论文部分内容阅读
小麦条锈病是影响小麦产量的重要病害。培育持久抗性的小麦品种是控制条锈病最为经济且环境友好的措施。成株期抗病性往往具有持久抗性特点,在抗病育种中受到广泛关注。系统开展小麦种质的抗条锈病综合评价和抗病基因/QTL的挖掘和鉴定研究,是抗病育种及抗病品种合理利用的重要理论基础。本实验室前期征集了来自世界各地的普通小麦种质1980份,结合两年的表型数据进行初步筛选,获得60份小麦抗源。对这60份小麦材料进行了苗期分多个小种和田间成株期多年多点的抗条锈病评价,并利用已知基因的分子标记辅助检测,再结合育种系谱综合分析,明确了其抗性特征及在育种中的应用潜力。针对其中的两个成株期抗性优异的小麦种质,开展小麦成株期抗病QTL定位,为抗条锈病分子标记辅助育种提供基础。对857份冬小麦品种/系,利用多年多点条锈病田间成株期表型和苗期分多个小种接种表现型数据,基于小麦3K SNP的全基因组基因分型,开展全基因组关联分析（GWAS）,鉴定抗条锈病基因位点。对两个全生育期抗条锈病基因Yr64和Yr65进行聚合研究,以获得抗病性优异且农艺性状良好的聚合品系。主要获得以下结果:1.对来自国内外的60份小麦种质和单基因材料,分别于温室苗期接种条锈菌小种CYR23,CYR29,CYR31,CYR32,CYR33,Sull-4,Sull-5,Sull-7,V26/CH42和V26/Gui22,利用已知单基因系抗性谱,进行基因推导研究;与此同时,利用目前已知抗条锈病基因分子标记进行分子检测,验证基因推导结果,明确这些材料含有哪些已知抗性基因。在陕西杨凌,甘肃天水对60份材料进行为期6年的田间成株期测试;明确这些材料的成株期抗性特征。结果表明,总共50份材料具有稳定的成株期抗性,其中13份材料虽然被推导含有Yr9,Yr10,Yr17,Yr26,但这些基因在我国已经丧失抗性,因此推测可能含有其它未知基因,从而保持其成株期抗性。其余37份材料没有检测到任何已知Yr基因,因此可能含有未知的成株期抗性基因。另外,有4份材料携带了潜在未知的全生育期基因。这些种质材料的鉴定为未来抗锈育种工作提供了丰富的抗源,也作为实验室未来遗传研究的基础材料。在这50份抗源中,来自德国的小麦种质Centrum对条锈病表现出高水平的成株期抗性,而我国的小麦栽培种西农1376经鉴定一直保持着良好的慢锈性。2.为了明确Centrum所含有的抗性基因,利用铭贤169与Centrum杂交创制了151个重组自交系（recombinant inbred line,RIL）,用于遗传分析。利用当前主栽品种西农979和郑麦9023分别与Centrum杂交创制育种群体。本研究对151个RIL群体进行两年三个不同地点的田间成株期条锈病表型鉴定,并应用小麦全基因组35K SNP芯片对RIL群体进行全基因组扫描,利用完备区间作图法分别在染色体1AL,4AL和7BL定位了小麦抗条锈QTL,分别命名为QYrcen.nwafu-1AL,QYrcen.nwafu-4AL和QYrcen.nwafu-7BL,其中QYrcen.nwafu-7BL为主效QTL,利用小麦高密度660K芯片结合混池分析,精细定位了QYrcen.nwafu-7BL,并确定为新的QTL。同时开发与QYrcen.nwafu-7BL紧密连锁的KASP标记,为分子标记辅助育种奠定基础。3.为了明确栽培品种西农1376的抗性特征,对190份西农1376/小偃81的F10重组自交系群体（RIL）在陕西杨凌、甘肃天水和四川江油分别进行两年的田间成株期条锈病抗性鉴定,并用90K SNP芯片对190个RIL进行基因分型。结合表型和基因型数据,共检测到6个QTL,分别位于染色体4AL,6BL,5AL,5BL和3BL,命名为QYr.nwafu-4AL,QYr.nwafu-6BL.3,QYr.nwafu-5AL,QYr.nwafu-5BL,QYr.nwafu-3BL.1和QYr.nwafu-3BL.2。其中5个来源于西农1376,仅仅在5BL的QTL来源于小偃81。QYr.nwafu-4AL和QYr.nwafu-6BL.3为主效QTL,分别解释18.2-32.8%和15.6-26.7%的表现型变异。其它几个QTL具有微效效应,其与2个主效QTL结合可增强西农1376抗病性。此外,开发了与QYr.nwafu-4AL和QYr.nwafu-6BL.3连锁的KASP标记,可用于分子标记辅助选择育种。4.对来自美国农业部小谷物研究中心的857份冬小麦材料,进行温室苗期分小种抗性鉴定和田间混合小种两个地点两年成株期抗性鉴定,并利用均匀分布在小麦21条染色体的3K小麦SNP芯片,对这批材料的群体结构,连锁不平衡程度进行分析。通过全基因组关联分析（GWAS）混合线性模型算法,挖掘抗条锈病基因。利用Structure软件,857份来自不同育种单位的小麦材料被分成两个亚群,这两个亚群揭示了他们地理来源的不同。利用Tassel软件,LD在R2=0.2的大小为17Mb,表明与条锈病连锁的分子标记只有大于17Mb时,可被认为不同的抗性位点。利用高通量的分子标记信息和条锈病抗性表现型数据,通过全基因组分析手段,共获得34个与条锈病抗性相关的位点,其中有5个位点是主效QTL。根据整合遗传图谱,比较目前定位的5个QTL与先前同一染色体报道的QTL,QYrww.wgp.1A-2可能是新的条锈病QTL,可用于之后的验证分析。5.位于小麦1BS染色体的抗条锈病基因Yr64与Yr65仅相距7.5cM,被认为是互斥连锁的。由于这两个基因都具有全生育抗性,如果单独使用这类专化抗性基因,则很可能被新的条锈菌小种克服。为此,我们开展Yr64与Yr65的聚合研究。我们首先利用传统的杂交和回交方法,根据条锈菌小种表现型筛选聚合系。之后利用分子作图,进一步证实聚合系确实携有两个抗性基因。为此,首先将携有Yr64的Yr64NILAVS作父本与携有Yr65的Yr65NILAVS作母本进行杂交,Yr64NILAVS是普通春小麦材料,它从Avocet S与硬粒小麦PI331260（Yr64载体材料）杂交后并与Avocet S多代回交得到的F7 RIL群体中筛选获得。Yr65NILAVS也是普通春小麦材料,是来自于Avocet S与硬粒小麦PI480016（Yr65载体材料）杂交后并与Avocet S回交多代得到的F7 RIL群体中筛选获得。由Yr64NILAVS和Yr65NILAVS杂交的F1种子种植在温室获得F2种子。PSTv-52为美国太平洋西部最流行的小种,被用于F2群体接种鉴定。由于Yr64NILAVS和Yr65NILAVS对PSTv-52表现反应型IT=2。根据F2单株和相应F3家系表现型为纯和,且IT=1,我们筛选了1个聚合家系,被命名为F3-Yr64/Yr65。聚合系用10个Pst小种进行测试,均表现IT=1的高抗类型。通过分子标记手段,对聚合系1B染色体短臂进行遗传解析,明确其确实含有两个Yr基因,并了解了1BS各个片段的来源。为了进一步验证聚合系确实含有两个基因,将F3-Yr64/Yr65与Avocet S杂交,获得的F1种子种植在温室产生F2种子,来构建F2作图群体。对F2群体进行苗期表型鉴定,利用与Yr64和Yr65连锁的SSR分子标记及根据90K整合图谱新开发的KASP标记,利用完备区间作图法进行抗病基因定位。最终明确聚合系中确实含有Yr64和Yr65。然而,由于聚合系可能携有来自Yr64和Yr65四倍体亲本的不好的农艺性状,接下来的工作将用RIL-Yr64/Yr65与Avocet S不断杂交和回交,使聚合系具有Avocet S的大部分背景。