基于BSR-Seq和芯片技术的抗条锈基因Yr26候选基因分析及普通小麦成株期抗条锈QTL定位

发布时间：2018-05-21 08:17

  本文选题：小麦条锈病 + Yr26　； 参考：《西北农林科技大学》2017年博士论文

【摘要】：小麦条锈病是影响世界小麦安全生产的重要病害。培育抗病小麦品种是有效控制条锈病的最为经济的措施。系统开展小麦抗病关键R基因克隆研究,探究其在免疫反应网络中所处的位置和功能,将有助于了解小麦抗病的本质。小麦抗条锈基因Yr26因其优良的抗病能力在中国被广泛应用。本课题组前期围绕Yr26进行大量的基础工作:构建BAC文库;完成较为精细的遗传定位;构建小麦-条锈菌互作RNA-seq数据库。但Yr26位于着丝粒区域,仍需继续开发标记进行图位克隆。另外,绝大多数的成株期抗病性都具有持久抗性特点,开展小麦成株期广谱抗病QTL挖掘、鉴定和定位,实现抗条锈基因的多样化,为抗病品种合理利用及制定抗病育种新策略提供重要的理论依据。本课题组前期先后征集了1980份农家种及国外小麦种质和约2000份国内主栽品种和高代系材料并进行多年多点的抗病性鉴定,筛选出一批成株期表现良好且稳定的抗源。针对于此,本研究主要从两方面开展:首先以携带Yr26的载体材料92R137及其近等基因系NIL-R分别与感病材料扬麦5号、Avcet S和NIL-S杂交构建了不同世代的遗传作图群体,并通过甲基磺酸乙酯(EMS)诱变Yr26载体材料构建突变体库;第二以成株期抗条锈材料Napo 63、03031-1-5 H62、P10057和Friedrichswerther与感病材料Avcet S、铭贤169和部分国内主栽品种杂交构建遗传群体。围绕这些遗传群体进行了相关研究,主要结果如下:一、基于BSR-seq及芯片技术构建Yr26的高密度图谱及候选基因分析(1)运用集群分离分析(Bulked segregant analysis,BSA)策略,在扬麦5号×92R137的273个F8代重组自交系群体(Recombinant inbred line,RILs)YRF8RILs中构建抗感池,进行RNA混池转录组测序(BSA RNA-Seq,BSR-Seq),从中分析挖掘530个与Yr26连锁的SNP;另外,用YRF8RILs、Avocet S×92R137 154个F7代(ARF7RILs)、近等基因系NIL-S(-Yr26)×NIL-R(+Yr26)1056个F6代(NIL-SRF6RILs)三个不同杂交组合的群体分别构建超级DNA混池并进行小麦的iSelect 90K和660K芯片的测定,共挖掘252和1745个与Yr26连锁的SNP。(2)将上述SNP比对到中国春小麦1.0版本的参考基因组上,获得其染色体物理位置,通过统计SNP的密度,即单位距离内所含SNP数目迅速锁定Yr26所在区域,并结合竞争性等位基因特异性PCR标记(Kompetitive Allele Specific PCR,KASP)分型技术,对SNP进行验证并用于大群体(超过12000株NIL-SRF2单株)精细作图,最终将Yr26定位在KASP标记WRS303和WRS351之间,约0.03cM。(3)利用水稻、短柄草和小麦基因组信息对目标区域内进行候选基因预测分析,在约1.0mb范围内,共有两个与抗病有关的基因,一个是类受体激酶(receptor-likekinase,rlk),另一个基因含有抗秆锈基因sr35部分结构。这两个基因将作为后期研究的重点。(4)使用共分离的kasp标记对264份自然群体进行单倍型分析,共有2个标记(wrs467和cm1135)通过组合可有效区别yr26与其他位点,可用于分子标记辅助选择育种。运用bsr-seq和芯片并结合kasp分型技术,迅速将yr26定位并挖掘出大量的连锁snp信息,与之前的定位相比,大大提高了效率和准确性,为以后图位克隆小麦基因及标记开发提供了借鉴和参考。二、yr26突变体库的构建及感病突变体的鉴定构建六倍体yr26载体材料92r137和扬麦158近等基因系y158+yr26(nbc6-23)的突变体库,其中92r137的m6代2150个家系,m2代2754个,nbc6-23的m2代有2697个。通过接种条锈小种cyr32,共鉴定出9个独立起源于m1代的感病后代,并利用ssr标记和芯片对其遗传背景进行评估确认,这些感病突变体为后面的候选基因验证提供了保障。三、普通小麦条锈病成株期抗性qtl定位本研究通过温室及田间多年鉴定,普通小麦材料napo63、03031-1-5h62、p10057和friedrichswerther具有典型的成株期抗性。利用bsa策略结合芯片技术成功在avcets/napo63、avcets/03031-1-5h62、avcets/p10057、铭贤169/p10057和铭贤169/friedrichswerther群体中挖掘到与抗病相关的snp,并采取与yr26同样手段开发相应的kasp标记用于基因分型,采用完备区间作图法成功的定位了与抗条锈有关的主效qtl(quantitativetraitloci):yrh62、qyrnap.nwafu-2bs、qyrlov.nwafu-2bs、qyrlov.nwafu-3bs和qyrfri.nwafu-6bl。其中qyrnap.nwafu-2bs与其他来自国际玉米小麦改良中心(cimmyt)的种质上所携带的2bs上的抗病基因或qtl可能属于同一基因或等位基因。目标区间内候选基因分析表明,小麦基因traes_2bs_2b483208e注释为糖基转移酶基因(glycosyltransferase),这很有可能与植物的抗病相关。根据材料来源、抗谱分析、分子检测以及相对位置的比较,yrh62不同于1b上其他基因或qtl,很可能是一个新的基因。候选基因分析表明,小麦基因traes_1bl_d48c0be54可能行使核转运功能,traes_1bl_869ed1456基因可能编码糖激酶,这两类基因都很有可能与植物的抗病相关。同样通过系谱分析和分子检测结果表明,qyrfri.nwafu-6bl与6b上其他已知基因不同,可能是一个新的抗病位点。利用qyrlov.nwafu-2bs和qyrlov.nwafu-3bs连锁标记成功在郑麦9023/p10057的140个f2:3群体得到检验,说明利用kasp标记进行标记辅助选择是可靠的。本研究通过bsa结合bsr-seq和芯片测序并利用kasp技术,快速、高效的对小麦抗条锈基因进行了精细定位,为后续小麦中的主效基因或QTL的精细定位与克隆提供了有价值的借鉴与参考。同时利用分子标记在后代群体中选出农艺性状良好且有抗性或基因聚合的中间型材料,为培育具有持久抗病性的小麦新品种奠定了基础。
[Abstract]:Wheat stripe rust resistance gene Yr26 has been widely used in China . In this study , two markers ( wrs467 and cm113c ) were used to determine the genetic background of wheat . The results showed that the two genes could be used in the selection breeding of wheat gene and marker .
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S435.121.42
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本文编号：1918438