蒺藜苜蓿抗蚜虫的遗传分析

【摘要】：蚜虫是分布广泛的刺吸式害虫,通过大量吸取植物营养,传播植物病毒,造成农作物严重减产。过去已对植物抗蚜性的生物学机制进行了详细研究,但对其遗传学机制仍然知之甚少。 蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)是一种重要的牧草资源,上世纪70年代开始在澳大利亚遭到了严重的蚜害。经过三十多年的努力,研究人员培育了多种抗蚜品种,在实际生产中取得了良好的抗蚜效果,在此基础上对其抗蚜机理也开展了较深入的研究。在其中一个主要抗蚜品系Jester中已鉴定得到了控制蓝绿蚜虫(Acyrthosiphon kondoi; bluegreen aphid; BGA)的主效基因AKR。除对BGA表现抗性外,Jester还对一种澳大利亚生态型豌豆蚜(A. pisum;pea aphid; PA)具有较强的抗性。BGA和PA都来自无网长管蚜属(Acyrthosiphon),已有证据表明对它们的抗性位点是连锁的,那么PA和BGA的抗性是否是由同一个基因AKR控制的呢?为解决这个问题,本研究首先分别采用PA和BGA侵染Jester的四个亲本,评价它们对两种蚜虫的抗性。结果表明PA抗性基因来自于SA10733,而BGA抗性基因来自于SA1499；抗性基因的来源不同提示它们可能是不同的基因。进一步地,对Jester和感虫品系A20杂交的F2：3群体的PA抗性遗传分析发现,F2群体抗性表型和基因型的分离比分别为3：1和1：2：1,表明PA抗性由一个显性单基因控制。通过连锁作图分析,PA抗性基因被定位于第三染色体的中部,侧翼标记为h239a22a和h2180m21a,与已知的AKR位点不同。我们将这个新发现的PA抗性基因称为APR,即Acyrthosiphon pisum resistance gene。此外,本研究还进一步证明SA10733的PA抗性基因APR1与Jester的AIR基因定位于同一区域,这与SA10733是Jester的PA抗性来源推论一致。 现有的PA抗性品系还十分有限,为了获得更多的PA抗性资源,本研究以Jester作为抗性对照,对34份蒺藜苜蓿核心种质进行筛选。通过时间进程实验,同时对PA的生长繁殖表现和植物的受害程度两方面进行抗性评估。发现Caliph等8个品系与Jester的抗性水平相当,但没有找到比Jester抗性更高的品系。Caliph的育种亲本与Jester相同,因此其PA抗性基因也来自于SA10733。对其它7个新的抗性品系,随机选择两个品系(SA10481和SA1516)进行后续实验。生测分析表明它们对PA的抗性均表现为抗生性和耐受性,并都通过筛管发挥作用。这些性状都与Jester、Caliph和SA10733无显著差异。不仅如此,SA10481的PA抗性基因APR2与Jester的APR、SA10733的APR1都定位于第三染色体的同一区域。等位基因测试表明SA10733、SA10481和SA1516所含的PA抗性基因可能是等位基因,至少是十分紧密的连锁,所以这些PA抗性品系的抗性基础是高度一致的,可能都受APR可能都受APR或其等位基因控制。 除了质量性状的PA抗性基因,数量性状的抗性基因对于蒺藜苜蓿的育种也同样重要。相对于A20和Jester,A17品系对BGA和PA都呈中等抗性。有研究表明BGA和PA在A17上取食均会诱导同一基因AIN介导的超敏反应。对BGA而言,AIN介导的抗性表现为抗生性而非耐受性。但是,PA侵染后AIN介导的反应有何作用仍不清楚。本研究通过选择性和非选择性测试揭示了A17对PA的抗性也表现为抗生性,这与A17对BGA的抗性表现一致。利用电子刺探图谱技术(EPG)分析PA在A17上的取食行为发现,A17对PA的抗性是筛管特异性的。此外,宿主选择实验表明A17对PA的抗性不具有趋避性。为了解析A17抗性的遗传基础,进一步采用A17和A20的重组自交系进行QTL分析。结果表明PA和BGA侵害时,植物生物量的减少和蚜虫克隆的生物量增殖由不同的位点控制,而控制蚜虫克隆生物量增殖的位点与AIN共分离。但是,控制PA和BGA侵染导致的植物生物量减少的性状却定位于不同的染色体。本研究对两种同属蚜虫抗性QTL的鉴定有助于深入探索植物对蚜虫产生中等抗性的遗传基础,并为采用分子标记辅助选择改良牧草的抗蚜性奠定基础。

【关键词】：无网长管蚜属 电子刺探图谱技术 超敏反应 抗蚜性 MRT技术 筛管 植物生物量减少 R基因
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S541.9
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