【毕业学位论文】（Word原稿）地方品种蚂蚱麦抗白粉病性遗传分析及其抗病基因的SSR分子标记植物病理学硕士论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 学位论文 地方品种蚂蚱麦抗白粉病性遗传分析及其抗病基因的 子标记 i I 摘 要 小麦白粉病是由布氏白粉病菌 (起的真菌性病 害，是影响小麦生产的主要病害之一。培育抗病品种是防治小麦白粉病最经济、安全、有效的方法。小麦地方品种蚂蚱麦具有较好的抗白粉病性，根据基因推导结果知道蚂蚱麦所含的抗病基因不同于目前已知的抗病基因，可抗我国大多数已知毒性的小麦白粉菌菌株。因此，开展蚂蚱麦所含抗病基因的遗传分析和分子标记研究，将促进蚂蚱麦所含抗病基因在小麦抗白粉病育种中的应用，有助于实现多基因聚合育种，对于逐步实现小麦生产品种抗病基因多样化具有重要意义。 1：对小麦抗白粉病地方品种蚂蚱麦和感病品种 反交，获得了 、 和 测交一代群体。用小麦白粉菌株 温室对杂交后代群体进行接种鉴定，结果表明：蚂蚱麦与交的 对小麦白粉菌 株全部表现为感病； 群体（共计 217 株）符合 1R：3S 的抗感分离比；测交一代符合 1R： 1S 的抗感分离比，说明该蚂蚱麦对 抗性是由 1 对隐性基因控制的。 2 个品种 反交时（ 216 株）也得到了 蚂蚱麦对 1 对隐性基因控制的结论，正反交结果一致，说明蚂蚱麦对小麦白粉菌 抗性属于核遗传，是由 1 对隐性基因控制的。 2：在遗传分析的基础上，利用 析方法对小麦 地方品种蚂蚱麦中携带的抗病基因进行分析，以 178 对 物对抗感亲本基因组和抗感池的 行筛选，获得了 3 个与蚂蚱麦所含抗白粉病基因连锁的标记，它们分别是 这 3 个标记对含有145 株的 3 个标记与目的基因的遗传距离分别为 14.5 22.2 36.7 据这些扩增位点的染色体位置和微卫星图谱，初步推定蚂蚱麦所含的抗病基因 位于小麦 7色体上，该基因与 7B 染色体上已命名的 置不同，可以初步断定蚂蚱麦所含的抗病基因为一个 新的基因，暂定名为 关键词 地方品种；小麦白粉病；抗病基基因； 子标记 is of of is to to is of of to of be to of in 1： of to by by 1 2 by 30 . at in a 30 in R:3S is by a C1 R:1S 30. 2： on to 178 of D B to NA SR on B 45 to be to SR 4.5 22.2 cM 6.7 to BL is on B, of We is a 国农业科学院硕士学位论文 目录 I 第一章 文献综述 . 1 国小麦白粉病的发生与防治 . 1 麦白粉病的发生情况 . 1 麦白粉病的危害症状 . 1 麦白粉病的防治 . 2 麦白粉病抗病基因 . 2 麦白粉病抗性研究 . 6 麦抗病基因的分析方法 . 6 子标记技术在小麦抗白粉病基因研究中的应用 . 7 国小麦地方品种抗白粉病性研究 . 11 麦白粉病抗病基因的抗性评价 . 12 究目的和意义 . 12 第二章 小麦地方品种蚂蚱麦抗白粉病性遗传分析 . 13 料与方法 . 13 验材料 . 13 验方法 . 13 果分析 . 14 结与讨论 . 15 第三章 蚂蚱麦抗白粉病基因的 子标记及染色体定位 . 17 验材料 . 17 麦材料 . 17 麦白粉菌菌种 . 17 剂及仪器 . 17 剂 . 17 器设备 . 17 究方法 . 18 因组 取及抗、感基因池的构建 . 18 染试剂配方 . 19 板 度的检测 . 20 的制备 . 21 泳 . 21 染程序 . 21 传距离的计算及作图 . 22 果与分析 . 22 麦基因组 提取 . 22 卫星标记的筛选、定位 . 23 记 测 异同 . 28 结和讨论 . 28 第四章 结论和讨论 . 30 论 . 30 论 . 30 蚱麦抗白粉病基因的遗传分析 . 30 记在小麦抗白粉病辅助选择育种中的应用 . 31 中国农业科学院硕士学位论文 目录 记操作过程中应注意的问题 . 31 参考文献 . 33 附录 1 抗病基因分离理论模式表 . 38 附录 2 引物 体中微卫星的遗传分离 . 39 附录 3 引物 体中微卫星的遗传分离 . 41 附录 4 引物 体中微卫星的遗传分离 . 43 致 谢 . 46 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 小麦是我国仅次于水稻的第二大粮食作物。小麦白粉病是由小麦白粉病菌（ 起的真菌性病害，在小麦全株均可发生，导致分蘖数、成穗数和穗粒数减少，千粒重下降，造成小麦减产。小麦白粉病现在已经遍布世界各大麦区，并在暴发流行年份造成严重的经济损失 （ 段霞瑜， 1998）。在病害发生的一般年份可使小麦减产 5 19，严重年份减产高达 30（ 李振 岐 ， 1997）。 目前白粉病已成为造成湖北、河南、江苏、安徽、山东、河北、北京、甘肃、辽宁等省市小麦减产的主要真菌病害之一（田清震等， 2004）。 国小麦白粉病的发生与防治 我国是一个小麦生产大国， 作为小麦上重要病害之一，每年都在不同程度上遭受小麦白粉病的威胁。小麦白粉病具有发生范围广、危害严重、小麦白粉菌毒性变异相对较快等特点，一旦小麦白粉病大面积暴发流行，会给小麦生产及农村经济发展造成严重的影响。 麦白粉病的发生情况 在 20世纪 60年代以前，小麦白粉病仅在具有充沛雨量的海洋性和半大陆性气候环境的小麦种植区流行并造成严重的产量损失（ 1984）。 20世纪 60年代以来 ， 小麦矮杆、半矮秆品种的推广 ， 氮肥施用量的增大 ，以及大面积种植单一抗病基因品种，使 白粉病的危害日趋严重 ， 在世界主要麦区由次要病害上升为主要病害 ， 成为小麦生产的严重威胁。目前，小麦白粉病在亚洲、东非、北非、北欧及北美的东部冷凉地区发生严 重。此外，该病还在温暖潮湿、冬天气候温和的美国东南部和南美南部锥状地带秋麦区危害严重（许红星， 2004）。 我国小麦白粉病过去主要分布于云、贵、川及沿海肥水条件较好的地区。 20世纪 70年代后期，全国 20多个省市都普遍发生，造成严重损失。 1990年全国小麦白粉病大流行，发病总面积为 1207万公顷，占全国小麦总面积（ 3703万公顷）的 39，全国小麦减产达 1991年继续在全国范围流行，发病面积达 1227万公顷，因灾损失小麦 行地区涉及 25个省、市和自治区（邵振润， 1992）。 目前小麦白粉病已经成为威胁我国小麦生产的重要的常见病害之一（杨作民等， 1994；刘万才等， 1997）。 2000年以来，小麦白粉病在全国发病面积一直保持在 600万公顷以上，形势十分严峻（病虫害防治绿皮书， 2001； 2002； 2003； 2004； 2005； 2006）。作为小麦的三大病害之一，它的大面积暴发流行，给小麦生产造成了严重的损失。 麦白粉病的危害症状 小麦白粉病从小麦幼苗至成株期均可发生， 感病部位表面最初表现为白色霉点， 当条件适宜时，孢子堆成连片，形成大片白色至粉褐色霉层。发病 后期白粉状霉层逐渐变为灰白至褐色，其中国农业科学院硕士学位论文 第一章文献综述 2 中散生许多褐色至黑色的小颗粒，即为病菌有性阶段的闭囊壳。 白粉病一般在小麦的叶片严重发生，但高度感病品种的叶片、叶鞘及麦穗均能够受害，严重时整个植株均为白色或粉褐色霉状物覆盖，感病部位 组织褪绿变黄甚至干枯。 早期发病的植株生长缓慢不能抽穗，成株期发病的可导致小麦颖枯 并使麦粒秕瘦甚至霉烂 。 麦白粉病的防治 （ 1）药剂防治 当品种抗性起不到良好的作用时，药剂防治是减少产量损失的重要措施，其中三唑类如三唑酮、三唑醇等对白粉病防治有特效（周益林等， 2001；刘君丽等， 2002）； 播前药剂拌种对于白粉病的防治也有一定的作用。但是药剂防治可能会引起病菌抗药性产生和环境污染等问题，存在着潜在的危害。 （ 2）种植抗病品种 选育和使用抗病品种防治农作物病害是最经济有效的措施。长期以来，已经有 43 个（ 2004； 2005， 2007）抗小麦白粉病的基因被鉴定，其中一部分被转育到栽培品种中取得了良好的抗小麦白粉病效果，这些抗病基因除来自栽培小麦以外，还来自小麦的近缘种属植物。因此，因地制宜选用、充分利用包括地方品种在内的各种来源的抗源，避免抗源单一化，推广抗性良好的抗病品种，进行合理布局可以减缓优势菌株的形成速度和延缓品种抗性丧失的速度。 麦白粉病抗病基因 小麦白粉病菌生活史的大部分时间为单倍体 ，但通常在田间都具有有性生殖， 毒力变异相对较快 ，是导致我国小 麦抗病性逐渐丧失的主要原因 。针对这些特点，育成具有综合多种抗病基因的品种是综合防治小麦白粉病一项既安全又最为经济有效的措施。小麦对白粉病的抗性主要受主效基因控制，正式命名的基因符号为 时符号或早期符号为 1930 年以来，各国科学家对小麦白粉病基因的抗性表现及遗传特点进行广泛的研究， 据报道现在已经发现和定位了 35个小麦抗白粉病基因和 8 个等位基因，（ 2003; 2002; 2003; 2002），这些基因主要来自普通小麦本身及其近缘种属，其中来源于小 麦属的有 、 、 、 、 、 0、 1、 4、 5、 6、 2、 3、 4、 5、 6、 8、9、 0、 m m 004）， 其所在的染色体位置也基本明确（表 1 现将每个基因的来源及定位简单介绍如下： 源于普通小麦（ .），该基因最早在澳大利亚春小麦品种 国品种 及加拿大品种 发现。 1969） 将 因定位于 7A 染色体长臂上，为显性遗传。 （ 1998）发现该基因位点包括 4 个复等位基因（ 别来源于一粒小麦、一粒小麦和斯卑尔脱小麦。 源于提莫菲维小麦（ T. 方穗山羊草。 1953）中国农业科学院硕士学位论文 第一章文献综述 3 发现前苏联地方品种 带有不同于 抗病基因，并被定 名为 1996）， 显性遗传，位于 5D 染色体短臂上。 表 1麦抗白粉病主效基因的染色体定位 of 色体组 A B D R 1 4 5 6 7 （据 ， 1998； 1999； 2000； 2001； 2003、 ， 2002； 2004） 源于普通小麦， 1996a）在对 23 个小麦抗病品种（系）的研究中发现 8 个品种中含有不同于 抗病基因，命名 为 1969）在以后的研究中，进一步证明该基因位点具有 3 个等位基因，即 体品种分别为 期基因符号为 期基因符号为 期基因符号为 单体及端体分析结果表明，这些抗病基因位于 1（ 1978）。 后来， 1987a）发现品种 含有抗病基因 （ 1993b）将其定位到 1A 染色体上，并证明该基因是 复等 位基因，定名为 前 点已经发现了 10 个等位基因（ 1993b； 1998）。 位点目前有 2 个等位基因（ 源于栽培二粒小麦（ 1996）将 抗病基因通过回交转育到普通小麦 因检测，证明不在同一位点，命名为 改名为 于染色体 2，为显性抗 病基因。 性基因，位于染色体 7基因苗期不能充分表达， 4 5 叶期接种则表达抗性，其抗性可因温度、光照等因素变化。 通过杂交将二粒小麦 抗病基因转移到普通小麦 ，因为 感病普通小麦品种 二粒小麦 杂交后代，因此推断 源于二粒小麦（ T. (1984)。 点上已经发现了 5 个复等位基因，即 表品种分别为 T. *复壮 30。 源于提莫菲维小麦（ T. 显性基因，早期基因符号为 被认为是最成功和广泛应用的抗白粉病基因（ 1984）， 位于 2B 上。陶文静等（ 1999）通过分子标记证明了 于易位染色体 G 上，易位部分涉及 2B 的两个臂，与 1996）的研究一致。 三叶期开始充分表现抗性，在幼苗期可观察到中度抗性。 源 于黑麦（ 显性基因。它是通过辐射由黑麦品种 入普通小麦 （ 1965; 1968）， 其中黑麦染色体 2一段易位到小麦染色体 4，形成了 位系（ ， 1996）。 性在苗期不易检测到，中国农业科学院硕士学位论文 第一章文献综述 4 但成株期可观察到抗性。该基因与叶锈基因 锁（贾继增， 1990）。 源于黑麦（ 位于黑麦品种 色体 1。 初推广 时，抗性表现良好，在我国曾经广泛应用，但是由于单一品种的种植，与之对应的毒性频率迅速上升，其抗性也很快失去有效性（ 1984；段霞瑜等， 1998）。 源于普通小麦（ .）， 隐性基因。法国品种 除含有 ，还有 且与 锁，位于染色体 7A 上（ 1991）。 源于普通小麦（ .）， 显性基因。 1987）用冰草属植物白粉病和小麦白粉菌杂交后代 日本小麦品种 上鉴定出的一个抗冰草属植物白粉病的基因，命名为 体分析该基因位于染色体 1D 上。 源于普通小麦（ .）， 显性基因。 1988）在小麦品种中国春等品种中发现抗冰草白粉病的基因，命名为 体和双端体分析将基因定位于染色体 6 源于拟斯 卑 尔脱山羊草（ 2n=14 显性抗病基因，定位在 6A 上。但后来 （ 1996）利用 记重新 将该基因定位到易位染色体 。 源于高大山羊草（ 显性基因。 （ 1988， 1992）通过诱导部分同源染色体配对重组方法将高大山羊草 3臂携带的显性抗病基因 移到中国春中，获得了 抗病易位系。单体分析和 易位系中 于易位染色体 s 上，而 易位系中该基因位于易位染色体 s 上（ ， 1996）。 （ 1990）来源于普通小麦，用小麦抗白粉菌品种和冰草抗白粉菌品种杂交，发现在 品种中含有 因，分别定位于 6B 和 7D 染色体上。 对冰草白粉菌表现抗性，而不抗小麦白粉菌，在小麦抗病育种中无实际利用价值。 源于野生二粒小麦（ 显性基因， 1991）将野生二粒小麦 的抗白粉病基因转入普通小麦 ，用单体分析法定位 于 4A 染色体上。 来自黑麦的第 3 个 因，该基因来源于黑麦品种 普通小麦 的杂交种子进行 X 射线处理，获得了抗小麦绿蚜的品种 1978； 1995）。 在 ，黑麦染色体 1位到 1A 上，形成了 这段 1段上不仅含有抗绿蚜基因 含有一个与 同的抗白粉病基因，命名为 ， 1984； ， 1990）。 后来 （ 1995）通过“ 杂交组合将 移到易位系 ，并证明 等位基因（ 997）。 已取消。来源于一粒小麦， 1992）发现的该基因，位于 7A 染色体上（ ， 1993）， 后认为是 ， 1998）。 源于方穗山羊草， （ 1995）根据对小麦白粉菌不同生理小种的抗性反应，在合成六倍体小麦 发现了一个显性抗病 基因，并用单体分析证明该基因位于 7D 染色体上。 中国农业科学院硕士学位论文 第一章文献综述 5 源于黑麦（ n 2x 14， 显性基因。 1994）通过对新抗源 麦品种 黑麦 后代）的研究表明： 位系，抗性基因位于黑麦的 6。 基因位于簇毛麦（ 2n 2x 14） 6色体臂，显性基因。通过染色体臂添加、代换和易位转入普通小麦中（齐莉莉等， 1995）。 这是中国学者发现的第一 个小麦抗白粉病基因。目前应用的多为 位系。段霞瑜等（ 1998）根据小麦白粉病菌毒性鉴定结果指出， 目前我国最有效的抗白粉病基因之一。 （ 1996）通过抗谱分析发现小麦品种 有新的抗白粉病基因，单体分析表明该基因为一显性主效基因，位于 1色体上，命名为 源于普通小麦（ .）， 显性基因。四川农业大学杨足君和任正隆报道在小麦品系 81发现新的抗白粉病病基因，并且将其定位在染色体 5A 上 ，命名为 ， 1998)。 源于普通小麦（ .）， 显性基因。 （ 1997a）发现中国小麦地方品种齿牙糙中含有一个与已知 因抗谱不同的新基因，通过单体分析将齿牙糙中的这个基因定位于 6D 染色体上，并命名为 ， 1997b）。但是后来通过分子标记证明该基因位于 1。 性基因， （ 1998）从野生一粒小麦向普通小麦转移了一个显性抗白粉病基因，命名为 传分析表明该基因与 锁 ，据此将该基因定位于 1A 染色体上。 源于野生二粒小麦（ （ 2000）将以色列野生二粒小麦 的一个抗白粉病基因转移到普通小麦 。该基因为隐性基因，命名为 （ 2000）通过杂交和回交从提莫菲维小麦材料 普通小麦 146得纯和抗病系 146体分析和分子标记研究表明该基因来自 6G 并易位到 6B 染色体上，命名为 （ 2000）根据单体分析结果证明芬兰 有一个显性抗白粉基因定位于 1B 染色体上。该基因与原来 1B 上来自黑麦的 抗性表现不同，命名为 前尚未确定 来源。 用单体分析法将它定位于 72002），该抗源来自卵穗山羊草，显性基因。 中国农业大学小麦组通过杂交和回交将以色列野生二粒小麦材料 过分子标记将该基因定位在染色体 5在该基因被正式命名为 2001； 2001）。 源于以色列野生二粒小麦材料 卫星标记表明该基因位于小麦染色体 6被定名为 2003）。 来源于拟斯卑尔脱山羊草，定名为 （ 2003）将易位系 抗白粉病基因用 C 分带和单体分析的方法定位于 。 中国农业科学院硕士学位论文 第一章文献综述 6 来源于波斯小麦，显性抗病基因。通过杂交转育到普通小麦 ，并且在 小麦 个是 等位基 因，位于小麦染色体 2一个即为 于小麦染色体 2（ 2005）。 来源于粗山羊草 ，该抗病基因通过粗山羊草与普通小麦杂交，向 2006）获得了 三个与该抗病基因连锁的共显性 而将该基因定位在小麦的 5 来源于粗山羊草，显性抗病基