玉米种质抗腐霉茎腐病鉴定及抗病基因挖掘

1、玉米种质抗腐霉茎腐病鉴定及抗病基因挖掘玉米（ Zea mays L. ）是我国种植面积最大、总产量最高的农作物。腐霉茎腐病（Pythium stalkrot ）是玉米生产上的重要病害, 该病发生在玉米生育后期,在生产实践中很难进行有效防治, 选育和种植抗病品种是防治该病害最经济有效的手段。本研究利用人工接种的方法鉴定了1213 份玉米种质对腐霉茎腐病的抗性反应 , 并对抗腐霉茎腐病种质进行了标记基因型鉴定与遗传多样性分析 , 发掘和定位了玉米自交系 W21携带的抗腐霉茎腐病基因 , 为培育抗腐霉茎腐病玉米品种提供基础材料和参考信息。 主要研究结果如下 :1. 玉米抗腐霉茎腐病种质资源鉴定。采用

2、人工接种对 1213 份玉米种质资源进行了抗肿囊腐霉 （Pythium inflatum ）茎腐病的鉴定与评价。总共鉴定出高抗（ HR）肿囊腐霉茎腐病的材料 207 份 , 占鉴定总数的 17.1%, 主要来自中国的内蒙古、河北、山西及美国等地。抗性（ R）材料 159 份, 占鉴定材料数的 13.1%,主要由源自中国的内蒙古、云南、山西和美国等地的种质构成。由此可见 , 玉米种质中存在较为丰富的抗腐霉茎腐病资源 , 且抗性水平与地理来源有关。自交系和农家种中对肿囊腐霉茎腐病表现高抗 （HR）的种质分别占鉴定种质总数的 18.7%和 10.6%,表明自交系中高抗肿囊腐霉茎腐病资源较农家种更为丰

3、富。 2. 抗腐霉茎腐病玉米种质标记基因型鉴定。为阐明玉米抗腐霉茎腐病种质的抗病基因背景 , 利用 14 个与抗玉米茎腐病基因连锁的分子标记对抗腐霉茎腐病玉米种质进行抗病标记基因型鉴定, 将 196份种质鉴定为 128 种标记基因型 , 表明存在多样的抗性基因组合方式。191 份种质获得与齐 319、X178 或 1145 中一个或多个的相同的扩增, 表明 97.45%种质可能含有与 3 个抗玉米茎腐病材料相同的抗病基因; 粤 61、郑 653、赤 L136、白 53和 18-14 共 5 份种质均未扩增出与齐 319、 X178 和 1145 相同的标记基因型 , 可能携带其他抗茎腐病基因

4、; 遗传背景相近的抗性种质分属不同的标记基因型 , 表明抗病种质携带的抗病基因可能在育种选择中发生了分离。3. 玉米抗腐霉茎腐病种质遗传多样性分析。 利用多态性 SSR标记对抗病自交系进行遗传多样性分析 , 明确抗病种质的遗传背景 , 为资源的有效利用和杂种优势模式确定提高参考信息。42 对多态性 SSR引物在 54 份抗病材料中共检测出119 个等位基因（ Na） ,多态位点百分率（ PPB）为 99.17%,平均有效等位基因数（ Ne）为 1.7070, 平均Nei s 基因多样性（ H）为 0.3999, 平均 Shannons 信息指数（ I ）为 0.5844,平均多态信息含量（ P

5、IC）为 0.5527, 变幅为 0.20610.7844; 通过UPGMA聚类分析 ,54 份抗病材料被划分为2 个类群 , 共 6 个亚群中 , 分别是旅大红骨亚群、 BSSS亚群、塘四平头亚群、 PA亚群、 PB亚群、 Lan 亚群 , 表现出较高的遗传多样性。结果表明我国 6 个杂种优势群中均含有较为丰富的抗腐霉茎腐病种质资源 , 其中 PA亚群包含的抗病种质最多。4. 玉米抗腐霉茎腐病基因定位。 以抗病自交系 W21和和感病品种掖 107 杂交产生的 F2:3 群体作为抗性分离群体进行抗性遗传分析 , 通过卡平方检测（ 2=2.7227,df=2,P=0.4364 ）发现 W21对腐

6、霉茎腐的抗性由2 个显性单基因RpiW21-1和 RpiW21-2控制。利用集群分离分组分析法（BSA）并结合全基因组测序对W21携带的抗病基因进行分析 , 在全基因组范围内总共检测到28921925 个 SNPs和 3338399 个InDels, 分布在玉米 10 条染色体上。通过对抗感池间的SNP-index 作图发现 5个与目标性状关联的区域（P<0.01）, 分别位于 4 号、 5 号、 6 号和 7 号染色体上 , 总长度为 19.36 Mb 。最后选取 20 个 SNP位点进行 KASP标记开发 , 并在 F2群体中进行基因分型检测 , 最终将 RpiW21-1和 RpiW21-2分别定位到 4 号和 5 号染色体