小麦抗条绣和白粉病基因的分子标记定位

【摘要】：条锈和白粉病是中国小麦生产中的两种重要病害。利用新的抗病基因及与其紧密连锁的分子标记能促进持久抗性在育种中的应用。目前，多个小麦白粉病数量性状抗性基因已在载体品种（系）中被鉴定并被定位于不同的染色体上，几乎小麦所有染色体上均含有白粉病成株抗性基因。但是，在这些含有抗性基因的材料中仅有少数品种表现优良的农艺性状及较好的适应性，而且，目前仅有少数抗性基因对中国小麦条锈菌表现有效抗性。意大利小麦品种Strampelli、Libellula及中国小麦地方品种平原50对白粉病具有良好的成株抗性，此前课题组已对3个品种的条锈病成株抗性基因进行了定位分析，本研究利用与之相同的遗传群体进行白粉病成株抗性研究，分析其抗性与已定位条锈病成株抗性基因的相关性，并且分析小麦品种陕农104和陕农78是否含有新的苗期抗条锈性基因，具体研究目标是：1）分析Strampelli、Libellula和平原50白粉病成株抗性基因数目及所在染色体的位置；2）分析陕农104和陕农78的苗期抗条锈性，发掘可用于抗病育种中与抗病基因紧密连锁的分子标记。研究结果如下： 1.在Strampelli/辉县红群体中，检测到5个与白粉病成株抗性相关的QTL，QPm.caas-2BS、QPm.caas-3BS、QPm.caas-5BL.l和QPm.caas-7DS，在不同环境下分别解释表型变异的1.0%-3.5%、0.4%-1.6%、5.5%-6.9%和27.1%-34.5%。其中QPm.caas-7DS与Lr34/Yr18/Pm38相同。来自Strampelli的QPm.caas-2BS和QPm.caas-5BL.l以及来自辉县红的QPm.caas-3BS可能是新的抗白粉病QTL。另外，QPm.cass-4BL、QPm.caas-5BL.2和QPm.caas-7DS与在相同遗传群体中发现的条锈病成株抗性QTL位于同一个基因组区域，表明这些基因位点具有兼抗白粉病和条锈病的特点。在育种中，抗病亲本Strampelli可用作提高小麦对这两种病害持久抗性的种质资源。 2.在群体Libellula/辉县红中，利用完备区间作图法检测到了４个QTL，分别命名为QPm.caas-2BS、QPm.caas-4BL、QPm.caas-6BL和QPm.caas-7DS。根据3个环境下的总平均值，它们可解释的表现型变异分别为2.3%、14.7%、4.7%和10.3%，分别来自Libellulla和辉县红的QPm.caas-2DS和QPm.caas-6BL被定位于2DS和6BL染色体上，可能是新的抗病基因。来自Libellulla的QPm.caas-2DS和QPm.caas-4BL与已定位的条锈病成株抗性QTL位于同一基因组区域。其中，Libellulla中的QPm.caas-7DS与持久抗性基因Lr34/Yr18/Pm38位置相同。群体中已定位的基因及其紧密连锁的分子标记有助于小麦条锈病和白粉病持久抗性育种。 3.在双单倍体（doubled haploid，DH）群体平原50/铭贤169中，检测到来自抗病亲本平原50的３个QTL QPm.caas-2BS.2、QPm.caas-3BS和QPm.caas-5AL，分别解释表型变异的5.3%、10.2%和9.1%，而来自铭贤169的QPm.caas-3BL解释表型变异的18.1%。其中QPm.caas-3BS、QPm.caas-3BL和QPm.caas-5AL可能是新发现的白粉病成株抗性基因。QPm.caas-2BS.2和QPm.caas-5AL与此前在同一遗传作图群体中发现的条锈病成株抗性QTL具有相同的染色体位置，表明这两个QTL兼抗白粉病和条锈病。在小麦抗病育种中，地方品种平原50可作为兼抗性种质资源以提高品种白粉病和条锈病的成株抗性。 4.对杂交组合陕农104/铭贤169的F1、F2和F3群体在温室内接种条锈菌流行小种CYR32，并进行苗期抗性鉴定，利用SSR标记对遗传群体进行分析，发现并定位了来自陕农104的苗期抗性基因YrSN104。YrSN104位于1BS染色体，与６个SSR标记紧密连锁，遗传距离分别为2.0cM（Xgwm18、Xgwm273）,2.6cM（Xbarc187、Xgwm11、Xbarc137）和5.9cM（Xbarc240）。对陕农104进行系谱及抗谱分析表明，该基因可能是一个与Yr24/Yr26位置相同或者紧密连锁的新基因。在育种中，YrSN104单独或与其它抗病基因进行聚合转育到农艺亲本中，将减轻条锈病对小麦生产的危害。 5.对抗病品种陕农78与感病品种铭贤169杂交获得的F1、F2和F3群体苗期接种高致病性小种CYR32，遗传分析表明陕农78含有一个对CYR32表现高抗的抗条锈病基因。采用分离群体分组分析法，获得了与该基因紧密连锁的３个分子标记XAF4、XH20和Xbarc8，并将该基因定位于1BL.1RS染色体上，暂命名为YrSN78。系谱分析及其紧密连锁的分子标记表明YrSN78与YrCn17和YrR212不同，但其可能与Yr9相同或者是Yr9的等位基因。与YrSN78紧密连锁的分子标记可用于小麦抗条锈病分子标记辅助育种。