于 于 7，是抗性很强的抗病基因。 1981 年 士学位论文 第一章 文献综述 3 发现的抗病基因 (et 1981)，与 名。来源于普通小麦，位于 4，距着丝点 3 于隐性遗传。 源于 节节麦（ 位于 3D 染色体上，距着丝点 30 基因抗性很强，但至今在生产上未被利用。 于 1，与 遗传距离只有 3 自于普通小麦。 性不强，在澳大利亚已经没有抗病效果，该基因与 合存在时表现良好的抗性。 因是由 鉴定出 来的 (et 1979)，即过去的 于染色体臂 7，是第一个慢锈性抗性基因，在生产中表现持久的抗病性。 因最初来源于斯卑尔脱小麦 (et 1990)，通过与 T 一倍体回交将其转移到小麦品种马奎斯 (，位于 2B 染色体上，其抗性在二叶期开始表现，六叶期后完全表达，是一个十分有效的成株抗性基因。 因最初也来源于斯卑尔脱小麦，通过回交将其转到小麦栽培品种 et 1988)中，位于 6。因来源于小麦栽培品种 品种来源于 波斯小麦（ T. (et 1988)，并定位于 2色体上 ( S, A, 1993,1994)，与 密连锁，但与斥，是一个成株抗性基因。 因位于中间堰麦草 (七组的一条染色体上 (et 1992)，并被转移到 V 背景的小麦中。在 分别被标记在 2135 6，国外报道该基因尚未在生产中使用 (et 1967)。 因被初步确定来源于 T. 而，当将具有这两个基因的六倍体小麦材料与具有同样来源于 T. 含有 因的 料杂交时，在后代中没有观察到分离现象 (et 1994)。只有对 因有毒性的小麦叶锈菌菌系，才能将它们区分开。经单体及缺体分析将 位于 2，该基因无论在苗期还是在成株期均表现抗性，染色体内及染色体间图谱分析表明该基因不同于其它的抗叶锈基因 (et 1994)。 因也来源于 T. 被转移到六倍体小麦中分别位于 1D、 1D 和 7D 上。 . 基因独立分离， 与 锁 (et 1994)。 因来源于 T. 一个近缘种 斯佩耳特小麦，与 锁。 因发现于一个日本小麦与黑麦的杂交后代中，位于 2A 染色体，是一非常有效的抗叶锈基因。至今在中国很少发现对 毒性的菌株。 现于墨西哥的种植品种 (et 1998)，经单体杂交测验发现，该抗性基因是一个有效的慢锈性抗性基因，位于 色体上。该基因与其它抗病基因的复合存在可大大提高抗病性，是非常有效的抗病基因。 源于 于 7色体上 (et 2000)。 别来源于 两个成株抗叶锈基因 (et 1995)。 源于 前己形成回交四代的回交系基因被定位于 2B 染色体上。 源于斯卑尔脱小麦 (A. 005 年将定位于 1S/1B 染色体上。 自于 普通小麦， 2005 年 之定位于 5另，目前已有 25 个已发现的抗叶锈病基因 但仍未正式命名。已命名和未命名的小麦抗叶锈病基因列于表 1 中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 文献综述 4 表 1正式定名和尚未正式定名的抗叶锈基因小麦抗叶锈基因的来源、 所在染色体、连锁性状及其苗期反应型 mo so lo in er es o f 56 o ru st of Lr ; I 2a ; -;1 I,968. J. 10: 7b 1 -;1+ R,974. J. 16: 3232c 23 L 6047 974. J. 16: 3233a C ,968. J. 10: 7C - 23 L 6042 973. J. 15: 1273C 973. J. 15: 1279 ; -;1 I 956. 9: 110 -,2 971. J. 48011 A 2 983. J. 5: 22912 12- et 1966. J. 8: 6653 1 et 1966. J. 8: 6654a 970. J. 12: 6894b 970. J. 12: 6895 C R 968. J. 10: 996 1 N 968. 457a 1+,0; 968. 457b 968. 458 T. +2- 968. 459 ; R 1966. J. 8: 1370 ; R et 1972. 12: 7051 T. ,12- I et 1974. J. 16:1372a T. g, et 1974. J. 16: 1372b g, R et 1979. J. 59: 4993 ;, 23 S 012 et 1975. J. 28: 中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 文献综述 5 014 0; R et 1973. 13:2035 N I 967. J. 9:3756 ;, ;1 et 1990. 80:6097 - 1984. J. 26:7368 A. ; I 1982. Z. 9:2959 1 N R 1973. 40 23 R 1981. J. 23:4051 - 1984. J. 26:7362 T. D ;1+ 1987. 27:2043 1987. 9:4634 D 2C 1987. 9:4675 A. B - ? 1990. 3: 53036 A. 1N ? 1990. 3:8927 A. 2Y I 1993. 6: 4768 0; ? et 1992. 3: