小麦-冰草衍生系“普冰7-4”抗白粉病与矮秆性状的遗传分析

摘要

通过远缘杂交技术将小麦野生近缘植物的优异基因转入普通小麦，是创制新种质、拓宽小麦育种遗传基础、促进育种水平持续提高的重要途径。在获得创新种质的基础上，进一步阐明控制优异性状的基因及其遗传特征，对于提高创新种质的育种利用效率具有重要意义。本研究以普通小麦Fukuho（Triticum aestivumL.，2n=6x=42，AABBDD）与冰草Z559(Agropyron cristatum(L.)Gaertn.，2n=4x=28，PPPP)杂交后代中选育的创新种质“普冰7-4”为材料，通过农艺性状调查、P基因组遗传成份检测等多种方法，对其白粉病抗性及矮秆性状进行遗传分析，该研究结果不仅为小麦育种创制新种质，还为新种质的有效利用提供理论指导。
　　1、创新种质“普冰7-4”具有良好的综合农艺性状。经过多年多环境的大田表型观察，“普冰7-4”遗传稳定，具有全生育期高抗白粉病、矮秆的典型特征;其综合农艺性状良好，具体表现为:株高52cm(51.2-53.2cm)，穗下茎长20.4cm(19.5-21.2cm)，有效分蘖18(14-21)，小穗粒数4-5，小穗数20(19-21)，穗粒数61粒（56-73粒），千粒重25.1g，籽粒饱满。
　　2、“普冰7-4”携带有来自冰草P基因组的遗传成份。利用GISH技术的分析结果显示，没有检测到冰草P基因组的片段;但通过用832对冰草P基因组特异引物进一步检测发现，有3对引物(Agc2970、Agc6287和Agc21686)能够检测出冰草P基因组的遗传成份，说明该创新种质是一个含有极小冰草染色体片段/P基因组遗传成份的小麦-冰草渗入系。
　　3、“普冰7-4”的白粉病抗性由1对显性单基因控制且抗谱广泛。用21个小麦白粉病生理小种对亲本“普冰7-4”进行鉴定，“普冰7-4”对所有生理小种均表现为高抗。用白粉病生理小种E09对“普冰7-4”×铭贤169杂交后代F1、F2苗期进行接种并调查表型，F1均表现为高抗白粉病，F2群体后代的抗感分离比为3∶1，这表明“普冰7-4”的白粉病抗性受单显性基因控制，暂命名为Pmpubing7-4。
　　4、“普冰7-4”白粉病抗性基因Pmpubing7-4是一个新基因或者等位基因。以“普冰74”×铭贤169F2、F2∶3群体为材料，用白粉病生理小种E09接种鉴定并进行表型鉴定，利用分子标记技术和混合分组分析法(BSA)进行遗传分析并构建遗传连锁图谱，将Pmpubing7-4定位在小麦染色体5DS上，与分子标记Xcfd81和Xbwm25分别相距2.6cM和3.3cM。抗谱和分子标记的比较分析表明，Pmpubing7-4抗谱不同于任何一个已报道定位在5DS上的抗白粉病基因，这说明Pmpubing7-4是一个新基因或者等位基因。
　　5、“普冰7-4”的矮秆性状为半隐性遗传且对赤霉酸不敏感。通过对“普冰7-4”×铭贤169、“普冰7-4”×中作9504和“普冰7-4”×Fukuho杂交F1代以及“普冰7-4”×铭贤169的F2∶3群体进行株高表型调查分析，结果表明“普冰7-4”的矮秆特性为半隐性遗传，且是由主基因控制、微效多基因共同作用的数量性状。
　　6、“普冰7-4”矮秆性状QTL的初步定位。对“普冰7-4”和铭贤169在小麦全基因组进行分子标记筛选，对其杂交组合的F2群体进行分子标记分析，构建遗传连锁图谱，用F2∶3株系进行QTL定位，共检测到3个QTL位点，位于小麦的4B、4D和5D染色体上，即QPh-4B、QPh-4D和QPh-5D，解释的表型变异率分别是34.2％、47.99％和8.90％。“普冰7-4”的赤霉酸反应实验结果表明“普冰7-4”为赤霉酸不敏感型。
　　上述研究结果说明，创新种质“普冰7-4”在小麦改良中具有广阔的应用前景，P基因组特异标记的获得，抗白粉病新基因的发掘与紧密连锁标记的建立，以及矮秆性状的初步遗传分析，将为提高该创新种质的利用效率奠定理论基础。

目录

声明

摘要

英文缩略表

第一章 文献综述

1．1 小麦白粉病抗性基因的研究进展

1．1．1 小麦白粉病抗性

1．1．2 小麦抗白粉病基因的发掘与利用

1．1．3 小麦野生近缘植物是重要的小麦白粉病抗性基因源

1．2 小麦矮秆基因的研究进展

1．2．1 小麦矮化基因的类型

1．2．2 小麦矮秆基因的来源与遗传定位

1．2．3 小麦矮秆基因在我国小麦改良中的作用

1．3 小麦-冰草衍生系的研究进展

1．3．1 冰草具有可供小麦遗传改良的多个优异性状

1．3．2 小麦-冰草衍生系的创制

1．4 本论文的立题依据与研究意义

第二章 “普冰7-4”农艺性状评价与冰草P基因组的遗传成份检测

2．1 试验材料

2．2 试验方法

2．2．1 田间试验

2．2．2 基因组DNA提取

2．2．3 GISH检测

2．2．4 冰草特异EST分子标记检测

2．3 结果与分析

2．3．1 “普冰7-4”的综合农艺性状

2．3．2 “普冰7-4”的GISH检测

2．3．3 冰草特异性分子标记检测

第三章 “普冰7-4”白粉病抗性的遗传分析及基因定位

3．1 试验材料

3．2 试验方法

3．2．1 田间试验

3．2．2 基因组DNA提取

3．2．3 白粉病抗性表型鉴定

3．2．4 小麦SSR分子标记检测

3．2．5 数据统计与分析

3．3 结果与分析

3．3．1 “普冰7-4”具有全生育期白粉病抗性、且抗性广谱

3．3．2 “普冰7-4”白粉病抗性基因的遗传分析

3．3．3 Pmpubing7-4的染色体定位

3．3．4 Pmpubing7-4与5DS上其他已知基因的比较

3．3．5 Pmpubing7-4与PmPB3558的等位性测试

3．4 讨论

3．4．1 “普冰7-4”白粉病抗性基因Pmpubing7-4的可能来源

3．4．2 Pmpubing7-4与其他5DS已知白粉病抗性基因的比较分析

3．4．3 Pmpubing7-4与PmPB3558、Pm2b的比较分析

3．4．4 Pmpubing7-4抗性基因是一个新的抗白粉病基因且具有广阔的应用前景

第四章 “普冰7-4”矮秆性状的QTL定位

4．1 试验材料

4．2 试验方法

4．2．1 田间试验

4．2．2 基因组DNA提取

4．2．3 株高性状考查

4．2．4 赤霉酸反应

4．2．5 标记检测

4．2．6 数据统计与分析

4．3 结果分析

4．3．1 幼苗赤霉酸反应

4．3．2 “普冰7-4”的矮秆基因检测

4．3．3 “普冰7-4”矮秆性状的遗传分析

4．3．4 “普冰7-4”矮秆性状QTL的初步定位

4．4 讨论

4．4．1 株高QTL初步定位

4．4．2 “普冰7-4”中的矮秆基因分子标记检测

第五章 结论

参考文献

致谢

作者简历