小麦抗叶锈病基因Lr29作图群体的创制及分子标记开发

来源 :山东农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xmingfu
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小麦是世界上重要的粮食作物之一,但小麦叶锈病严重威胁小麦的产量安全。小麦叶锈病(wheat leaf rust)是由小麦叶锈菌(Puccinia triticina)引起的小麦重要病害之一。防治叶锈病主要依靠化学防治或栽培抗病品种,而培育抗病品种是防治叶锈病最为安全、有效的方法。然而由于不断变异产生新的叶锈小种,导致很多抗叶锈病基因逐渐丧失了抗病性。小麦抗叶锈病基因Lr29是一个全生育期抗病基因(ASR),来源于长穗偃麦草(Thinopyrum ponticum),对我国叶锈小种具有高水平抗性,而且在生产上尚未被利用,具有重要的应用潜力。由于Lr29基因位于长穗偃麦草易位染色体7E,与普通小麦7D染色体不能正常配对,难以开展连锁分析。为了创建分离群体,并最终克隆该基因,本研究采用EMS(甲基磺酸乙酯)试剂诱变F1杂交种,获得感病突变体并与抗病亲本Lr29NIL回交创建作图群体,并开发了5个7E染色体特异分子标记。本研究为克隆Lr29基因奠定了基础,也为该基因抗病育种提供便于检测的分子标记。本研究的主要结果有:(1)抗叶锈病基因Lr29的初定位。利用Lr29NIL和Delibab的杂交后代群体,在F4代选取了5棵抗病植株和9棵感病植株组成极端性状混池,开展了小麦660k SNP芯片分析。统计纯合多态性SNPs在染色体上的分布,结果显示大部分定位在7D染色体,7D染色体末端4.8-5.8Mb范围内SNP密度最高。(2)Lr29是显性抗叶锈病基因。抗叶锈病的Lr29NIL材料和感叶锈病的CB037、Fielder杂交,选择了12粒F1种子,在苗期接叶锈菌,发现杂交种叶片上没有反应,为免疫类型(等级“0”),而对照CB037则有大量的孢子堆出现,为高感类型(等级“4”)。表明Lr29是一个显性抗叶锈病的基因。(3)EMS诱变处理。为了能快速获得较多的感病突变体,我们选择用EMS诱变Lr29NIL和CB037、Fielder的杂交种共约6600粒。预实验设计了0、0.5%、0.8%、1.0%、1.2%共5个EMS浓度梯度,每个梯度用100粒杂交种,预实验确定杂交种的半致死浓度为0.4%。为了保证诱变效率,我们选了用0.45%的EMS诱变剩余的6100粒杂交种。(4)M1感病突变体的表型和基因型鉴定。EMS诱变后共获得突变体约2000棵,在苗期接叶锈菌表型鉴定,共筛选得到104棵高感叶锈病的突变体,其中94棵收获得到种子。我们根据一个纯合多态性SNP(AX-95235261)位点,开发了能区分Lr29NIL和CB037、Fielder的分子标记,并命名为LGM1。用该标记鉴定94棵感病突变体,基因型显示其中86棵突变体为杂交种。(5)M2突变体的表型和基因型鉴定。从94份感病M1代突变体中,每份选择10粒种子构成M2群体共690棵。在苗期接叶锈菌表型鉴定,其中89份M1突变体后代全部高感;3份M1突变体后代表型分离16棵抗病和9棵感病;2份M1突变体后代由于白粉病发病严重,没有发叶锈病。M1代为杂交种且M2代没有发生表型分离的突变体共82份。(6)选择39棵感病突变体创建作图群体。我们在M2群体中随机选择M1代为杂交种且M2代高感的39棵独立突变体。以这39棵突变体为母本,Lr29NIL为父本做杂交,通过回交创建分离作图群体,可用于开展Lr29基因的定位及克隆研究。(7)7E染色体特异分子标记的开发。我们依据中国春参考基因组中7D染色体短臂上的基因,在其外显子处设计引物;筛选能在Lr29NIL、CB037和Fielder扩增出条带的引物。对扩增片段测序后寻找Lr29NIL、CB037和Fielder处基因的序列差异,最后根据差异位点设计共显性的In Del引物。根据此方法我们设计了5个7E染色体特异的In Del标记。
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