小麦品种（系）苗期和成株期抗叶锈病基因发掘和分子定位

摘要

由小麦叶锈菌(Puccinia triticina)引起的小麦叶锈病是世界上重要的小麦病害。利用抗病品种是防治小麦叶锈病最为经济有效的措施，发掘和标记小麦抗叶锈新基因是利用抗病基因控制叶锈病的重要前提。
　　本研究共对4个分离群体进行了抗叶锈基因遗传分析和分子标记定位，其中CIMMYT小麦品系19HRWSN-122和中国小麦品种LB0288用于苗期抗病基因定位，小麦品系W014204和平原50用于成株抗性基因QTL分析。以小麦品系19HRWSN-122为材料，与感病小麦品种郑州5389杂交，获得F1、F2群体和F2∶3家系，利用基因推导、抗性遗传分析和SSR分子标记技术定位抗叶锈基因。以小麦品种LB0288为材料，与感病小麦品种Thatcher杂交，获得F1、F2代群体，用叶锈菌小THTT分别对双亲及其杂交后代进行叶锈鉴定并进行标记分析。以中国小麦材料W014204与郑州5389杂交得到的215个F2∶3代家系为材料，连续三年在河北保定种植，统计该群体在田间叶锈病的严重度，鉴定群体的表型数据，利用1，215对SSR引物在亲本和小群体间进行筛选，找到与成株抗叶锈病基因连锁的QTL位点。选用杂交组合平原50/铭贤169的DH群体148个家系，连续两年在河南周口、河北保定种植，进行田间接种和抗叶锈病鉴定得到表型数据，1，215对SSR标记用于在亲本间筛选，找到与成株抗叶锈病基因连锁的QTL位点。主要取得以下成果:
　　1.用叶锈菌小种THJP接种CIMMYT小麦品系19HRWSN-122的F1、F2代群体，以及F2∶3家系进行苗期抗性鉴定，结果表明19HRWSN-122表现高抗，郑州5389表现高感，用卡方测验（x2-test）其适合度，F2代群体符合3∶1的抗感理论分离比例，F2∶3家系符合1∶2∶1的抗感理论比例，表明19HRWSN-122对生理小种THJP的抗性由1对显性的抗性基因控制，命名为LrHR122。利用SSR技术和分离群体分组法(BSA)分析F2∶3家系，作图软件MapManager QTXb20进行连锁分析和构建遗传图谱，将LrHR122被定位在3DL染色体上，与1个SCAR标记SCS1302609共分离，与1个SSR标记barc71，1个STS标记STS24-16和3个EST标记BM137927, BE444864,BE442875)紧密连锁，遗传距离为0.4-1.6 cM。在苗期用13个叶锈菌种对19HRWSN-122和TcLr24进行抗性鉴定，结果表明它们均对13个叶锈菌生理小种表现为高抗，具有相同的抗性谱，并且LrHR122与Lr24特异性的分子标记(SCS1302609)共分离，又通过系谱和籽粒颜色分析，证明LrHR122与Lr24为同一个抗叶锈病基因。用与LrHR122紧密连锁的分子标记barc71和BE444864来检测36个含有已知基因的近等基因系和20个中国小麦品种，说明barc71和BE444864能特异的检测不同遗传背景下的Lr24的分子标记，可作为Lr24的分子标记，与Lr24紧密连锁的SSR和EST标记为首次报道，可以用于Lr24的分子标记辅助选择。
　　2.用叶锈菌小种THTT接种中国小麦品系LB0288、F1、F2代群体，鉴定表明LB0288表现近免疫，Thatcher表现高感，用卡方测验（x2-test）检验其适合度，符合3∶1理论分离比例，表明LB0288对生理小种THTT的抗性由1对显性基因控制，命名为LrLB88。经过亲本和抗感池间标记筛选以及F2代群体的标记检测，位于5DL的SSR标记Xbarc144在两亲本及抗感池间有多态性，与抗病基因紧密连锁，遗传距离为5.3 cM，用特异性的与Lr1紧密连锁的STS标记验证，表明Lr1的STS标记与LrLB88共分离，推断LB0288的抗性特点和染色体位置为Lr1的等位基因rLB88。
　　3.亲本W014204和郑州5389以及36个含有已知基因的近等基因系接种14个中国的叶锈菌生理小种，通过苗期基因推导，与Lr26共分离的分子标记(ω-secalin和Glu-B3)检测，结果表明W014204携带抗叶锈病基因Lr26。W014204对其它Lr26致病小种表现出抗性，表明W014204还含有其它未知的抗叶锈病基因。QTL分析结果表明中国小麦品系W014204含有3个与成株抗叶锈性相关的QTL位点，分别位于1BL，2BS和7DS染色体上，分别暂命名为QLrhbu-1BL，QLr.hbu-2BS和QLr.hbu-7DS。QLr.hbu-1BL证明是Lr46，解释了2.9-8.4％的表型变异。第二个QTL位点位于2BS染色体上，该位点为主效QTL位点，能够稳定的在所有环境中检测到，解释了11.5-38.3％的表型变异，可能为新的QTL位点。第三个QTL位点位于7DS染色体上，被证明是Lr34，也能稳定的在所有的环境中检测到，解释了8.5-44.5％的表型变异。
　　4.平原50与铭贤169所组配的DH系接种叶锈菌生理小种混合菌种，MDS方差分析表明群体各株系间和地点间差异均极显著，而各重复之间差异不显著，说明基因型和环境共同影响小麦对叶锈病抗性的表达。群体后代株系MDS在多个环境下均呈连续性变异，表明该群体的叶锈病成株抗性由数量性状基因所控制，存在着几个QTL位点。QTL分析结果表明小麦持久抗病品系平原50含有5个与成株抗叶锈性相关的QTL位点，分别位于4A、5D、7B、7D和7DS染色体上，分别解释6.73％、5.30％、6.06％、6.69-9.60％和4.00-6.42％的表型变异。其中位于4A和7D染色体上的QTL位点可能是新的，位于7DS染色体上的位点为Lr34。

目录

声明

摘要

引言

1 抗病性研究简史

2 抗叶锈性的类型

3 抗病遗传研究方法

3．1 基因推导法

3．2 常规杂交法

3．3 染色体定位法

3．4 分子标记法

4 成株抗叶锈基因QTL作图

4．1 QTL分析步骤

4．2 QTL分析方法

4．3 QTL定位阈值

5 小麦抗叶锈基因的研究进展

5．1 主要苗期抗性基因

5．2 主要成株抗性基因

5．3 其他抗性基因

6 本研究意义及主要内容

第一章 CIMMYT小麦品系19HRWSN-122中抗叶锈病基因定位

1 材料与方法

1．1 试验材料

1．2 试验方法

2 结果与分析

2．1 19HRWSN-122和36个具有已知基因的近等基因系的苗期反应型

2．2 19HRWSN-122中抗叶锈病基因的遗传分析

2．3 连锁分析与遗传作图

2．4 Lr24和LrHR122基因的关系

2．5 多态性分子标记的验证

3 讨论

3．1 Lr24的分子作图

3．2 KS91WGRC11在中国不适合作为Lr42的载体材料

3．3 中国小麦叶锈抗病育种

第二章 中国小麦品种LB0288中抗叶锈病基因定位

1 材料与方法

1．1 试验材料

1．2 试验方法

2 结果与分析

2．1 苗期基因推导

2．2 遗传分析

2．3 分子标记筛选和基因定位

3 讨论

Lr1和LrLB88的关系

第三章 小麦品系W014204成株抗叶锈病基因的QTL作图

1 材料与方法

1．1 试验材料

1．2 试验方法

2 结果与分析

2．1 苗期抗病基因的鉴定

2．2 W014204／郑州5389群体田间表型分析

2．3 W014204／郑州5389群体的QTL分析

2．4 非等位QTL位点间的互作

3 讨论

3．1 抗叶锈病基因Lr34与Lr46的互作

3．2 QLr．hbu-2BS

第四章 小麦品系平原50成株抗叶锈病基因的QTL作图

1 材料与方法

1．1 试验材料

1．2 试验方法

2 结果与分析

2．1 群体抗叶锈性分析

2．2 成株抗性QTL定位

3 讨论

论文主要创新点

参考文献

附录

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作者简介

致谢