小麦抗麦长管蚜基因Sa1的定位及抗性候选基因的表达分析

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuezhongs
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小麦(Triticum aestivum L.)是世界上最重要的粮食作物之一。麦长管蚜(Sitobion avenae Fabricius)是小麦最重要害虫之一,其能导致小麦产量的下降及品质的变劣。筛选、鉴定与利用抗蚜小麦种质资源并进行抗蚜新品种的选育是防治麦长管蚜最为经济、安全、简单和有效的措施。本研究对小麦种质资源的麦长管蚜抗性进行了评价,并挖掘其抗蚜基因,利用SSR(Simple Sequence Repeats)分子标记与中国春缺四体对抗蚜基因进行分子标记的筛选与染色体定位;同时以DDRT-PCR(Differential Display Reverse Transcriptase-PCR)技术构建抗性基因特异表达的cDNA文库,探讨其表达模式,并在对cDNA差异片段的克隆和测序分析的基础上,获得抗性基因的候选基因的序列,预测其可能的生物学功能。主要研究结果如下:1、在对麦长管蚜的田间自然感蚜调查和接种鉴定的基础上,综合运用灰色系统理论、TOPSIS法(technique for order preference by similarity to ideal solution method)和聚类分析等相结合的方法,对377份小麦种质资源进行麦长管蚜抗性的综合评价,结果表明:抗性材料168份,所占比重为44.56%,其中高抗和中抗材料仅有53份,占14.06%,没有发现免疫种质资源;农艺性状和蚜情指数的关联度分析结果表明,在抗性育种的性状选择过程中,首先选择抗性,其次是产量和品质相关的性状;TOPSIS和聚类分析的结果也显示,抗麦长管蚜的优异的抗性种质资源为:豫麦70、Amigo、186Tm、小偃22、PI高、东旱1号和98-10-35等,高感的种质资源为1376和大唐991。2、选用分布于小麦A、B和D三个染色体组上的175对SSR引物对14份小麦种质资源抗麦长管蚜的遗传多样性进行分析,结果表明:A、B和D三个染色体组的多态性引物为36对,D染色体组的小麦抗蚜性遗传多样性较高;在1A7D的21条染色体中7D染色体上抗性遗传多样性最高,7A染色体上的遗传多样性最低。利用筛选出的36对多态性引物对14份小麦种质资源进行SSR分析,共得到255条清晰的条带,其中多态性条带244条,单条引物扩增出3~13条带,每条引物平均扩增出6.8条带,多态位点百分率为40%~100%,Nei’s基因多样性指数范围为0.3264~0.4243,Shannon信息指数范围为0.5078~0.6154。聚类分析结果表明:14份种质资源按照小麦抗麦长管蚜特性分为三大类,并且具有相同抗性的种质资源被划为同一组,可作为抗性亲本的种质资源。3、分别配制麦长管蚜抗性亲本98-10-35和Amigo与敏感亲本1376的杂交组合,获得F1、F2、F3及BC1代群体,并对抗性亲本中抗蚜基因进行遗传分析。结果表明,98-10-35对1376的抗蚜性由1对显性基因控制。利用98-10-35/1376的F2代群体180个单株、F3代群体71个单株及BC1代群体8个单株作为作图群体,对98-10-35中的抗蚜基因进行SSR分子标记的筛选。结果表明,在小麦7DL染色体上筛选到4个与抗蚜基因连锁的SSR标记Xgwm350、Xbarc70、Xwmc702和XCfd46,其遗传距离分别为6.3 cM、15.1 cM、34.1cM和19.1 cM。综合对中国春缺四体染色体定位分析以及98-10-35系谱分析的结果,98-10-35中的抗蚜基因是位于小麦7DL染色体上的一个新的抗性基因,暂命名为Sa1。4、利用DDRT-PCR技术筛选出98-10-35/1376的F3代抗性单株和抗性亲本以及F3代抗感群体的差异表达片段,配对t测验的结果表明,其概率值为0.9158,差异不显著,这说明在基因表达水平上对F3代抗性单株和抗性亲本以及F3代抗感群体的差异表达的一致性。通过对抗性亲本、敏感亲本和F3代群体中抗性单株的差异片段比较,将小麦抗麦长管蚜抗性遗传的差异表达分为五种模式:单亲表达沉默型、杂交后代特异表达型、与抗性亲本表达一致型、后代上调型和后代下调型。5、对抗感单株具有差异表达的cDNA片段进行比较、克隆和测序分析,在F3和F5代群体的抗性植株中分别获得308 bp和500bp的差异片段;BLAST分析表明,308bp的差异片段编码的氨基酸序列与推定的高梁抗旱蛋白SORBIDRAFT05g025690的序列同源性为91%,与假定蛋白OsJ17396、Os05g0188500和SCC3的同源性为83%,与葡萄品种的天冬酰胺合成酶蛋白的序列同源性为67%。此外,还发现差异片段与姊妹染色单体的结合蛋白、假定基质抗原等相关蛋白均具有同源性。500bp的差异片段编码的氨基酸序列与推定光合系统蛋白的相似性为51%。综上所述,这两个候选基因片段可能是与抗蚜性相关的新基因。
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