论文部分内容阅读
抗病育种是玉米育种的一个重要内容,作物的抗病性一般分为质量抗病性和数量抗病性。质量抗病性由单基因或少数几个基因控制,抗病程度高,但易因病害生理小种的变化而引起抗病性丧失;而数量抗病性(quantitative disease resistance,QDR)是一种持久抗性,通常受微效多基因控制。微生物相关分子模式(microbe-associated molecularpatterns,MAMPs)是存在于微生物中的高度保守的分子,它们能够被植物的模式识别受体(pattern recognition receptors,PRRs)所识别。从而激发一系列的响应,包括活性氧(reactive oxygen species,ROS)和一氧化氮(nitric oxide,NO)的生成以及防御相关基因的表达变化,然而我们对于QDR与MAMPs响应之间的关系却知之甚少。灰斑病(gray leaf spot,GLS)正发展成为严重影响玉米生产的叶部病害之一,尤其对我国西南高原高山地区玉米更是如此。对于玉米灰斑病抗性基础的研究,已有一些关于灰斑病的抗性QTL被鉴定,但精细定位的却不多,致使灰斑病的分子标记辅助选择及育种应用较为困难。本文研究内容主要有两个方面:一是利用玉米NAM(nested association mapping)群体的亲本系研究不同玉米材料对两种MAMPs(flg22和chitooctaose)的响应是否存在差异,然后利用一个来源于组合B73×CML228的重组自交系(recombinant inbred line,RIL)群体剖析这种差异的遗传基础并分析MAMP响应与QDR之间的关系;二是利用大刍草(Zeamays ssp.parviglumis)片段导入玉米B73背景获得的抗灰斑病近等基因系(near isogenic line,NIL)Z032E0081和感灰斑病近等基因系Z033E0056构建了 F2、F23和F4等不同世代的群体,并基于这些群体对一个源于大刍草的灰斑病抗性QTL进行了精细定位。取得的主要结果如下:1、在玉米 NAM 群体亲本系 B73、CML52、CML322、CML333、Ky21、Kill、Ki3和IL14H中,MAMPs激发的NO生成以及防御相关基因(ECA、PEX3、PR1和ECPR4)的表达水平存在差异。在基因表达方面,flg22诱导的ECA的表达基本没有差异,而在B73中chitooctaose却诱导了EC 的强烈表达;chitooctaose诱导了ECPR4强烈的表达;两种MAMPs在IL14H中均诱导了PEX 的表达,而在其它亲本系中MAMPs的诱导效应则不明显;两种MAMPs仅在亲本系Ky21中诱导了PR1强烈表达。在NO生成方面,chitooctaose显著诱导了 B73中NO的生成;在Ki11中,flg22具有较显著的诱导作用;flg22和chitooctaose在CML52、CML322、Ki3和IL14H中均较强烈地诱导了 NO的生成。2、基于上述结果,我们对NAM群体的全部26个亲本系进行了 MAMPs激发的ROS生成的测定。结果显示,MAMPs诱导的ROS生成在这些亲本系中存在差异。与B73相比,亲本系CML228对flg22和chitooctaose的响应最强。因此为剖析控制这些变异的遗传基础,检测了来源于NAM群体的一个RIL群体(B73×CML228)的ROS响应,并对该性状进行了 QTL定位。在玉米的2号染色体上鉴定到一个同时影响 flg22 和 chitooctaose 诱导的 ROS 生成的主效 QTL(quantitative traits locus),而控制flg22诱导的ROS响应的微效QTL则分布在1号和4号染色体上。将本研究的试验结果与前人利用同一群体得到的控制玉米大斑病、小斑病、灰斑病QDR以及过敏反应和类病斑等防御相关反应的QTL进行比较,发现这些性状间几乎没有共同的遗传基础。3、本课题组已利用大刍草染色体片段导入玉米自交系B73构建的NIL群体,在玉米8号染色体上鉴定到一个灰斑病抗性QTL—Qgls8,但在该位点处存在不同的大刍草等位基因:与B73相比,来自Z032E0081的等位基因可以增加抗性,而来自Z033E0056却降低抗性。本研究中,我们利用在Qgls8处携带不同等位基因的两个NIL亲本Z032E0081和Z033E0056构建了基于Qgls8的分离群体,于2015在Andrews(North Carolina)和 Kentland Research Farm,Blacksburg(Virginia)对 F2:3 家系进行灰斑病抗性鉴定,2016年在上述两地鉴定F4家系的灰斑病抗性,同时结合分子标记的检测,将Qgls8定位到一个～130 kb的区间(参照B73参考基因组序列v3),该区间内含有5个候选基因,这些候选基因可能编码类受体蛋白激酶、ABC转运蛋白ATP结合蛋白或其他蛋白。