小麦种质资源赤霉病抗性鉴定及QTL分析

摘要

小麦赤霉病是广泛发生在世界温暖潮湿和半潮湿地区的一种毁灭性病害，由多种镰刀菌引起。致病小麦除发生穗腐外，还可发生苗腐、根腐、茎腐，严重影响小麦产量和品质，还危及人、畜健康。 我国小麦赤霉病重发区，发病区域主要集中在长江中下游冬麦区和东北东部春麦区。近年来随着全球气候变化，小麦赤霉病的发病范围已蔓延到黄淮冬麦区南部。进行小麦品种抗性改良，培育抗性品种是减轻小麦赤霉病危害的根本途径。在赤霉病抗性育种中，我国主要抗赤霉病品种的抗源主要来源于意大利品种南大2419、Funo和台湾小麦，遗传资源日益狭窄，必须开拓新的抗性资源。本研究一是通过对330份小麦资源及构建的近等基因导入系群体连续多年的鉴定，对其赤霉病抗性特点及相关性状作出评价，为进一步深入挖掘其中的抗性基因奠定基础;二是选择以在黄淮麦区大面积推广的内乡188、偃展1号构建的重组自交系群体为材料，进行赤霉病抗性鉴定，寻找与抗性有关的QTL及其连锁的分子标记，为在抗赤育种开展分子标记辅助选择奠定基础;三是为拓宽寻找新的抗性QTL思路，以波斯小麦PS5(AABB，2n=28)与粗山羊草Ae38(DD，2n=14)人工合成的双二倍体小麦Am3为供体，普通小麦品种莱州953为轮回亲本构建近等基因导入系群体，通过分子标记检测含导入系中不同的供体片段，结合赤霉病抗性鉴定，挖掘新的小麦赤霉病抗性基因。本研究获得以下结果: 1.2005～2006年鉴定小麦品种330份，以苏麦3号作为抗病对照，绵阳26作为感病对照，扬麦5号作为中间对照。根据参试品种的感病情况，淘汰那些病情与绵阳26类似甚至严重的材料，选取材料46份（占参试材料的13.93％）于下一年度重复鉴定。46份参试品种病穗率，病穗率100％的品种35个，占参试材料的76.07％，病穗率最低的为三月黄(40％);病情平均严重度变幅为1.17～2.57，平均1.85，其中最低的是白慈麦，最高的是庆丰1号;感病指数变幅为0.15～0.64，平均0.44，最低的为三月黄，最高的是庆丰1号。参试品种赤霉病鉴定性状变异系数的大小依次为:病情指数(24.77)＞平均严重度(18.30)＞病穗率(12.40)。依据病情指数对46个小麦品种及三个对照品种进行聚类、分群。当系数为0.12时，可将49个品种分为6个类群。其中第Ⅰ类群、第Ⅱ类群、第Ⅲ类群中除冀麦32的平均严重度略高于扬麦5号外，其余各品种的感病指数、平均严重度均低于扬麦5号。依据小麦赤霉病抗性评价指标，第Ⅰ类群、第Ⅱ类群、第Ⅲ类群均为抗性较好的品种。 2.以早熟、高产的普通小麦偃展1号和综合性状优良的大面积推广品种内乡188构建的重组自交系为材料，在福建建阳进行连续3年的赤霉病抗性鉴定，并结合群体分子标记遗传图谱对赤霉病抗性QTL进行分析与定位。结果表明:小麦赤霉病抗性基因的表达受环境影响很大，群体的抗性在三年中表现出显著性差异。亲本内乡188赤霉病抗性为中感，偃展1号为高感，在199个参试家系中，大多数家系对小麦赤霉病抗性表现在中感或中感以下，也出现个别抗病较好的家系。三年中共检测到10个QTL，其中QFhb-CAAS-4D2、QFhb-CAAS-5B、QFhb-CAAS-5D.1、QFhb-CAAS-5D.24个QTL连续两年内被检测到。在所检出的赤霉病抗性QTL中，有7个来自于抗病亲本内乡188，3个来自感病亲本偃展1号。 QFhb-CAAS-4D2、QFhb-CAAS-5B、QFhb-CAAS-5D.1、QFhb-CAAS-5D.2可能与抗侵染有关。 3.以四倍体小麦PS5与粗山羊草Ae38人工合成的六倍体小麦Am3为供体亲本，普通小麦品种莱州953为轮回亲本构建的258份BC4F3和BC4F5近等基因导入系群体为材料，进行小麦赤霉病抗性鉴定与评价，为普通小麦近缘野生种质资源在小麦抗赤霉病育种的应用提供参考。结果表明:在参试的146份BC4F3材料中，抗性表现为中感到感的有116份，占参试材料的79.5％，感病指数从0.45～0.88;抗性表现为中抗的有6份。与供体亲本Am3相比，共有37份材料抗性好于或接近Am3，BC4F3近等基因导入系群体的病穗率、感病指数与株高呈极显著负相关。112个BC4F5的材料中，抗性表现为中感到感的占参试材料的79.5％，感病指数从0.45～0.80;抗性表现为中抗的有9份。相关分析表明，BC4F5近等基因导入系群体病穗率、感病指数与小穗密度呈负相关，达极显著水平。BC4F3和BC4F5导入系平均感病指数比莱州953降低41.3％、38.7％，在两个导入系中都出现了抗性接近或超过Am3的参试系。 4.通过对Am3/莱州953BC4F5近等基因导入系群体的赤霉病抗性鉴定，选择抗性从感(S)到中抗(MR)的15个家系为供试材料，进行分子标记检测，在678对引物中，有137对引物在亲本间扩增产物检测到差异，平均每条染色体上检测到6.52个，标记间平均距离为12.12cM。每条染色体上检测到的多态性标记数目差别较大，其中5D和5A染色体上检测到的多态性标记数目最多，第5同源群检测到的多态性标记也最多。利用筛选出来的137对多态性引物，对15个导入系中导入的供体片段进行了检测，共有38对引物在15个导入系中检测到Am3片段，共检测到Am3片段92个，每个导入系均检测到Am3的导入片段，但不同导入系间导入的片段数目有所不同。15个导入系中，导入供体基因组的总长度为844cM，占供体基因组的32.85％。导入片段的数目从2个到17个不等，平均含6.13个，平均长度为8.77cM。21个连锁群中，1A、6D、7A未检测出导入片段，3D、5B染色体是检测到导入片段最多的染色体，1B、3B、4D、6B染色体检测出的导入片段最少，只有1个。根据小麦的SSR整合图谱，绘出每条染色体的导入片段。利用Zaixiang Tang的方法进行QTL的检测，在15个导入系中，共检测出3个QTL，分别影响株高、穗长和感病指数。其中Qdi-caas-5A这个来自Am3的位点可能与抗侵染有关。

目录

符号说明

摘要

第1章 文献综述

1．0 前言

1．1 小麦赤霉病发生及其危害

1．2 小麦赤霉病的抗性遗传

1．2．1 小麦赤霉病的抗性类型

1．2．2 小麦赤霉病的抗性遗传方式

1．2．3 小麦赤霉病的抗性基因数目及染色体定位

1．3 植物DNA分子标记技术

1．3．1 RFLP标记

1．3．2 RAPD标记

1．3．3 AFLP标记

1．3．4 SSR标记

1．3．5 STS标记

1．4 小麦赤霉病抗性基因分子标记研究进展

1．4．1 苏麦3号及其衍生系抗性基因的分子标记

1．4．2 望水白及其衍生系抗性基因的分子标记

1．4．3 其他抗源的研究

1．5 小麦赤霉病抗性种质的筛选

1．6 近等基因导入系的构建与意义

1．6．1 近等基因导入系的构建

1．6．2 近等基因导入系的意义

1．7 本研究的目的

第2章 小麦抗赤霉病种质资源的鉴定

2．0 前言

2．1 材料与方法

2．1．1 供试材料

2．1．2 抗性鉴定

2．1．3 聚类分析和相关分析

2．2 结果与分析

2．2．1 抗性鉴定

2．2．2 参试品种(系)聚类分析

2．3 讨论

第3章 小麦重组自交系群体偃展1号／内乡188抗赤霉病QTL分析

3．0 前言

3．1 材料和方法

3．1．1 供试材料

3．1．2 遗传图谱的构建

3．1．3 赤霉病抗性鉴定

3．1．4 QTL分析

3．1．5 数据分析

3．2 结果与分析

3．2．1 偃展1号／内乡188重组自交系群体小麦赤霉病感病指数分析

3．2．2 偃展1号／内乡188重组自交系群体赤霉病抗性分析

3．2．3 偃展1号／内乡188重组自交系群体赤霉病抗性QTL分析

3．3 讨论

第4章 小麦Am3／菜州953近等基因导入系赤霉病抗性分析

4．0 前言

4．1 材料与方法

4．1．1 供试材料

4．1．2 抗性鉴定

4．1．3 数据分析

4．2 结果与分析

4．2．1 2005-2006年度Am3／莱州953BC4F3群体赤霉病抗性与相关性状分析

4．2．2 2005-2006年度Am3／莱州953BC4F5群体赤霉病抗性与相关性状分析

4．2．3 2006～2007年度BC4F3和BC4F5导入系抗性与相关性状分析

4．3 讨论

第5章 小麦Am3／莱州953近等基因导入系赤霉病分子标记检测

5．0 前言

5．1 材料与方法

5．1．1 供试材料

5．1．2 DNA提取

5．1．3 SSR标记

5．1．4 PCR反应

5．1．5 SSR荧光标记法

5．2 统计分析

5．2．1 近等基因系导入片段的鉴定及导入片段长度的估计

5．2．2 抗性鉴定

5．2．3 QTL位点检测

5．3 结果与分析

5．3．1 亲本间的标记多态性检测

5．3．2 导入系中导入片段的数目、大小及染色体位置

5．3．3 与赤霉病抗性有关的分子标记检测

5．4 讨论

5．4．1 近等基因导入系与小麦赤霉病抗性QTL定位

5．4．2 近等基因导入系育种中的应用

第6章 小结

参考文献

致谢

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