小麦抗条锈病基因Yr26的精细作图

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由小麦条锈菌(Puccinia striiformis Westend. f. sp. tritici Erikss, Pst)引起的小麦条锈病是一种世界范围内严重危害小麦生产的流行病害。抗病品种的培育和利用是防治该病害最切实有效的措施。小麦抗条锈病基因Yr26对目前国内的所有流行小种仍表现高抗反应,因此该基因的克隆不仅有助于从分子水平上揭示小麦抗条锈病的作用机制,而且可将克隆基因的过程中开发的分子标记应用于辅助选择育种(MAS)中,实现快速育种的目的。前期研究发现,Yr26基因被定位在小麦1B染色体的缺失系C-1BL-6-0.32内,并已筛选到多个与该基因连锁的分子标记,然而之前得到的分子标记远不能满足精细作图的要求。因此本研究综合利用多种分子标记技术及比较基因组学的方法,实现对小麦抗条锈病基因Yr26的精细作图,以期为该基因的图位克隆奠定坚实的基础。本研究以抗病亲本92R137和感病亲本AvS杂交获得的F2后代和F2:3家系为作图群体。首先下载定位于C-1BL-6-0.32缺失系内的小麦EST序列设计为EST-STS标记;之后通过比较基因组学分析,初步确定了Yr26区域在水稻和短柄草上的共线性区段,并利用共线性区段内的水稻和短柄草的基因组信息开发新的分子标记从而使遗传图谱更加饱和。具体表现在以下几个方面:1.构建了一个共包含6,700个单株的F2群体(共36个株系),并对所有6,700个单株及551个后代F2:3家系接种中国条锈菌生理小种CYR32,验证其抗感分离比例。用于精细遗传图谱绘制的2,341个F2单株(共15个株系),其后代抗感分离比例为1747(抗):494(感),完全符合一个显性单基因控制的3:1的分离比例(χ23:1=0.17, P=0.68),表明92R137中的抗病基因(Yr26)为一个显性单基因;对551个后代F2:3家系的基因型进行了验证,结果表明其F2:3后代家系比例完全符合一个显性基因控制的1:2:1的比例(χ21:2:1=1.36, P=0.51);剩余的4,359个F2单株(共21个株系)也符合3:1的分离比例,为后期筛选更多的交换单株和开发新的分子标记提供了充足的保障。2.验证了之前筛选到的SSR标记在本群体中的连锁遗传关系,其中5个SSR标记Xgwm11、Xgwm18、Xgwm413、Xbarc181和Xwmc419在亲本和抗感池之间扩增出多态性片段;同时从定位在1B染色体上的其余62对SSR引物中进一步筛选出4个SSR引物:Xgwm33、Xgwm273、Xbarc61和Xwmc230。通过含196个F2单株的小群体验证这4个标记均与Yr26基因连锁,它们与Yr26基因之间的遗传距离分别为11.8cM、9.7cM、6.3cM和3.1cM,Yr26基因两侧最近的两个标记分别为Xbarc61和Xwmc230。3.根据Yr26基因在小麦1B染色体上的物理定位,首先验证前期筛选到的6个EST-STS标记(WE201, WE202, WE210, WE171, WE173和WE177)在现有群体中的连锁关系。同时下载该缺失系内的其它163条小麦EST序列设计为EST-STS引物(共163对),通过BSA分析法验证其多态性。结果显示2个EST-STS标记(WE173和WE201)及8个新的EST-STS标记在亲本和抗感池之间扩增出稳定的多态性片段。将这10个EST-STS标记进一步通过含2,341个单株的F2群体验证后得到了它们与Yr26基因的连锁遗传关系。这10个EST-STS标记与Yr26基因之间遗传距离的总跨度为4.02cM,其中Yr26基因两侧最近的标记分别为STS-CD28和STS-BQ74,这两个标记与Yr26基因之间的遗传距离分别为0.48cM和0.44cM。4.为了精确确定小麦Yr26区段与水稻和短柄草的共线性区域,利用与上述10个EST-STS标记相对应的EST序列与水稻和短柄草基因组序列进行BlASTn比对,初步界定了Yr26区段(C-1BL-6-0.32)在水稻和短柄草上的物理位置。该区段在水稻和短柄草上最近的共线性区段大小分别为3.33Mb(Os10g0462900-Os10g0524500)和4.48Mb(Bradi3g28070-Bradi3g31630)。进一步利用比较基因组学的方法,在这两个共线性区段内开发设计新的标记使遗传图谱更加饱和。首先对水稻和短柄草共线性区段内的基因进行结构分析,将其中具有保守结构域的基因依据其基因组序列直接设计引物;再次将这些基因与小麦EST分析比对,然后利用比对上的小麦EST设计保守引物。最后共筛选到21个与Yr26基因紧密连锁的标记,其中的6个标记(CON-6、CON-7、CON-8、CON-9、CON-10、CON-11)与Yr26基因共分离。新开发的标记CON-4和CON-12将Yr26基因在水稻和短柄草上的共线性区段缩小为1.17Mb (Os10g0470700-Os10g0489800)和1.92Mb(Bradi3g28410-Bradi3g29600),这两个共线性区段内分别有135个短柄草和68个水稻基因。分析证实,在水稻和短柄草的共线性区段内无典型的具有NBS-LRR结构的基因,而其中仅两个基因包含部分抗病基因类似物的结构,例如Bradi3g28590编码蛋白包含富含亮氨酸重复拉链(LRR)的结构,另一个基因Bradi3g29120编码蛋白具有蛋白激酶的结构(Protein kinases)。5.利用这31个与Yr26基因紧密连锁的分子标记(包括25个连锁标记和6个共分离的标记)对含有不同小麦抗条锈病基因的品种及单基因系进行分子标记检测,结果显示共有11个标记(STS-BQ33、STS-CD77、STS-BQ74、WE173、CON-1、CON-3、CON-4、CON-5、CON-6、 CON-10和CON-19)可用以检测Yr26(Yr24、YrCH42)基因和其它小麦抗条锈病基因。
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