通过远缘杂交实现白菜根肿病抗性向甘蓝的转移

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十字花科根肿病是由芸薹属根肿菌(Plasmodiophora brassicae)侵染引起的的世界性病害,主要通过土壤传播,目前已发展成十字花科蔬菜的主要病害。甘蓝属于十字花科(Brassicaceae)芸薹属(Brassica)甘蓝种(Brassia oleracea L.),是我国主要蔬菜作物之一。近年来,甘蓝根肿病在全国各地发展迅速,对甘蓝的产量和品质造成了巨大的损失,选育抗病品种是最有效的防治措施之一,但甘蓝类蔬菜中抗病资源比较缺乏,导致甘蓝抗病育种研究进展缓慢。大白菜(Brassica rapa L.ssp.pekinensis)属于十字花科芸薹属芸薹种,其根肿病抗性资源丰富,且抗病基因位点的研究也较为深入。为了改良甘蓝的根肿病抗性,通过甘蓝与抗性大白菜远缘杂交,结合胚挽救技术将大白菜的抗性基因转入到甘蓝中,创制抗根肿病甘蓝新材料,为甘蓝抗根肿病育种奠定一定基础。本研究将抗根肿病的大白菜与甘蓝进行种间杂交和两次回交,利用胚挽救技术获得甘蓝与大白菜杂交的新材料,对获得的杂种材料F1、BC1和BC2进行形态学鉴定、细胞学鉴定、花粉育性鉴定、人工室内根肿病抗性鉴定以及分子标记鉴定,主要研究结果如下:1、对20份大白菜材料进行田间自然诱发接种根肿病抗性鉴定,结果表明对根肿病免疫的材料1份,高抗材料5份,抗病材料12份和感病材料2份。选择田间鉴定表现出对根肿病免疫和高抗的6份材料,进行室内人工接种鉴定,进一步确定抗性,综合两次鉴定结果,选择抗性强且稳定的2份大白菜材料CR英雄、CR12作为远缘杂交的抗源供体材料。2、选取已发表的与根肿病相关基因紧密连锁的43个分子标记对4份大白菜抗病材料CR12、CR英雄、CR帝王26、京春CR3,1份感病大白菜材料夏魁和3份甘蓝感病京丰一号、D6、329进行引物扩增。发现SSR标记B0902在4份抗病材料中均能扩增出250bp左右的特异性条带,在4份感病材料中扩增出200bp左右的特异性条带,表明标记B0902能用于根肿病抗性的分子标记辅助选择。3、以5个甘蓝品种D6、329、R、f416、309为母本,2个大白菜品种CR12、CR英雄为父本进行杂交,运用蕾期授粉结合胚挽救技术获得5个种间杂种F1代,分别为YX(1)(D6×CR英雄)、YX(2)(329×CR英雄)、YX(3)(R×CR英雄)、YX(4)(f416×CR英雄)、CR12(5)(309×CR12)。杂交组合YX(1)的结荚率最高为87.92%,以及成活的幼胚数/授粉花蕾数也最高,为0.97%。对获得的5个杂种F1代进行形态学鉴定,发现CR12(5)为假杂种,其余4个F1为真杂种,其体细胞染色体数目为19条。4个真杂种花药干瘪细小,无花粉,即无育性。对F1进行人工室内接种鉴定,3个株系YX(2)、YX(3)、YX(4)对4号和11号生理小种抗病,株系YX(1)对11号生理小种抗病,4号生理小种感病。同时结合分子标记B0902,对父母本及F1代材料进行扩增,发现F1代材料均能扩增出抗感父母本的特异性条带。4、以甘蓝×大白菜杂交获得的杂种F1代为试材,利用秋水仙素进行加倍,得到加倍后的材料叶片、花蕾、角果等都更大,体细胞染色体数目为38条,是异源四倍体,分别为YX(1)Q、YX(2)Q、YX(3)Q、YX(4)Q。以杂种F1代和异源四倍体材料为母本,5个甘蓝品种作为父本进行回交,共设置20个杂交组合。有5个杂交组合获得后代,共获得12个株系。其中YX(1)Q×329回交组合的幼胚数/授粉花蕾数高于其他组合为2.99%。回交株系经形态学和细胞学鉴定为真杂种,其染色体条数为22-28条,均有花粉,但花粉无育性。对BC1进行人工室内接种鉴定,YX(1)Q-2-1、YX(1)Q-3-1、YX(1)Q-3-2、YX(1)Q-5-1、YX(1)Q-5-2、YX(1)Q-5-3、YX(1)Q-5-4对11号生理小种抗病,YX(3)Q-1-1、YX(3)Q-5-1、YX(3)Q-5-2、YX(3)Q-5-3、YX(3)Q-5-4对4号生理小种抗病。分子标记辅助鉴定结果显示YX(3)Q-1-1、YX(3)Q-5-1、YX(3)Q-5-2、YX(3)Q-5-3、YX(3)Q-5-4均能扩增出父母本的特异条带,与人工鉴定结果一致。而YX(1)Q-2-1、YX(1)Q-3-1、YX(1)Q-3-2、YX(1)Q-5-1、YX(1)Q-5-2、YX(1)Q-5-3、YX(1)Q-5-4丢失母本YX(1)Q的抗性条带,但能扩增出YX(1)Q的杂种特异带。5、以12个杂种BC1株系为母本,甘蓝为父本进行回交,共设置60个回交组合。共有4个回交组合获得回交后代YX(3)Q-5-2×D6、YX(3)Q-5-2×R、YX(3)Q-5-2×f416、YX(3)Q-5-2×329,分别为1株、2株、1株、2株。在本次试验中亲和性最好的杂交组合为YX(3)Q-5-2×R。回交株系经形态学鉴定为真杂种,染色体条数为18或20条,有花粉且有育性。对BC2代进行室内人工接种根肿病抗性鉴定,YX(3)Q-5-2-1-1、YX(3)Q-5-2-3-1、YX(3)Q-5-2-5-1、YX(3)3Q-5-2-5-2对4号和11号生理小种抗病,YX(3)Q-5-2-2-1、YX(3)Q-5-2-2-2对4号和11号生理小种感病,与分子标记辅助鉴定结果一致。综上所述,本试验利用甘蓝和抗性大白菜进行远缘杂交,共获得5个杂种F1代,经形态学观察和细胞学鉴定,CR12(5)为假杂种,其余4个F1为真杂种,体细胞为19条且杂种无花粉,利用人工接种鉴定和分子标记辅助选择,YX(1)对11号生理小抗病,4号生理小种感病,YX(2)、YX(3)、YX(4)对4和11号生理小种抗病。将抗病杂种F1代与5个甘蓝进行回交,得到12个BC1代,经形态学观察和细胞学鉴定为真杂种,其染色体为22-28条。杂种均有花粉,但无育性。根肿病抗性鉴定结果为7个BC1株系对11号生理小种抗病,5个株系对4号生理小种抗病。用抗病BC1作为母本与甘蓝进行回交,得到6个BC2代,经形态学和细胞学鉴定为真杂种,染色体条数为18或20条,且杂种均有花粉且有育性。人工接种鉴定结合分子标记鉴定结果为4个BC2株系对4号和11号生理小种抗病,2个BC2株系对4号和11号生理小种感病。
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