小麦成株期抗条锈病资源挖掘及遗传解析

发布时间：2020-07-29 19:11

【摘要】：小麦(Triticum aestivum L.)是中国最重要的三大粮食作物之一,小麦的安全生产直接关系到人类的粮食安全。然而病虫害等生物胁迫的发生严重制约小麦总产的提高,条锈病作为小麦上最主要的病害之一,常年引起10%左右的产量损失。培育和种植抗病品种是防治小麦条锈病最为经济、环保、有效的措施,因此广泛收集、挖掘、转育抗病材料具有重要的社会效益和经济效益。为了充分利用品种抗病性来防治条锈病,本研究一方面利用161份来自世界各地的小麦抗条锈病材料,在五年两个环境下进行成株期条锈病抗性鉴定。同时利用660K SNP芯片对这161份小麦材料进行全基因组扫描,分析了这些小麦材料的群体结构和连锁不平衡,结合条锈病鉴定的表型数据,完成了全基因组关联分析。另一方面,将筛选出来的小麦优良抗源互麦15和Chakwal 86分别和感病小麦品种铭贤169进行杂交构建了重组自交系群体,通过SSR分子标记、SNP生物芯片和KASP技术构建抗病遗传图谱,结合两年三地的成株期条锈病严重度数据进行QTL位点的定位。本研究主要取得了以下结果:1.通过对来自全球的161份小麦材料在陕西杨凌和甘肃天水开展了5年(2013-2018年)的小麦成株期条锈病抗性鉴定,发现高代系的反应型和严重度均低于主栽品种和农家种,表明育种家对小麦成株期条锈抗病性越来越重视。综合10个环境的表型数据,以所有鉴定中的最高反应型和最大严重度作为供试材料的最终表型数据,筛选到了47份高抗且抗病性稳定的材料,可以直接应用在小麦抗条锈病育种中。2.利用660K SNP芯片对161份小麦进行全基因组扫描,群体结构分析表明,这些材料可分为8个亚群。结合10个环境下的严重度表型数据,完成了成株期条锈病抗性全基因组关联分析。在12条染色体上鉴定到18个至少在4个环境下都能出现的稳定QTL。与已报道的QTL位点比较,本研究鉴定到的QYr.nwafu-2D.1、QYr.nwafu-2D.3、QYr.nwafu-5D、QYr.nwafu-6D和QYr.nwafu-7D共5个QTL可能是新的成株期抗条锈病位点,有待后续验证。3.小麦抗病品种互麦15和小麦感病材料铭贤169构建了重组自交系作图群体。通过90K SNP芯片和KASP技术,在小麦品种互麦15中定位到3个QTL位点。QYrhm.nwafu-2BC定位在2B染色体的着丝粒区域,是一个在所有环境中都稳定存在的主效QTL,贡献了47.2%的表型变异,此QTL与GWAS定位的QTL QYr.nwafu-2B.2位置相近,可以看作是同一个QTL位点。在互麦15的3BS和4BL染色体上定位了2个微效QTL。4.小麦品种Chakwal 86和感病材料铭贤169构建了128个家系的重组自交系作图群体。通过35K SNP芯片的全基因组扫描,在Chakwal 86的1BL和3BS染色体上均定位了一个主效QTL,与已报道的QTL位点对比,1BL上的QTL可能是Yr29/Lr46,3BS上的位点QYrcw.nwafu-3BS可能是一个新位点。该位点可能是因为稀有变异或效应值不够大等原因未能在GWAS分析中检测到。同时,QYrcw.nwafu-3BS位点的侧翼标记都开发成为了易于开展大规模分子辅助育种的KASP标记供生产使用。
【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】：2019
【分类号】：S435.121.42
【图文】：

西北农林科技大学博士学位论文材料顶三叶的抗病反应型(Infect Type，IT)和严重度（Disease Severity，DS）。其中反应型参照 0-9 级标准记载(Line et al. 1992)；严重度参照李振岐(2002)的方法记载，包含八个等级：1%、5%、10%、20%、40%、60%、80%、100%。相邻的两次鉴定间隔 5天左右，所有材料调查并记录 2-3 次，最终将所有鉴定结果中的最高反应型和最大严重度作为该材料的表型值。2.1.4 数据分析数据分析使用 R（Version 3.6.0）：相关性分析用 R 包 cor，热图绘制使用 heatmap.2，直方图用 R 包 PerformanceAnalytics，作图使用 R 包 QQplot2。非参数秩和检验使用 R包 DescTools 的 Nemenyi 检验。最优线性无偏（BLUP）分析使用 R 包 lme4。2.2 结果与分析2.2.1 供试小麦材料反应型分析

图 2-2 不同品种在杨凌（A）和天水（B）的成株期反应型频率分布Figure 2-2 Frequency distribution of infection type of the materials in Yangling (A) and Tianshui (B).2.1.1 不同环境下反应型的相关性分析对陕西杨凌及甘肃天水地区 5 年的 10 组反应型数据进行相关性分析，发现任意反应型数据之间的相关系数都达到了极显著水平。相关性最低的是 2014 年杨凌地 2015 年杨凌地区与 2018 年天水地区之间的反应型数据，都是 0.74。相关性最高杨凌地区 2017 年和 2018 年两年间的反应型数据，达到了 0.95（图 2-3）。结果成株期反应型受环境影响较小。

图 2-2 不同品种在杨凌（A）和天水（B）的成株期反应型频率uency distribution of infection type of the materials in Yangling (A) a下反应型的相关性分析及甘肃天水地区 5 年的 10 组反应型数据进行相关性分析间的相关系数都达到了极显著水平。相关性最低的是 20地区与 2018 年天水地区之间的反应型数据，都是 0.74。17 年和 2018 年两年间的反应型数据，达到了 0.95（图 受环境影响较小。

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