与苏麦3号赤霉病抗性主效QTL紧密连锁的分子标记及其应用

摘要

本发明涉及一种与苏麦3号的赤霉病抗性主效QTL紧密连锁的分子标记及其应用。该分子标记Xgwm533和stm748 tcac的大小分别为316bp和205bp。该分子标记可以用于苏麦3号及其衍生品种或品系的基因型检测，以判断该品种或品系是否具有赤霉病抗性。其优点在于：与目前使用的分子标记Xgwm533－Xgwm493相比，其QTL区段在长度只有1.0cm，它更能提高苏麦3号的赤霉病抗性主效QTL分子标记辅助选择的效率。

说明书

技术领域

本发明涉及小麦育种和分子生物学领域，通过利用与小麦赤霉病抗性主效QTL紧密连锁的分子标记进行辅助育种，以提高小麦抗赤霉病育种的效率。尤其是一种与苏麦3号的赤霉病抗性主效QTL紧密连锁的分子标记及其应用。

背景技术

小麦赤霉病是温暖、潮湿麦区的重要病害，主要由禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)引起。小麦赤霉病不仅造成严重的产量损失，而且病麦粒残留的脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol，DON)等真菌毒素，严重威胁人畜的健康，培育抗病品种是防治这一病害最经济和有效的手段。大量前人工作(柏贵华，上海农业学报，1989，5(4)：17～23；Sinijders CHA，Euphytica，1990，50：11～18；Singh RP，Plant Disease，1995，79：238～240；van Ginkel M，Plant Disease，1996，80：863～867；Bai G-H，Theor.Appl.Genet.，2000，100：1～8.)已表明，小麦的赤霉病抗性是由2-3对主效基因控制以及数量不详的微效基因共同修饰的数量性状，遗传机制较为复杂。小麦赤霉病的抗性鉴定受环境因素影响较大，鉴定十分困难，不仅需要一定的控温、控湿措施，而且只能在小麦开花期进行，费时费力，也是导致小麦抗赤霉病育种进展缓慢的重要原因。

近几年发展起来的分子标记辅助育种技术，有效地解决了这一问题，通过构建重要抗源的遗传图谱和数量性状位点(Quantitative Trait Loci，QTL)分析，可以找到与小麦赤霉病抗性主效QTL紧密连锁(或共分离)的分子标记。使用与某一特定抗源抗赤性主效QTL紧密连锁的分子标记，可以对该特定抗源的后代及其衍生品种(系)在苗期进行早世代筛选，淘汰不抗病的植株，节约生产成本，提高育种和选择效率。

苏麦3号是江苏省农业科学院苏州地区农科所培育的抗赤霉病小麦，已成为全世界广泛使用的赤霉病重要抗源，近年来国内外学者对该品种及其衍生系的小麦赤霉病抗性QTLs的遗传作图和定位进行了大量研究，在3B染色体的短臂发现可以解释40％以上赤霉病抗性的主效QTL(Waldron，1999；Bai，1999；Anderson，2001；Buerstmayr，2002；周淼平，2003；2004)。与该QTL连锁的分子标记Xgwm533和Xgwm493已用于分子标记辅助育种，但Xgwm533-Xgwm493的QTL区段长度一般达到8.3-24.0cM，在实际应用中直接影响了分子标记辅助育种的精度。

发明内容

本发明目的在于：针对目前已经公开的与苏麦3号的赤霉病抗性主效QTL紧密连锁的分子标记Xgwm533-Xgwm493的QTL区段的长度一般达到8.3-24.0cM，在实际应用中直接影响了分子标记辅助育种的精度，通过对苏麦3号的赤霉病抗性主效QTL进行精细定位，提供一种与苏麦3号的赤霉病抗性主效QTL更紧密连锁的分子标记及其应用。

本发明目的是这样实现的：一种与苏麦3号的赤霉病抗性主效QTL紧密连锁的分子标记，其特征在于，用小麦品种苏麦3号的DNA，分别采用PCR引物对5’AAGGCGAATCAAACGGAATA3’和5’GTTGCTTTAGGGGAAAAGCC3’及5’CACACATTAAAACCAGATTCAGAGGA3’和5’TCTCTCTCTCTCTCACACACAC3’进行PCR扩增，扩增产物在6％聚丙烯酰胺凝胶上电泳分离后，分别获得大小为316bp和205bp的分子标记Xgwm533和stm748tcac。

在本发明中：所述的小麦品种苏麦3号的DNA是指对苏麦3号小麦植株的叶片，分离提取获得的DNA；所述的6％聚丙烯酰胺凝胶是指：100ml聚丙烯酰胺胶溶液中含有5.7克丙烯酰胺和0.3克甲叉双丙烯酰胺。

一种上述与苏麦3号的赤霉病抗性主效QTL紧密连锁的分子标记的应用，其特征在于：将分子标记Xgwm533和stm748tcac用于苏麦3号及其衍生品种或品系的基因型检测，以判断该品种或品系是否具有赤霉病抗性。

在本发明的应用中：是将苏麦3号及其衍生品种或品系为父本或母本与其他小麦杂交并繁衍至F₂代以上，获取它们的DNA，然后用Xgwm533和stm748tcac的引物对这些DNA进行聚合酶链式反应(PCR)，评判这两个标记是否同时存在，来预测该品种或品系是否具有赤霉病抗性。

在本发明的应用中：所述小麦品种或品系是指苏麦3号及其衍生品种或品系，苏麦3号衍生品种或品系是指以苏麦3号为亲本，通过常规杂交、或采用组织培养、或采用花药培养、或采用玉米与小麦杂交诱导单倍体，再用秋水仙素加倍获得双单倍体或采用遗传转化方法获得的小麦品种或品系。

在本发明的应用中：所述的基因型检测是指检测苏麦3号及其衍生品种或品系的DNA中是否存在与小麦品种苏麦3号的赤霉病主效QTL相连锁的分子标记Xgwm533和stm748tcac；只有在两个分子标记同时出现时，则预测该小麦的赤霉病的抗性达到“中抗”以上水平，否则为“感”。

在本发明的应用中：所述的“中抗”以上水平是指小麦赤霉病达到“抗病”或“中抗”，小麦赤霉病的病小穗率小于10％为“抗病”，病小穗率达到10.1-25.0％，为“中抗”，所述的“感”是指小麦赤霉病的病小穗率在25.1％以上。

本发明的优点在于：本发明与目前使用的与苏麦3号的赤霉病抗性主效QTL紧密连锁的分子标记Xgwm533-Xgwm493一样，都能克服常规育种中小麦赤霉病抗性鉴定易受环境影响，并且只能在开花期鉴定筛选的缺点，在苗期就可通过检测分子标记对小麦植株的赤霉病抗性进行预测和筛选，淘汰感病植株，减少人力物力的浪费，提高育种效率；由于Xgwm533-stm748tcac的QTL区段在长度只有1.0cM(参见图1)，与目前使用的分子标记相比，更能提高苏麦3号的赤霉病抗性主效QTL分子标记辅助选择的效率。

附图说明

图1是苏麦3号3B染色体主效QTL分析的LOD值分布图。

图中：左边为3B染色体遗传连锁图，标记间的图距已用数据标出；右边的曲线图为QTL的LOD值分布图，虚线为3.0阈值。

具体实施方式

实施例1：

Xgwm533和stm748tcac两个分子标记对抗赤霉病品种苏麦3号和感赤霉病品种安农8455赤霉病抗性预测：

首先，从小麦品种苏麦3号和安农8455的植株分别分离提取叶片的DNA；将获得的DNA分别采用PCR引物对5’AAGGCGAATCAAACGGAATA3’和5’GTTGCTTTAGGGGAAAAGCC3’及5’CACACATTAAAACCAGATTCAGAGGA3’和5’TCTCTCTCTCTCTCACACACAC3’进行PCR扩增，扩增产物在6％聚丙烯酰胺凝胶(100ml聚丙烯酰胺胶溶液中含有5.7克丙烯酰胺和0.3克甲叉双丙烯酰胺)上电泳分离后，根据能否获得大小为316bp和205bp的分子标记Xgwm533和stm748tcac预测小麦品种的赤霉病抗性，如果同时存在这两个标记，预测该小麦品种赤霉病抗性达到“中抗”以上，如果两个标记都不存在，预测该小麦品种“感”赤霉病。结果见表1，预测结果与实际鉴定结果完全吻合。

表1小麦品种的赤霉病抗性预测

  品种名称            预测结果                  实际结果 Xgwm533  Stm748tcac  赤霉病抗  性  2005年  病小穗率  (％)  2006年  病小穗  率(％)  平均病  小穗率  (％)  赤霉病  抗性  苏麦3号  +  +  中抗以上  6.0  5.0  5.5  抗病  安农8455  -  -  感病  73.0  49.0  61.0  感病

实施例2

苏麦3号衍生的品系赤霉病抗性预测：

采用苏麦3号的衍生系中国春-苏麦3号3B染色体代换系与安农8455杂交后，繁衍到F6代的后代，先从它们的叶片中分离DNA，然后用Xgwm533和stm748tcac的引物对这些DNA进行聚合酶链式反应(PCR)，评判这两个标记是否同时存在，同时存在，说明该品系赤霉病抗性达到“中抗”以上水平，不能同时存在则为“感”。定义小麦赤霉病的病小穗率小于10％为“抗病”，病小穗率达到10.1-25.0％，为“中抗”，病小穗率在25.1％以上为“感病”。基于这些判定方法和标准对每个小麦植株的赤霉病抗性进行预测，随后利用接种赤霉病病原菌的方法测定受测样品的赤霉病实际抗性并与预测结果进行对比，预测结果与实测结果非常吻合。结果参见附表2。

表2苏麦3号衍生系的赤霉病抗性预测

  品系名称             预测结果                  实际结果 Xgwm533  Stm748tcac  赤霉病抗  性  2005年  病小穗  率(％)  2006年  病小穗  率(％)  平均病  小穗率  (％)  赤霉病抗  性  CA004  -  -  感病  31.5  28.5  30.0  感病  CA006  -  -  感病  48.3  38.2  43.3  感病  CA007  -  -  感病  26.7  45.9  36.3  感病  CA008  -  -  感病  27.0  37.1  32.1  感病  CA009  -  -  感病  31.3  56.5  43.9  感病  CA010  -  -  感病  50.8  49.8  50.3  感病  CA011  +  +  中抗以上  8.1  8.9  8.5  抗病  CA012  +  +  中抗以上  10.9  10.0  10.5  抗病  CA013  -  -  感病  60.0  58.9  59.5  感病  CA014  -  -  感病  42.0  41.1  41.6  感病  CA015  -  -  感病  34.3  55.2  44.8  感病  CA016  -  -  感病  28.4  53.7  41.1  感病  CA017  +  +  中抗以上  6.3  6.3  6.3  中抗以上  CA019  +  +  中抗以上  8.0  10.5  9.3  中抗以上  CA020  +  +  中抗以上  5.1  10.9  8.0  中抗以上  CA021  -  -  感病  40.1  62.4  51.3  感病  CA023  -  -  感病  29.4  28.7  29.1  感病  CA025  +  +  中抗以上  5.6  5.6  5.6  抗病  CA027  +  +  中抗以上  5.1  16.6  10.9  中抗以上  CA030  +  +  中抗以上  8.4  6.7  7.6  抗病  CA031  -  -  感病  52.3  48.9  50.6  感病  CA032  +  +  中抗以上  4.9  8.9  6.9  抗病  CA033  -  -  感病  34.4  64.1  49.3  感病  CA034  -  -  感病  28.6  31.9  30.3  感病  CA035  +  +  中抗以上  8.5  6.1  7.3  抗病  CA036  -  -  感病  49.3  61.8  55.6  感病  CA037  +  +  中抗以上  5.7  5.7  5.7  抗病  CA038  +  +  中抗以上  6.6  6.2  6.4  抗病  CA040  +  +  中抗以上  8.8  10.6  9.7  中抗以上  CA043  -  -  感病  29.4  17.1  23.3  感病  CA046  -  -  感病  29.1  15.1  22.1  感病  CA047  -  -  感病  42.1  33.5  37.8  感病  CA048  -  -  感病  45.9  61.0  53.5  感病  CA051  +  +  中抗以上  7.1  5.6  6.4  抗病  CA052  +  +  中抗以上  5.0  6.6  5.8  抗病  CA053  -  -  感病  42.0  48.3  45.2  感病  CA054  -  -  感病  34.7  36.6  35.7  感病  CA055  +  +  中抗以上  5.0  5.2  5.1  抗病  CA057  +  +  中抗以上  5.5  7.8  6.7  抗病  CA058  +  +  中抗以上  5.2  5.8  5.5  抗病  CA061  +  +  中抗以上  5.3  10.8  8.1  中抗以上  CA062  +  +  中抗以上  7.8  10.9  9.4  中抗以上  CA067  +  +  中抗以上  7.4  8.2  7.8  抗病  CA068  -  -  感病  69.6  66.5  68.1  感病  CA074  -  -  感病  30.3  57.0  43.7  感病  CA075  +  +  中抗以上  11.9  9.4  10.7  中抗以上  CA076  -  -  感病  89.6  84.1  86.9  感病  CA077  +  +  中抗以上  7.9  17.4  12.7  中抗以上  CA078  +  +  中抗以上  6.5  8.9  7.7  抗病  CA080  +  +  中抗以上  5.2  5.2  5.2  抗病  CA082  +  +  中抗以上  6.0  5.9  6.0  抗病  CA084  -  -  感病  66.5  84.1  75.3  感病  CA085  +  +  中抗以上  5.1  5.3  5.2  抗病  CA086  -  -  感病  45.3  67.6  56.5  感病  CA087  +  +  中抗以上  5.7  5.8  5.8  抗病  CA088  -  -  感病  28.1  60.1  44.1  感病  CA091  -  -  感病  79.2  88.5  83.9  感病  CA092  -  -  感病  66.0  82.6  74.3  感病  CA093  -  -  感病  50.3  61.1  55.7  感病

注：CA004-CA093均为中国春-苏麦3号3B染色体代换系与安农8455杂交后，繁衍到F_b代的后代品系

上述实施例不是对本发明的具体限制，在具体实施时，可以运用本发明涉及的大小为316bp和205bp的分子标记Xgwm533和stm748tcac对苏麦3号衍生品种或品系是否具有赤霉病抗性进行预测。所述的苏麦3号衍生品种或品系是指以苏麦3号为亲本，通过常规杂交、或采用组织培养、或采用花药培养、或采用玉米与小麦杂交诱导单倍体，再用秋水仙素加倍获得双单倍体或采用遗传转化等成熟的传统方法获得的小麦品种或品系。