CIMMYT小麦品种Chapio条锈病成株抗性QTL定位及卷叶材料CMH83分子细胞学研究
【摘要】：小麦是世界上分布最广、种植面积最大的粮食作物。由小麦条锈病菌(Puccinia striiformis f. sp. Tritici)引发的条锈病,是我国小麦最严重的病害之一,中国占有世界上最大的小麦条锈病流行区,约2.0千万公顷以上。选育抗病品种是防治小麦条锈病最为经济、安全、有效的措施,而成株抗性基因的合理利用是培育持久抗性品种的有效途径。因此,研究小麦条锈病成株抗性基因的遗传、发掘成株抗性基因及其紧密连锁的分子标记,能加快培育持久抗性品种,控制条锈病危害。小黑麦(X Triticosecale Wittmack)是人工杂交合成的新物种。小黑麦具有优良特性,穗大、粒多、抗逆性强、抗病性好等优点,是高产饲料作物,也是改良小麦品种的重要种质资源。植物叶片卷曲是叶片性状中的一个重要组成部分,是与植物抗旱相关的、对逆境刺激的一种反应,研究卷叶性状可以为抗旱机制及抗旱育种提供信息。
本研究对Avocet-YrA/Chapio的277个F6重组自交系(RILs)及亲本进行苗期及成株期条锈病抗性鉴定,田间表型鉴定放在4个试验点,再根据严重度进行抗性基因遗传分析,及利用完备区间作图法(ICIM)对Avocet-YrA/Chapio群体进行QTL定位及上位性分析；同时对小黑麦卷叶材料CMH83进行了分子细胞学特性研究、醇溶蛋白研究、叶片相对含水量(RWC)、失水率(WLR)及卷叶特性初步遗传研究。主要研究结果如下：
1、Chapio对条锈病表现为成株抗性,遗传分析表明其抗性由4对不完全显性基因控制。
供试材料Chapio苗期对条锈菌生理小种条中32(CYR32)表现为感病；在成株期,表现为高抗(HR)条锈病,严重度不大于5%；感病亲本Avocet-YrA在苗期和成株期感病；Avocet-YrA/Chapio的277个F6重组自交系(RILs)在苗期全部感病,成株期表现为抗感分离。对4个试验点间的相关性分析表明,在4个试验点间的条锈病严重度相关性达极显著水平(P0.001)。次数分布图显示,严重度呈连续变异,但峰值略偏向成株抗性亲本一边呈偏正态分布,表明Chapio可能含有主效成株抗性基因。将RILs在墨西哥CIMMYT的严重度与在四川3个点锈病严重度的平均值相比较,发现有较多的品系差异较大,其中有22个品系的严重度差值超过了40%,最高达到了78.3%,说明Chapio有1个或几个成株抗性基因能鉴别墨西哥对锈菌小种YRMV09与中国小种CYR32。
根据4个试验点条锈病感病严重度调查数据,利用孟德尔遗传模型分别对4个试验点的277个F6重组自交系(RILs)分别进行遗传分析,经χ2测验表明,Chapio在每个试验点的条锈病成株抗性都表现为由4对基因控制(P0.05)。结合Avocet-YrA x Chapio的正反交F1锈病严重度表现为40-50%,说明Chapio的成株抗性是由4对不完全显性基因控制。
2、发现4个加性成株抗性QTL和1对上位性QTL(QYr.saas-3BS x QYr.saas-7DS),其中QYr.saas-3DL是一个新QTL
在4个试验点上共检测到4个条锈病成株抗性QTL,都具有加性效应且都是由抗病亲本Chapio提供,它们位于3BS.3BL.5BL.7DS染色体上,分别命名为Qyr.saas-5BL、QYr.saas-3BS、Qyr.saas-7DS、Qyr.saas-3DL。QYr.saas-7DS最稳定地存在于所有试验点中,它介于SSR标记CSL V34-Xgwm295之间,且与这两个标记紧密连锁,平均加性效应为17.35,在各试验点可解释的表型变异分别为28.18-48.93%;QYr.saas-3BS、QYr.saas-3DL、QYr.saas-5BL分别介于SSR标记Xbarc147-Xwms533,Xgdm8-GDM128、Xgwm46-Xbarc267之间,连锁距离分别为2cM、10cM、38cM,平均加性效应分别为8.40、6.55、4.88,在各试验点可解释的表型变异分别为7.30-17.00%、3.84-12.44%和2.64-4.76%。其中QYr.saas-3DL是新QTL,其余还需进一步研究确定。该群体还检测到1对上位性QTL(QYr.saas-3BS x QYr.saas-7DS),并稳定地存在于3个环境及总平均值中,分别为可解释表现型变异的2.59-7.79%。
3、发现一个具有卷叶特性的次级小黑麦材料CMH83,其卷叶是显性性状。
卷叶现象是作物对干旱的一种反应。通过表型观察、细胞学和生理学研究,我们发现了一个卷叶六倍体次级小黑麦(X Triticosecale Wittmack)材料CMH83,它具有矮杆、卷叶以及叶片窄的表型特征。种子醇溶蛋白电泳研究表明,CMH83是一个遗传稳定材料。顺序Giemsa-C带和基因组原位杂交研究发现,CMH83具有12条黑麦染色体,其中两条黑麦染色体的异染色质端带丢失。在干旱胁迫下,CMH83的叶片相对含水量(RWC)和失水率(WLR)比小麦品种失水快,这种现象与卷叶特性相关。初步遗传研究表明,CMH83的卷叶特性由显性基因控制。次级小黑麦品系CMH83可被用于研究小黑麦的抗旱机理,以及干旱胁迫相关基因及其遗传机制。
【关键词】：条锈病 成株抗性 QTL C-带 原位杂交 失水率 卷叶 小黑麦 【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S512.1
【目录】：
- 摘要5-8
- Abstract8-13
- 第一章 文献综述13-29
- 1.1 小麦条锈病13-17
- 1.1.1 条锈病危害13
- 1.1.2 小麦抗病性类型13-14
- 1.1.3 成株抗性14-15
- 1.1.4 抗性育种15-16
- 1.1.5 抗性基因及分子标记16-17
- 1.2 小黑麦卷叶性状17-19
- 1.2.1 小黑麦17-18
- 1.2.2 植物卷叶性状研究18-19
- 1.3 立题依据19-29
- 1.3.1 研究目的和意义19
- 1.3.2 主要研究内容19-29
- 第二章 CIMMYT品种Chapio条锈病成株抗性遗传分析29-38
- 2.1 材料与方法29-30
- 2.1.1 材料29
- 2.1.2 方法29-30
- 2.2 结果与分析30-36
- 2.2.1 供试材料苗期抗性及双亲成株抗性及双亲严重度进程30-31
- 2.2.2 试验点间(2年4点)条锈病严重度的相关分析31
- 2.2.3 RILs(277个系)锈病严重度的次数分布31-32
- 2.2.4 成株抗性(APR)遗传分析32-33
- 2.2.5 Chapio成株抗性对墨西哥锈菌小种YRMV09和中国小种CYR32的反应33-36
- 2.3 讨论36-38
- 第三章 CIMMYT品种Chapio成株抗性QTL分析38-49
- 3.1 材料与方法38-41
- 3.1.1 供试群体与表型数据38
- 3.1.2 BSA(Bulked Segregant Analysis)分析法38
- 3.1.3 SSR标记检测38-41
- 3.1.3.1 配制试剂38-39
- 3.1.3.2 PCR反应39-40
- 3.1.3.3 6%变性聚丙稀酰胺胶的配制40
- 3.1.3.4 聚丙稀酰胺凝胶电泳40
- 3.1.3.5 银染显色40-41
- 3.1.4 遗传图谱构建41
- 3.2 结果与分析41-46
- 3.2.1 严重度的分布及方差分析41-42
- 3.2.2 成株抗性QTL分析42-44
- 3.2.3 成株抗性QTL的上位性分析44-46
- 3.3 讨论46-49
- 第四章 CIMMYT材料CHM83卷叶特性研究49-60
- 4.1 材料与方法49-52
- 4.1.1 材料49
- 4.1.2 方法49-52
- 4.2 结果与分析52-58
- 4.2.1 小黑麦CMH83的形态学特征52
- 4.2.2 种子贮藏蛋白电泳52
- 4.2.3 顺序Giemsa-C显带和基因组原位杂交52-55
- 4.2.4 相对含水量和失水率55
- 4.2.5 卷叶性状的遗传55-58
- 4.3 讨论58-60
- 参考文献60-79
- 致谢79-80
- 攻读学位期间发表的学术论文目录80
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