两个小麦品种抗叶锈病和白粉病QTL研究

发布时间：2017-03-21 01:12

  本文关键词：两个小麦品种抗叶锈病和白粉病QTL研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：普通小麦(Triticum aestivum L., AABBDD)在粮食安全问题中占有重要地位,小麦叶锈菌(Puccinia Triticina Eriks.)和白粉菌(Blumeria graminis DC. f. sp. tritici)所致病害是限制小麦高产稳产的重要因素。利用抗病品种控制病害可以减少杀菌剂的使用、降低生产成本、减轻环境污染。小麦的主效抗病基因很容易被病原菌新的毒性小种克服而失去抗病作用,致使抗病基因不能满足需求,国内外正在加强研究数量抗病资源及微效抗病基因或数量性状位点(quantitative trait locus, QTL),有些QTL所控制的抗病性具有持久性、能持续稳定地控制病害。中国农业大学植物病理系抗病遗传实验室(简称为“本实验室”)之前的研究发现,小麦品种Luke和AQ24788-83(AQ)对叶锈病、及AQ对白粉病具有一定程度的数量抗性,构建了LukexAQ的1589个重组自交系(recombinant inbred line, RIL)和LukexAuileja (AL)的149个RIL。本文作者与本实验室其他人员合作完成了如下主要工作：(1)在11种环境中(北京、甘肃、山东田间,及北京、内蒙温室,2009至2014年期间小麦多个不同生长季)测定了这些RIL的病情表现型；(2)从LukexAQ群体中抽取307个RIL,构建了含有605个SSR/EST标记位点和207个DArT标记位点的21对染色体的连锁图,及LukexAL的1A染色体连锁图；(3)基于染色体连锁图和病情表现型数据,从LukexAL的Luke中发现1个抗叶锈病主效QTL (QLr.cau-1AS)及与其紧密连锁的DNA标记gpw2246,是之前国际上未报道的新的抗叶锈病QTL,用Luke×AQ群体对该QTL其标记进行了验证；(4)从LukexAQ中发现了另外5个抗叶锈病QTL(包括Lr34),其中Lr.cau-4AL、QLr.cau-5AS、及QLr.cau-6DS是之前国际上未报道的新的抗叶锈病QTL,这些QTL在上述不同试验环境中均稳定地表现抗病作用；(5)试验证明QLr.cau-1AS的作用程度与Lr34接近,基于gpw2246对QLr.cau-1AS的选择与基于csffr5(国际上克隆的Lr34基因的专一性诊断标记)对Lr34的选择同样有效；(6)基于DNA标记选择(MBS),从Luke×AQ群体中选择到了含有上述6个抗叶锈病QTL的重组自交系,它们显著地提高了抗病程度,认为与QTL距离小于3cM的DNA标记可以用来有效地进行MBS；(7)从LukexAQ中发现了7个抗白粉病QTL及相应的DNA标记,这些标记与它们所代表的QTL之间的遗传距离均小于3cM,基于MBS,从LukexAQ群体中选择到了含有这7个抗白粉病QTL的重组自交系,它们显著地提高了抗病程度。结论：发现4个新的抗叶锈病QTL,其中1个的作用程度与Lr34接近；证明基于连锁的DNA标记(3cM)的选择可以有效地累加多个抗叶锈病或白粉病QTL,是改良小麦抗病性的一条途径,但需要进一步认识遗传背景对QTL表达的影响。
【关键词】：小麦叶锈病 小麦白粉病 DNA标记 抗病QTL QTL累加
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S512.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 文献综述9-40
• 1.1 小麦叶锈病和白粉病的发生及防治9-10
• 1.1.1 小麦叶锈病的发生和危害9
• 1.1.2 小麦白粉病发生和危害9-10
• 1.1.3 小麦叶锈病和白粉病的防治10
• 1.2 小麦抗病性类型及其关系10-11
• 1.2.1 植物抗病性10-11
• 1.2.2 持久抗病性及其与质量抗病性、数量抗病性的关系11
• 1.3 小麦抗叶锈病基因和QTL11-17
• 1.4 小麦抗白粉病基因和QTL17-26
• 1.5 小麦抗病基因遗传研究方法26-30
• 1.6 小麦基因组图谱的构建及研究进展30-37
• 1.6.1 小麦遗传图谱的构建30-36
• 1.6.2 小麦遗传图谱研究进展36-37
• 1.7 小麦抗病基因的克隆37-38
• 1.8 本研究的目的和内容38-40
• 第二章 小麦品种杂交组合Luke×AQ染色体连锁图的构建40-47
• 2.1 试验目的和内容40
• 2.2 小麦试验材料40-41
• 2.3 试验方法41-45
• 2.3.1 小麦基因组DNA的提取41-42
• 2.3.2 琼脂糖电泳检测DNA浓度及纯度42
• 2.3.3 PCR引物的选择42-43
• 2.3.4 PCR扩增体系及程序43-44
• 2.3.5 聚丙烯酰胺凝胶电泳44
• 2.3.6 扩增产物的银染、显色和胶板保存44-45
• 2.3.7 DNA标记的染色体连锁图的构建45
• 2.4 结果45
• 2.5 讨论45-47
• 第三章 一个抗叶锈病主效QTL在不同遗传背景和多种环境中的表现47-70
• 3.1 试验目的和内容47-48
• 3.2 试验材料和方法48-54
• 3.2.1 小麦材料和重组自交系群体构建48-49
• 3.2.2 在多种田间环境中测定病情表现型49-51
• 3.2.3 在温室环境中测定病情表现型51-52
• 3.2.4 小麦叶锈菌生理小种鉴定52
• 3.2.5 测定所鉴定的叶锈菌生理小种在亲本小麦幼苗上的侵染型52-53
• 3.2.6 构建染色体DNA标记连锁图和QTL分析53-54
• 3.3 结果54-66
• 3.3.1 叶锈菌生理小种鉴定和侵染型测定结果54-55
• 3.3.2 成株期叶锈病严重度表现型测定结果55-57
• 3.3.3 染色体DNA标记连锁图构建和QTL分析57-62
• 3.3.4 基于DNA标记gpw2246对QLr.cau-1AS进行选择62-65
• 3.3.5 测定AL、AQ、及Luke中是否存在Lr10基因65-66
• 3.4 讨论66-70
• 3.4.1 QLr.cau-1AS在不同遗传背景和多种环境中的有效性67-68
• 3.4.2 QLr.cau-1AS与Lr34之间的比较及基于DNA标记的选择68-69
• 3.4.3 QLr.cau-1AS可能对很多叶锈菌生理小种都有效69
• 3.4.4 小结69-70
• 第四章 四个抗叶锈病微效QTL及其与主效QTL的累加作用70-80
• 4.1 试验目的和内容70
• 4.2 试验材料和方法70
• 4.3 试验结果70-77
• 4.3.1 四个抗叶锈病微效QTL及与Lr34基因的互作70-74
• 4.3.2 不同QTL组合对降低叶锈病病情的作用74-77
• 4.4 讨论77-80
• 4.4.1 四个微效QTL与已知QTL的位置关系77-78
• 4.4.2 不同QTL的组合及基于DNA标记的选择78-80
• 第五章 七个抗白粉病QTL及其累加作用80-94
• 5.1 试验目的和内容80
• 5.2 试验材料80
• 5.3 试验方法80-82
• 5.3.1 温室条件下测定病情表现型80-81
• 5.3.2 田间条件下测定病情表现型81-82
• 5.3.3 抗白粉病QTL的染色体定位82
• 5.4 结果82-91
• 5.4.1 白粉病病情表现型测定结果82-85
• 5.4.2 抗白粉病QTL定位85-89
• 5.4.3 抗白粉病QTL的累加作用89-90
• 5.4.4 抗白粉病QTL与植株高度和抽穗期之间关系90-91
• 5.5 讨论91-94
• 5.5.1 与国际上报道的抗白粉病基因/QTL位置的比较91-93
• 5.5.2 多个QTL的累加作用问题93-94
• 全文总结94-99
• 参考文献99-118
• 致谢118-119
• 作者简介119

【参考文献】

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