8份普通小麦种质抗白粉病基因的遗传定位

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小麦作为我国的第二大粮食作物,其产量和品质关系到国家的粮食安全。由布氏白粉菌小麦专化型(Blumeria graminis f.sp.tritici,Bgt)引起的白粉病是小麦的三大病害之一,发病严重时可造成小麦绝产。挖掘优异抗白粉病基因和推广种植抗病品种是目前防治该病害最为经济、安全和有效的措施。本研究对729份普通小麦种质进行抗性鉴定,筛选到8份优异抗白粉病种质,并通过抗性遗传分析、抗感病池的集团分离分析(Bulked segregant analysis,BSA)和分子标记定位等方法发掘其中的抗性基因,具体研究结果如下:前期研究中,利用白粉菌菌株E09和E23-1对729份普通小麦种质进行了苗期抗性鉴定,本研究筛选出Tukaminia、ALSON、Safha3、Longbow、Knirps、新乡9178、Flanders和红花麦等8份优异抗白粉病种质,与感白粉病材料周麦18、扬麦158、科农199或宁麦资119等进行杂交,构建遗传分离群体。对Tukaminia、ALSON、Safha3、Longbow、Knirps、新乡9178和Flanders等7份种质的抗性遗传分析结果表明,Tukaminia、ALSON、Safha3、Longbow和Knirps等5份抗病种质均携带单个显性抗白粉病基因,暂时将它们分别命名为Pm TMN、Pm ASN、Pm SFA、Pm LGW和Pm KIS;新乡9178和Flanders均携带单个隐性抗白粉病基因,分别命名为Pm XX9178和Pm FNS。进一步结合BSA和已知抗白粉病基因连锁标记分析结果表明,Pm ASN和Pm LGW很可能与已知基因Pm2等位或紧密连锁;Pm TMN位于1DS染色体30-50 Mb区段,诊断性标记MP1362检测结果表明该基因与已知基因Pm24不同;Pm XX9178位于2BS染色体90-120 Mb区段,暂不能与已知基因Pm42区分;Pm KIS位于5BS染色体50-75 Mb区段,暂时不能与已知基因Pm30区分;Pm SFA位于1AS染色体150-200 Mb区段,连锁标记分析结果表明其与该区段存在的已知基因Pm3不同;Pm FNS位于2BS染色体30-60 Mb,其位置与该染色体臂上的已知基因Pm26、Pm42、Pm49、Pm62和Pm68等均不相同,且通过对目前已扩增的分子标记结果进行分析,暂未发现有多态性。因此,推测Tukaminia、ALSON、Longbow、Knirps和新乡9178等可能携带已知抗性基因位点,而Safha3和Flanders很可能携带未知的抗白粉病基因。将抗病亲本红花麦和感病亲本宁麦资119杂交,配置正反杂交组合,用E09菌株对其F1杂种、F2和F2:3后代进行抗性鉴定。所有正反交的F1植株均抗病;宁麦资119/红花麦组合的5,264个F2单株中,抗、感单株分别为3,812和1,352株,抗感比例符合3:1分离比(χ~2=0.034,P=0.050),部分F2:3代家系中纯合抗病:杂合:纯合感病的比例为36:78:40,符合1:2:1分离比(χ~2=0.23,P=0.89);反交组合红花麦/宁麦资119的156个F2单株中,抗、感比例为115:41,也符合3:1分离比(χ~2=0.077,P=0.78),F2:3代家系中纯合抗病:杂合:纯合感病的比例为36:79:41,也符合1:2:1分离比(χ~2=0.35,P=0.84)。因此,所有抗性遗传分析结果均表明,红花麦携带单个显性抗白粉病基因,暂时将其命名为Pm HHM。利用普通小麦55K SNP芯片对Pm HHM的抗、感病池进行扫描,多态SNP在4AL染色体700-750 Mb区间富集分布,因此用该区段内SSR标记对宁麦资119和红花麦的F2:3家系进行基因型检测,将该基因初步定位在Xgwm160和Xwmc313之间11.1 c M的遗传区间;根据中国春4AL基因组序列开发SSR标记,将目标基因区段缩小至Xmp1512-Xwmc313之间7.0 c M的遗传区间,对应中国春参考基因组6.96 Mb的物理区间。为了精细定位Pm HHM,用两侧标记MP1512和WMC313对宁麦资119/红花麦的1,352个感病F2单株进行基因型扩增,共检测到111个重组体,利用开发的多态性分子标记MP1567、MP1439、MP1440、MP1442和MP1444扩增重组体,将目标基因定位到Xmp1567(733.6 Mb)-Pm HHM/Xmp1442/Xmp1440/Xmp1439-Xmp1444(738.1 Mb)之间4.46 Mb的物理区间,遗传区间为0.29 c M,所有开发标记均与中国春参考基因组保持良好的共线性关系;然而,作图双亲之间,在目标区段存在明显的重组抑制。在该区段的中国春参考基因组共注释到264个基因,比对乌拉尔图小麦(T.urartu)、野生二粒小麦(T.dicocoides)和硬粒小麦(T.durum)参考基因组序列,发现在中国春中有大量基因丢失的现象;在264个基因中有106个抗病基因类似物(Resistance gene analogue,RGA),并且表现有成簇分布的现象,共线性分析表明有15个RGAs在3个小麦亚基因组中存在同源基因。比较4AL染色体上已发表基因Pm61和MLIW30,二者的位置明显不同于Pm HHM基因,推测Pm HHM基因是一个新的抗白粉病基因。本研究开发的Pm HHM基因连锁或者共分离标记可有效用于该基因的标记辅助选择(Marker assisted selection,MAS)。
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