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小麦抗白粉病种质遗传背景鉴定及分子标记辅助选择研究

戴秀梅  
【摘要】: 小麦(Triticum aestivam)是世界主要粮食作物之一,白粉病(Blumeria graminisf.sp.tritici)是世界小麦产区的主要病害,严重影响产量和品质。选育和推广抗白粉病的新品种是防治白粉病的有效而安全的途径。从小麦近缘物种中转移抗白粉病基因到小麦遗传背景中,创建新的抗白粉病材料是抗病育种的一个重要内容。同时,筛选与抗白粉病基因连锁的分子标记并应用于新品种、新材料选育中,对提高优良性状聚合效率和加快抗病育种进程具有重要意义。 1.选育并鉴定了一个新型的小麦6V/6B异代换系010714 贵农21是多抗优良的小麦品系,尤其是对白粉病免疫。它是普通小麦-簇毛麦的6V/6A异代换系,其6V染色体来自于簇毛麦(Haynadia villosa)。硬偏麦六倍体(Hexaploid of Ae.ventricosa-T.durum)来自于硬粒小麦(Triticum durum)与偏凸山羊草(Aegilops ventricosa)杂交的后代。二者均有稳定而卓越的抗白粉病性。抗病种质010714为贵农21和硬偏麦六倍体杂交后连续自交,在F_7代选出的能稳定遗传、具优良抗白粉病性,且农艺性状接近于育种目标的株系。 对抗病种质010714的遗传背景进行细胞学鉴定,分别以簇毛麦和偏凸山羊草的基因组总DNA为探针,中国春基因组总DNA为封阻剂,对010714根尖细胞分裂中期相的染色体组进行原位杂交,结果表明010714染色体组中有1对染色体能与簇毛麦基因组DNA探针杂交,010714染色体组与偏凸山羊草基因组DNA探针无杂交信号。说明010714带有一对来自于簇毛麦的染色体,没有来自偏凸山羊草的M~V染色体或染色体大片段。核型分析结果表明,010714中来自簇毛麦的染色体臂比值为1.20,与簇毛麦6V染色体臂比值1.12类似。同时在010714中只有一对臂比值为1.85的随体染色体,与1B染色体类似,缺少臂比值大于2.10的6B随体染色体。C-带分析表明,能与簇毛麦基因组DNA杂交的染色体带型特征与簇毛麦6V染色体C-带带型一致,普通小麦染色体不具有这一带型。因此可推断,010714为一个6V/6B代换系,是一个不同于贵农21的6V/6A异代换系的新型育种材料。010714的优良抗白粉病性与6V染色体有关。 2.获得了与010714抗白粉病基因连锁的RAPD分子标记RM874 C050S具有温光敏核不育性和优良的农艺性状,但不抗白粉病。本研究以C050S作为母本,将010714作为父本,进行杂交,在后代中进行抗白粉病基因标记筛选和转化,并利用所得分子标记进行分子标记辅助选择,以便真正将010714的抗白粉病基因应用于小麦新材料新品种选育中。以010714为父本与C050S杂交的F_1代植株表现为抗病,说明010714所携带的抗白粉病性状为显性遗传。F_1自交得到的F_2分离群体,其抗病:感病植株比例为139:96。010714的抗白粉病性呈单基因显性遗传模式,其抗白粉病基因与6V染色体有关,由于6V在普通小麦遗传背景下传递率低于50%,致使C050S×010714的F_2群体出现偏离孟德尔模式3:1的分离比例。由引物S2018扩增出的长度为874bp的特异标记RM874可以作为010714、贵农21抗白粉病基因的RAPD分子标记。 3.基于单一PCR条带的大量测序和多重比对,成功地将含有大量重复序列的RM874标记转化为SCAR标记SM142 RM874稳定性欠佳,有待于转化成更稳定和特异的SCAR标记。测序表明,RM874单一条带包含有一系列等长的、来自于重复序列的同源序列片段。在已经测序的克隆子中,克隆子序列RS874与抗白粉病基因一起沿簇毛麦→贵农21→010714→C050S×010714的F_2群体的传递路线。将RM874条带中能在簇毛麦、010714和C050S×010714的F_2群体中均有出现的序列RS874与GenBank中已登录序列进行广泛比对,结果表明010714与抗白粉病基因连锁的RAPD分子标记RM874所包含的重复序列家族与一粒小麦、圆锥小麦、普通小麦、大麦甚至水稻的对应序列具有同源性。RM874及其同源序列为类似gypsy逆转录转座子中gag-pol编码区的部分序列,很可能在转座过程中大量遗留于不同染色体的不同位置,构成了重复序列家族,GISH表明它们在010714染色体组中呈散在分布。RM874为簇毛麦特有的序列,有别于其他近缘物种。010714为6V/6B代换系,所以在010714中RM874为6V染色体特异的RAPD标记。通过RS874与其他RM874序列、一粒小麦、圆锥小麦、普通小麦、大麦和水稻对应序列进行比对,设计出SCAR引物组合05-116/05-117,能扩增出长度为142bp的特异条带,命名为SM142,SM142与抗白粉病基因具有连锁关系,但未呈现共分离的完全连锁。 4.利用SM142标记的辅助选择,实现了抗白粉病性与TGMS不育性的聚合 以C050S×010714的F_2代单株和F_5代单株为RM874和SM142与抗白粉病基因连锁性的验证群体,结果表明RM874和SM142与抗白粉病基因间存在连锁关系,但SM142稳定性好于RM874,二者均可用作C050S×010714杂种后代抗白粉病性的分子标记。利用SCAR标记SM142,进行抗白粉病性分子标记辅助选择,结合传统选育方法,在部分C050S×010714的F_5代群体中选育到2个抗白粉病性得到改良、不育度和株高基本符合育种要求的株系。证明SM142在育种实践中具有一定实用价值。C050S×010714杂种后代出现少量具有SM142但不带抗白粉病基因的现象,是因为个别后代植株发生了易位,出现了感病的6V长臂易位系和抗病的6V短臂易位系,前者SM142与抗白粉病基因不连锁,而后者SM142与抗白粉病基因连锁,说明抗白粉病基因位于6V染色体的短臂上。对于010714和杂种后代,以及其他携带来自于簇毛麦6V染色体的小麦材料来讲,RM874和SM142可作为6V染色体特异的分子标记。对于携带来自于簇毛麦其他染色体的小麦材料而言,RM874有可能在一定程度上作为跟踪簇毛麦遗传物质的分子标记。


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