玉米种质抗腐霉茎腐病鉴定及抗病基因挖掘

发布时间：2020-06-12 02:25

【摘要】：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 stalk rot)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;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Shannon's信息指数(I)为0.5844,平均多态信息含量(PIC)为0.5527,变幅为0.2061~0.7844;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F_(2:3)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(χ~2=2.7227,df=2,P=0.4364)发现W21对腐霉茎腐的抗性由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ΔSNP-index作图发现5个与目标性状关联的区域(P0.01),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F_2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号染色体上。构建分子标记遗传连锁图谱,发现6个KASP标记与RpiW21-1连锁,标记KASP15和KASP17位于RpiW21-2两侧,物理距离约为1.71 Mb。
【图文】：

玉米茎腐病,症状,茎腐病

第 1 章文献综述第 1 章文献综述米茎腐病研究概况米腐霉茎腐病症状霉菌引起的茎腐病主要为急性型或青枯型，该类型病情发展较快，通常，在天内，病株的地上部分就会因为缺水变枯，整株植物叶片迅速褪色，似开水灰绿色青枯状[1-2]。玉米茎腐病主要从植株根系和茎基部开始侵染，导致根基部变褐，逐渐扩展至次生根和地上部分，直到病节髓部组织和整个根系褐色的腐烂，松软呈水浸状；发病后期茎内部变空变松，，穗柄变软，果穗籽粒干瘪，植株轻轻一推即倒伏[3]。

菌株,玉米籽粒,腐霉菌

繁殖（图 2-1A）。选用玉米籽粒作为腐霉菌再扩繁的培养基。首先，将玉米籽粒清洗 3 遍，然后将其浸泡在水中 12 h，放入蒸锅大火煮沸 1 h，将煮软后的玉米粒均匀装入 1000 mL 的三角瓶中，每一瓶装至 700~800 ml 处，用双层封口膜封住瓶口，并用皮筋将其密封。装好后的三角瓶放入高压蒸汽灭菌锅 121℃灭菌 30 min，等灭菌完成后的装有玉米籽粒的三角瓶冷却至室温，将其转移至超净工作台。将培养好的腐霉菌切成小块，每个三角瓶接种 4~6 块，在 25℃黑暗培养 2 周左右，直至三角瓶里的玉米籽粒长满菌丝后即可用田间接种（图 2-1B）。2.2.3 田间接种接种方法采用土埋伤根法，待玉米苗长至 10 叶期即可接种。首先，将培养在三角瓶里的长满菌丝的玉米籽粒倒出来，放在有滤纸的白盒子里混均匀。接着，用锄头在玉米根系旁边 5 cm 处开一条沟，切断部分根系，然后，往开好的沟里沿着玉米根系均匀接种上带有腐霉菌的玉米籽粒约 20~30 粒（图 2-1C）。最后，用土覆盖住接种物。接种完成后的当天进行灌溉，保证田间具有适宜的湿度，以利病原菌侵染繁殖。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S435.131

【参考文献】