8个小麦条锈病主要流行小种（致病类群）遗传差异研究

【摘要】：小麦条锈病是我国及全世界小麦生产的重要病害之一,该病害具有发生面积广、流行频率高、危害严重等诸多特点,长期威胁着我国西北、西南、华北和淮北等冬麦区和西北春麦区等主要产区小麦生产。研究表明选育并合理使用抗病品种是防治小麦条锈病最为经济和易行的措施。然而,抗锈性丧失是抗病小麦品种在生产应用中最为突出的问题,其中小麦条锈菌新小种的产生和发展是导致小麦品种抗锈性丧失的主要原因。因此,明确小麦条锈菌主要流行小种及致病类群间的遗传关系,以及准确、及时监测小麦条锈菌生理小种的类型及组成的变化对小麦条锈病综合防治及抗病品种的选育具有重要的应用价值。 小麦条锈菌是专性养生菌,其遗传特征十分复杂,至今还未发现其有性世代,还未实现人工培养。并且条锈菌生理小种常规鉴定方法又非常复杂、周期长,鉴定的准确性也极易受到鉴定条件的影响。另外,由于现有鉴别寄主相对有限,因此那些发生频率低以及混杂在其它小种内的致病类型很难区分、鉴定。然而,现代分子生物学的发展为及时准确掌握各地小麦条锈菌生理小种的组成及变异提供了新的检测途径。因此,本研究通过利用RAPD(Random Amplified Polymorphic DNA)和SSR(Simple Sequence Repeat)标记技术对8个小麦条锈菌主要流行小种(条中33号、条中32号、HY8、水源11-3、水源11-4、水源11-5、水源11-7、水源11-13)进行遗传分析,旨在筛选条锈菌主要流行小种的特异性标记,为小麦条锈菌流行生理小种的监测和控制提供依据,为抗病品种的选育以及合理布局提供技术指导。另外,本研究还利用PCR技术在8个条锈菌主要流行小种中分别克隆了条锈菌的产孢基因PsCon1,并对该基因在不同小种中的核苷酸序列、氨基酸序列及蛋白空间结构进行了比对分析。具体研究结果如下: 1.选用了220条10碱基随机引物对小麦条锈菌的8个流行小种进行RAPD标记分析,结果显示有167条引物可以得到稳定清晰的扩增图谱,8个小麦条锈菌主要流行生理小种间的遗传变异比较丰富,但一些基因组区段仍具有一定的保守性。 2.用筛选出的167条RAPD引物对8个小麦条锈菌生理小种进行标记分析,结果在条中33号、条中32号、Hybrid46-8和水源11-4等4个生理小种中筛选到特异性标记。其中引物S39在条中32中扩增出183bp特异条带;引物S36在Hybrid46-8中扩增出510bp特异条带;引物S301在条中33号中扩增出507bp特异条带;引物S2140在水源11-4中扩增出310bp特异条带。将条中33号和水源11-4两个小种中的特异RAPD片段回收、克隆和测序,设计特异PCR引物,并成功将其转化为更加稳定的SCAR(Specific Characteristic Amplification Region)标记。 3.利用20对特异性引物对8个小麦条锈菌主要流行生理小种的单孢系进行了DNA多态性分析,结果显示所有特异引物对条锈菌的扩增结果均呈现出丰富多态性,条锈菌的不同生理小种之间存在遗传差异。其中引物RJ20在水源11-5中扩增出约170bp的特异条带;引物PS305在Hybrid46-8中扩增出约230bp和480bp的特异条带,在水源11-7中扩增出约220bp的特异性谱带;引物SW440/SW441在条中32号中扩增到约221bp和240bp的特异条带;引物PS2091在在水源11-4中扩增出约230bp的特异条带。 4.利用PCR技术在条锈菌8个生理小种的单孢系中分别克隆分离了条锈菌产孢基因PsCon1,并对其核苷酸序列、氨基酸序列及蛋白空间结构进行了比对分析,结果显示在不同小种间其核苷酸序列只在个别位点上发生突变,其中在外显子部分只有一个碱基发生突变,且该碱基的突变对该基因氨基酸序列没有影响。 5.利用原子吸收光谱仪对抗锈品种兰天26和感锈品种铭贤169不同时期叶片中的铜、铅元素的含量进行了测定,结果显示,未接菌的兰天26和铭贤169在每个测定时期铜、铅元素的含量的变化均不大,而接菌后兰天26和铭贤169叶片中铜、铅元素的含量都呈现先增加而后逐步降低。 以上研究结果表明,通过大规模寻找小麦条锈菌特异性RAPD片段并转为SCAR标记适合于对小麦条锈菌进行遗传分析及生理小种的鉴定,同时应用SSR标记分析寻找条锈菌生理小种的特异性标记,对建立小麦条锈菌流行生理小种的分子检测体系和简化常规鉴定的繁琐程序提供参考和帮助。

【关键词】：小麦条锈菌 RAPD SSR SCAR 分子标记
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S435.121
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