小麦抗白粉病基因Pm4的精细定位和敦化春麦的抗白粉病分子遗传分析

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由布氏白粉菌(Blumeria grarn f.sp.tritici,Bgt)引起的白粉病是小麦的一种重要病害,其流行严重影响小麦产量。目前已鉴定出多个小麦抗白粉病基因,但由于病原菌与寄主协同进化,由这些基因提供的小种专化抗性容易因新的毒性小种出现而丧失。因此,发掘和利用新的抗白粉病资源是小麦抗病育种一项长期的任务。此外,对抗病基因进行遗传分析、标记定位和克隆有助于我们更好地进行抗病分子育种,加深对抗病基因的抗性机制和进化特点的认识。小麦抗白粉病基因Pm4e和Pm4a分别被定位在染色体2AL上6.7 cM和12.7 cM的区间内。本研究通过扩大以扬麦158为背景的Pm4e、Pm4a BC6F2群体,结合开发新标记对目标区间进行饱和作图,进一步将Pm4e和Pm4a缩小到Xwgrc763-Xwgrc 865约0.19 cM 和 0.14 cM 的区间内。该区间内Xsts-bcd1231、Xwgrc87等7个标记与Pm4e和Pm4a共分离,其中部分标记为显性标记,呈现抗病亲本显性或感病亲本显性,表明抗感材料在该区间存在较大的序列变异。利用4个与基因连锁的共显性标记对55份栽培品种进行分析,发现这些标记始终共分离。对中国春Pm4e相应区段约2.4 Mb的物理区间进行基因注释,发现该区段存在多个抗病基因类似物。本研究为Pm4e的图位克隆和分子标记辅助选择奠定了基础。栽培二粒小麦品种Khapli含有多个抗白粉病基因,其中第一个被鉴定出来并定位的基因是Pm4a。为加快Pm4位点的克隆进程,实验室前期对利用快中子(FN)和甲基磺酸乙酯(EMS)处理获得的Khapli突变体库进行白粉病抗性鉴定,得到2个FN和3个EMS感病突变体。本研究对这5个突变体进行了苗期和成株期抗病性鉴定,5个突变体均表现感病。将2个快中子突变体mft58和mft59分别与Khapli构建杂交组合,F1杂交种表现抗病,F2群体呈现单基因控制的抗性分离,表明Khapli中单个显性抗病基因的突变导致突变体抗性丧失。此外,利用与Pm4a共分离的标记对mft58进行分析,发现部分标记无法扩增出目标产物,表明该突变体在Pm4位点上存在大片段缺失。进一步对F2分离群体进行基因型分析,发现抗感表型与是否能扩增出目标产物紧密相关,表明携带有Pm4功能基因的大片段缺失导致了突变体mft58感病。本研究中的突变体将为Pm4位点候选基因的鉴定和功能分析提供有利的资源。敦化春麦是中国吉林的地方品种,在田间和温室均表现良好的白粉病抗性。为了揭示该抗性的遗传基础,本研究构建了敦化春麦和感病品种扬麦4号的F2群体,接种生理小种Bgt2后进行抗性鉴定。结果表明敦化春麦的抗性受单个显性基因控制,且该基因位于5DS染色体含有Pm2a的区域内,我们将该基因暂命名为Pm2x。通过开发分子标记,Pm2x被缩小到Xcfd81-Xwgrc1912约 1.2 cM 的区间内,与Xwgrc1880和Xwgrc1881共分离。克隆敦化春麦中的Pm2同源基因,发现该材料的确含有Pm2a。根据Pm2a基因序列开发的标记与敦化春麦中的Pm2x共分离。抗谱分析显示Pm2x与Pm2a抗谱一致。本研究中开发的标记将有助于阐明Pm2位点各基因的等位性关系,并为Pm2的抗性转移及抗病基因聚合育种奠定基础。
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