论文部分内容阅读
小麦条锈病是由小麦条锈菌（Puccinia striiformis f.sp.tritici）引起的一种重要真菌病害,对我国小麦生产带来重要威胁。与化学防控相比,利用抗病基因及选育抗病品种是控制小麦条锈病最为经济、有效的途径。小麦抗条锈病基因Yr10是一个全生育期抗病基因（ASR）,对我国目前主要小麦条锈菌流行小种提供高水平抗病性,是一个优良的抗病性基因。为克隆Yr10基因,本研究对已报道的Yr10候选基因(Yr10CG,GenBank ID AF149112)进行了验证,并开展了Yr10基因的遗传作图。研究表明Yr10CG基因并不代表真正的Yr10抗病位点,二者相距1.2 cM。主要结果如下:1、Yr10基因提供相对稳定的小麦条锈菌抗病性。通过多年试验,携带Yr10基因的材料在黄淮麦区一直表现高水平抗病性。Yr10单基因的抗病表现与其供体材料‘Moro’不同:Moro呈现免疫反应,而携带Yr10单基因的植株叶片常呈现坏死条纹或坏死斑,但坏死组织通常没有条锈菌孢子堆的出现,抗病反应型IT=1-3,构成Yr10基因的特征表型。2、Yr10CG基因与小麦抗条锈病表型缺乏紧密联锁关系。通过利用Yr10CG特异引物筛选种质材料并进行表型关联分析,发现携带Yr10CG基因的62份小麦并非都表现抗条锈病,其中11份材料表现中感,4份材料表现高感小麦条锈病。为此,我们利用Ubi和WKS1两种启动子分别驱动Yr10CG基因开展转基因互补实验,利用条锈菌小种‘条中29’进行接种验证,发现Yr10CG基因的表达并不能提高转基因‘Bobwhite’植株的抗条锈病水平。3、Yr10位于Yr10CG基因远着丝粒端约1.2 cM。利用Yr10基因的供体材料Moro（含有两个显性抗条锈病基因）与高感小麦条锈病材料‘辉县红’进行杂交,获得Yr10单基因分离的F2:3群体（pop8、pop10）并开展初步遗传定位。挑选pop8和pop10中表现抗感分离的株系,发展成为精细定位群体,利用其中1,726个感病单株（pop11）进行基因的精确定位。结果发现Yr10CG并不代表Yr10位点,Yr10CG基因位于Yr10位点近着丝粒端约1.2 cM的位置。我们另外开发了与Yr10位点紧密连锁的标记Xsdauw79。4、利用合成小麦创建Yr10基因的高效定位群体。普通小麦之间遗传多态性较低,为Yr10基因的进一步定位带来了难度。我们选择了6个人工合成小麦材料,分别与pop8、pop10群体中Yr10位点纯合的抗病单株杂交重新构建作图群体,获得了11个杂交组合,并对其中4个群体开展了抗条锈病表型鉴定和遗传分析,结果符合单基因分离模式。根据小麦基因组参考序列开发了标记,并在新型作图群体上进行Yr10基因的定位。但是,该区域的标记多为显性标记,只在人工合成小麦材料工作,由此推测小麦1BS染色体末端存在结构变异。5、Yr10基因区域存在明显的染色体结构变异。我们比较了六倍体小麦‘Chinese Spring’和四倍体小麦‘Zavitan’1BS染色体末端2.5 Mb范围内的染色体序列,发现存在明显的染色体结构变异。六倍体小麦末端1.5 Mb范围内的11个基因在四倍体小麦中没有同源基因,两个小麦材料在1BS末端存在一个约1 Mb的染色体倒位。Yr10基因正位于这个倒位区间。6、Yr10基因突变群体的建立。为获得Yr10基因并验证其基因功能,我们利用1%和1.05%EMS共处理了10,000粒Yr10单基因纯合的种子,获得M1突变植株2,100株。经接种鉴定及分子标记辅助筛选,共获得8个独立突变体株系,表现高感小麦条锈病,将用于Yr10候选基因的挖掘和功能验证。本研究对前人报道的Yr10候选基因(Yr10CG,Genbank ID AF149112)进行了验证,并开展了Yr10基因的遗传作图。研究发现Yr10CG基因并不代表Yr10位点,二者相距1.2 cM。我们近一步开发了与Yr10基因紧密连锁的标记Xsdauw79。Yr10基因提供全生育期抗病性,Yr10基因的准确定位将为小麦抗病育种和该基因的克隆奠定了良好的基础。