小麦品种济麦23白粉病抗性的分子鉴定及标记辅助育种

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小麦(Triticum aestivum L.)是我国最主要的粮食作物,小麦的高产、稳产对我国粮食安全至关重要。小麦白粉病是由布氏白粉菌菌(Blumeria graminis f.sp.Tritici,Bgt)引起的一种叶部病害,严重威胁小麦的安全生产。在所有小麦白粉病的防控措施中,利用抗病基因培育抗病品种是最为经济、有效和环保的措施,特别是源于具有农艺、产量性状载体中的抗病基因。济麦23是2016年审定的一个优秀小麦品种,田间连续多年对白粉病表现高抗至免疫,苗期对不同白粉病菌株也表现出广谱抗性,为发掘和利用济麦23中的抗白粉病基因,本文主要进行了以下研究:(1)抗病遗传分析:利用多菌株的遗传分析表明,济麦23携带单个显性抗白粉病基因,暂时命名为Pm JM23,Pm JM23来源于其亲本济麦22的5DS抗性位点。(2)利用Bulked Segregant RNA-Seq(BSR-Seq)法,开发了一系列Pm JM23的分子标记,将Pm JM23定位在5DS染色体的Pm2位点上。抗谱分析表明,Pm JM23不同于已报道的其他Pm2等位基因,表明Pm JM23很有可能是一个Pm2的新等位基因。(3)综合分析济麦23的抗性、农艺、产量和品质结果表明,济麦23除携带具有广谱抗白粉病基因Pm JM23外,农艺、产量和品质性状均较为突出。因此,我们认为Pm JM23是一个具有重要育种价值的抗白粉病新基因。为高效转育Pm JM23,我们对Pm JM23紧密相连的分子标记进行了育种可用性评估,筛选了9个Pm JM23的育种可用标记,利用这些标记,对济麦23的育种群体进行了高效选择,选育了一批高产、抗病新品系。(4)为进一步研究济麦23介导白粉病抗性机制,我们对抗病亲本济麦23、感病亲本泰农18及其杂交后代的抗感群体进行了BSR-Seq分析,总共得到了在3803个在抗感亲本和抗感群体之间表现出一致差异的基因,并对这些差异表达基因(DEG)进行了GO,COG和KEGG信号分析。进一步,在Pm JM23定位区间内,我们选择了6个可能参与白粉病抗性的基因进行了q RT-PCR验证,发现Traes CS5D01G018000编码的脱水诱导早期应答基因(early-responsive to dehydration,ERD)和Traescs5d01117600编码70kda热休克蛋白(70 k Da heat shock protein,HSP70)可能直接参与了济麦23对白粉菌侵染的响应,其他4个基因Traes CS5D01G104700、Traes CS5D01G105200、Traes CS5D01G105200和Traes CS5D01G111400可能参与了白粉病侵染后细胞的间接应答。
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