基于毒性表型及SNP标记的西藏小麦条锈菌群体遗传分析

摘要

由条形柄锈菌（Puccinia striiformis f.sp.tritici）引起的条锈病是小麦上重要的真菌病害，常年为害小麦并严重威胁小麦安全生产。由于特殊的地理位置，我国西藏小麦种植区与内陆小麦产区隔离，同时小麦条锈病在该区域发生频繁，造成严重产量损失。因此，分析该地区小麦条锈菌的毒性小种组成及群体遗传结构，对于我国这一个小麦条锈病相对独立的流行区病害的防治及抗锈基因在该区域的合理布局，均有重要的指导作用。 本研究以采自西藏地区的150个单孢子菌系为研究对象，利用中国鉴别寄主及国际近等基因系两套鉴别寄主对其进行毒性表型鉴定，并采用KASP-SNP标记技术对西藏小麦条锈菌群体进行分子基因型标记，所得结果如下： 一、基于中国鉴别寄主的毒性表型 （1）生理小种鉴定结果显示，共鉴定到19个已知的条锈菌生理小种及11个未知小种；流行类群为Hybrid46致病类群，出现频率为42.67%，其中Hybrid46-7为优势小种，主要流行于米林县西部，频率为26.67%；居于第二位的是CYR27以前的致病小种类型，频率为39.33%，其中CYR23出现频率最高，频率为14.67%，还有近十年没有出现的小种，如CYR10；值得关注的是，出现频率第三高的是贵农22类群，频率为6.67%，主要生理小种为CYR34分布米林县，这是西藏地区首次发现CYR34类型生理小种。 （2）毒性基因分析结果表明，丰产3号、丹麦1号、Hybrid46、Trigo-Eureka、洛夫林10/13、阿夫对应的毒性基因V1、V3、V3b、V4b、V6、V9、VA频率分别为95.90%、94.90%、49.30%、62.50%、53.70%、99.40%。说明西藏丰产3号，丹麦1号，阿夫对条锈菌丧失有效抗性，与前人研究一致；而V6、V9相比以前出现频率下降。 （3）毒性多样性分析结果表明，Nei’s多样性指数（Hs）最高是米林县东部菌系，为0.222，第二高则是洛扎县菌系，为0.197，米林县西部菌系最低。 （4）聚类分析结果表明，群体遗传相似系数范围为:0.79~1.00，西藏条锈菌群体表型聚类可以分为3个群体，一是巴宜区菌系与毒性结构极为相似的米林县东部菌系组成的群体；二是比较相似的波密县菌系与洛扎县菌系组成的群体；三是米林县西部菌系构成的群体。其中米林县西部群体与其他两个群体差异性较大。 二、基于近等基因系鉴别寄主的毒性表型 （1）生理小种鉴定结果显示，鉴定到88个生理小种类型，其中出现菌株数大于2株的生理小种有19个。最高出现频率的是为octal数值为400021的生理小种，频率为10%，居于后位的有octal值分别为541223，500021，561223的小种，频率分别为8.7%，5.3%，5.3%。 （2）毒性基因分析结果表明，150个单孢子堆菌系对抗性基因Yr5和Yr15均无毒，表明抗性基因Yr5、Yr15仍具有效抗性；5个地区的条锈菌群体对抗性基因Yr1、Yr3、Yr9、Yr44，YrTye，Yr31的毒性频率均超过80%，表明这些抗性基因在西藏地区没有有效抗性。 （3）毒性多样性分析结果表明，Nei’s多样性指数(Hs)米林县东部菌系，为0.167，第二高是巴宜区菌系，为0.128，洛扎县波密菌系多样性都比较低。 （4）聚类分析结果表明，群体遗传相似系数范围为:0.89~0.97，西藏条锈菌群体表型聚类可以分为3个群体，与基于中国鉴别寄主的毒性聚类结果一致。 三、基于SNP分子标记 （1）Structure群体分析表明，150西藏菌株及23个云南西部菌株最佳K值为4，云南西部群体与西藏群体相对独立，西藏群体分为米林县西部群体、洛扎县与波密县群体、巴宜区米林县西部群体，波密县群体与地理位置相近的米林东部群体具有一定的相似性。 （2）对西藏群体的主成分判定分析发现，西藏群体分为米林县西部群体、巴宜和米林县东部群体、波密和洛扎县群体，其中米林县西部群体相对另外两个群体较为独立，巴宜和米林县东部群体、波密和洛扎县群体这两个群体具有一定的相似性。 （3）分子聚类分析发现，150个西藏单孢子菌系大体分为三个群体，按照地理群体聚类分析发现，洛扎县与波密县群体与米林县西部群体较为相似、巴宜区米林县西部群体相对独立。 （4）物种水平上平均遗传多样性值（GD）为0.2645，多态信息量（PIC）是0.2148，5个地区群体的遗传多样性（表3-2）表明米林县东部菌系的遗传多样性最高，第二高的为洛扎县菌系，之后时波密县菌系、巴宜区菌系和米林县西部菌系。这与毒性多样性分析存在差异。 （5）基因流分析发现，洛扎与波密、洛扎与米林县东部存在高度基因交流，巴宜与米林东部存在中度基因交流。

目录

论文说明

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第一章 文献综述

1.1 小麦条锈菌

1.1.1 小麦条锈菌分类学地位及生物学特性

1.1.2 小麦条锈菌的生活史

1.1.3 小麦条锈菌寄主

1.2 小麦条锈菌种群群体研究

1.2.1 小麦条锈菌致病专化型的研究与鉴定

1.2.2 小麦条锈菌毒性基因与小麦抗条锈性基因研究

1.2.3 条锈菌毒性表型研究方法

1.2.4 小麦条锈菌群体分子标记方法

1.3.1 小麦条锈病的危害

1.3.2 小麦作物在西藏的布局

1.3.3 西藏地区小麦条锈病的研究进展

1.4 选题的依据与意义

第二章 西藏小麦条锈菌群体毒性表型分析

2.1 材料和方法

2.1.1 标本的采集与菌种繁殖

2.1.2 条锈病菌生理小种或致病类型鉴定

2.1.3 数据处理

2.2 结果与分析

2.2.1 西藏地区小麦条锈菌生理小种分析

2.2.2 西藏地区小麦条锈菌毒性基因分析

2.2.3 毒性多样性分析

2.2.4 毒性表型聚类分析

2.3 讨论

第三章 西藏小麦条锈菌群体SNP分子标记分析

3.1 材料与方法

3.1.1 菌系DNA提取

3.1.2 SNP引物的筛选及标记分析

3.1.3 数据处理

3.2 结果与分析

3.2.1 Structure分析结果

3.2.2 DAPC分析结果

3.2.3 分子聚类与基因流分析

3.2.4 遗传多样性分析

3.2.5 SNP分子标记分析与表型分析的比较

3.3讨论

第四章 结论

附录

参考文献

致谢

个人简历