小麦材料CH7034中抗白粉病和抗条锈病QTL定位

发布时间：2020-05-23 07:10

【摘要】：小麦(Triticum aestivum L.)是我国乃至世界的主粮作物,其生长过程中常因小麦白粉病(powdery mildew,Pm)和条锈病(yellow rust,Yr)的侵扰而造成产量和品质损失。发掘抗病基因、选育具有水平抗性的成株抗性品种,对保障小麦的高产稳产有重要意义。迄今为止,国内外已在小麦中定位了90余个成株抗性Pm/QPm和110余个成株抗性Yr/QYr,并证实了Aux/IAA(auxin/indole acetic acid)和NBS(nucleotide binding site)等基因家族的抗病机制。然而在已定位的成株抗性位点中,大部分基因/QTL因抗病效应较小或连锁标记较远而受到应用限制。CH7034是本实验室选育的一份在成株期兼抗白粉病和条锈病的小麦材料。本研究结合CH7034作图群体的高密度分子图谱和多年抗性鉴定数据,对其抗病QTL进行定位,并开发抗病序列相关SSR标记用于QTL的图谱加密。取得的研究结果有:1.从小麦全基因组中分离出2288个TaNBS序列,其中有1386个无表达数据,从TaNBS所在scaffold序列上检测到2203个SSR位点,据此开发1830个NRM(NBS-related microsatellite)标记。另外,分离出84条TaIAA序列,有12个序列不表达,在包含TaIAA的scaffold序列中检测到131个SSR位点,据此开发124个IRM(IAA-related microsatellite)标记。利用CH7034×SY95-71的RILs F_9群体对位于小麦第二同源群的342个NRM标记和7个IRM构建分子图谱,最终将69个NRM标记和2个IRM标记,以及另外20对SSR标记和16对DArT标记定位到图谱上。利用这些NRM标记和IRM标记对Yr69(2AS)、Pm51(2BL)和Pm43(2DL)进行了图谱加密。2.系谱抗性鉴定结果表明,CH7034与其外源亲本小偃7430对白粉菌小种的反应型类似(IT=0~1),而其小麦亲本均感病(IT=3~4),细胞学鉴定结果表明CH7034染色体中不含外源信号,尚不能确定其抗性是否来源于小偃7430中的外源染色体。群体鉴定结果表明CH7034在苗期和成株期的抗病性均由多个位点控制。利用CH7034×SY95-71的RILs F_9群体构建了一份总长4191.9 cM、包含2347个DArT标记的高密度分子图谱,结合群体抗病鉴定数据,定位出2个苗期抗病位点QPm.sac-2B.1和QPm.sac-2B.2,表型变异解释率分别为19.3~29.3%和9.8~14.4%;成株期则有5个QTL,为QPm.sac-2A(13.4~17.6%)、QPm.sac-2B.1(30.6~33.6%)、QPm.sac-2B.2(13.8~19.1%)、QPm.sac-2D(14.1~19.2%)和QPm.sac-3B(6.9~7.5%)。其中QPm.sac-2B.1和QPm.sac-2B.2为全生育期QPm。利用QPm.sac-2B.1区段内的4个NRM标记X2BL-NRM11、NRM12、NRM17和NRM27进一步将其定位在672059683-717636972物理区段。通过抗源、抗谱和标记连锁性分析,推断QPm.sac-2B.1与目前小麦2BL染色体上已正式命名的Pm6、Pm33和Pm52均不在同一位点,而与Pm51可能是在同一位点的不同编码基因。3.抗性鉴定结果表明,CH7034苗期对我国目前主流条锈菌种CYR32、CYR33和CYR34感病(IT=3),在成株期对混合菌种CYR32+33+34近免疫(IT=0;)。RILs群体中抗感家系之比不符合孟德尔1:1分布规律,其成株抗性由QTL控制。利用群体的分子图谱和3年间抗病鉴定数据从小麦5条染色体上定位出6个成株抗条锈病QTL,为QYr.sac-1B.1(10.9-13.1%)、QYr.sac-1B.2(5.8-8.6%)、QYr.sac-2A(6.7-10.7%)、QYr.sac-6A(25.0-26.5%)、QYr.sac-7A(6.7%)和QYr.sac-7B(5.1-9.8%)。其中,QYr.sac-6A具有最高的表型变异解释率,利用区段内的1个IRM标记(IRM108)和10个新开发SSR标记将其进一步定位在6A基因组606983357-608313911物理区段。通过抗源、抗病类型和标记连锁性分析,推断QYr.sac-6A与目前小麦6AL染色体上已定位的YrXY9323、QYr.cim-6AL、QYr.cimmyt-6AL和QYr.cim2-6AL均不是同一位点,而与Q6A可能在同一位点上。综上所述,CH7034是一份在成株期对国内主流白粉菌和条锈菌小种具有优异抗性的兼抗型小麦新材料,携带2个全生育期QPm、3个成株期QPm和6个成株期QYr,其中QYr.sac-6A是目前小麦6A染色体上已知的抗病效应最大的成株QYr,利用开发的SSR标记将其精确定位在了1.3Mbp的物理区段内。本研究结果为小麦抗病育种提供了成株抗性优良的新抗源,发掘了QPm.sac-2B.1和QYr.sac-6A等抗病效应高且稳定的成株抗性位点,并利用开发的抗病序列相关标记加密图谱,获得与抗病位点连锁性高、可用于PCR鉴定的常规SSR标记。
【图文】：

表型变异,效应

图 1.1 已定位 QPm 和 QYr 的表型变异解释率Fig 1.1 Phenotypic variance explained of mapped QPm and QYr而，约有 70%的 QPm 或 QYr 的效应较低，表型变异解释率在 15%以

序列,入侵机制,植物生长素,病原菌

被释放的ARF 开始诱导下游基因表达并生成防御酶以及次生代谢物质来抵御病原菌入侵（图1.2）。然而有研究表明植株内 Auxin 梯度升高却导致易感性状的出现[149-153]。在小麦中，植株在施加 Auxin 后表现为更易感病[154]；Yin 等[155]对秆锈病的研究发现，小麦秆锈菌基因组中含有合成 Auxin 的基因 iaaM，在侵入小麦组织后，该基因开始表达，强制提高植株 Auxin 水平，最终使小麦感病，这个由 Auxin 诱导的病原菌响应反应是导致小麦致病所必需的[154]。这些相反的研究结果揭示了植株 PTI 抗病机制的复杂性，但不论如何，IAA 蛋白在 Auxin 抗病通路中发挥着关键调控作用。Li 等[156]对 1份小麦抗病材料（Am6 衍生品系）和 2 份感病材料（旱选 10 号和茶淀红）接种白粉菌后分别进行mRNA标签序列分析，，从中鉴定出2个受白粉菌诱导后特异表达的IAA序列 Ta-150486 和 Ta-137542，分别与水稻 OsIAA10 和 OsIAA21 同源。此外
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S435.121.4

【参考文献】