抗小麦白粉病新基因Pm6Sl的精细定位与候选基因发掘

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小麦白粉病是由真菌布氏白粉菌(Blumeria graminis f.sp.tritici,Bgt)引起的一种小麦真菌病害。筛选小麦白粉病新抗源,培育和利用抗病品种是防治小麦白粉病危害最为经济有效的途径。本实验室前期发现中国春-高大山羊草添加系TA7548的6Sl#3染色体携带抗白粉病基因,并将该基因命名为Pm6Sl。在此基础上,本研究开发了66个6Sl#3特异分子标记,创制了136个6Sl#3染色体结构变异个体,采用“外源基因精细定位三步法”策略,成功地将Pm6Sl基因精细定位在6Sl#3染色体长臂近末端约0.94 Mb区间;结合Pm6Sl抗性丧失突变体抗病基因富集测序(Mut Ren Seq)、转录组测序和染色体共线性分析,发掘Pm6Sl候选基因5个;并创制Pm6Sl微小片段新种质4个,诊断型分子标记2个。本研究不仅为后续Pm6Sl基因克隆与抗病分子机理解析奠定了基础,同时也为小麦抗病育种提供了抗病新基因和配套的分子标记辅助选择技术。本研究的主要内容与结论如下:1、Pm6Sl基因精细定位通过“外源基因精细定位三步法”将Pm6Sl基因精细定位在6Sl#3染色体长臂近末端约0.94 Mb区间,分子标记EMO03991和EMO04335之间。第一步:Pm6Sl染色体臂定位。利用中国春-高大山羊草6Sl#3[6A]代换系TA7548S构建了6Sl#3/6A双单体分离群体,用4个6Sl#3染色体特异分子标记,从608个群体中筛选出6Sl#3短臂整臂易位系1个,短臂端体6个,长臂端体10个。经过白粉菌小种E26接种鉴定,将Pm6Sl基因定位在6Sl#3长臂;第二步:Pm6Sl染色体区段定位。通过6Sl#3[6A]代换系TA7548S构建了具有诱导部分同源染色体重组基因(ph1b)纯合背景的6Sl#3重组体选育群体。利用4个6Sl#3长臂特异标记,从795个单株中鉴定出14个6Sl#3长臂重组体。然后利用24个6Sl#3特异分子标记将Pm6Sl基因定位在6Sl#3长臂近末端6.43%区段,约42.60 Mb。第三步:Pm6Sl精细定位。利用6Sl#3长臂抗病重组体杂合单株自交构建了Pm6Sl次生分离群体。利用初定位区间两侧的2个分子标记从6000株次生分离群体筛选到重组发生在初定位区间的新个体105个(抗病38个,感病67个)。进一步用34个分子标记将Pm6Sl精细定位在6Sl#3染色体长臂近末端位于分子标记EMO03991(654.11 Mb)和EMO04335(655.04 Mb)之间约0.94 Mb的区间。2、Pm6Sl候选基因发掘、克隆与功能分析基于高大山羊草参考基因组序列,结合6Sl#3添加系TA7548转录组、高大山羊草TA910全长转录组和染色体共线性分析,在Pm6Sl精细定位区间发掘到13个NLR类、9个Kinase类和1个STP类Pm6Sl候选基因。对其中NLR类基因EMO16698进行了突变体候选基因序列扩增和BSMV-VIGS基因沉默功能验证,确认该基因不是候选基因。3、Pm6Sl抗性丧失突变体创制与抗病基因富集测序(Mut Ren Seq)分析用甲基磺酸乙酯(EMS)处理6Sl#3[6A]代换系TA7548S种子,基于白粉病抗性鉴定、突变体真实性6Sl#3特异分子标记检测、遗传背景一致性SSR标记和55K基因芯片检测,从623个M2株系中筛选到来自37个M2株系的真实抗性丧失突变体55个。对其中5个独立突变体进行MutRenSeq分析,筛选到与野生型序列相比发生了单碱基变异(SNV)的Contigs共301个,其中3个突变体同时出现SNV的Contig 1个,2个突变体同时出现SNV的Contigs 9个。但出现SNV的Contigs都不在Pm6Sl精细定位区间。鉴于Mut Ren Seq只能克隆NLR类抗病基因,NLR类基因EMO16698也被验证是非候选抗病基因,因此排除Pm6Sl为NLR类基因,结合基因序列相似性分析,将候选基因减少到了4个Kinase类和1个STP类基因。4、Pm6Sl种质创新和诊断性分子标记创制经过30多个白粉菌分小种接种鉴定,证明Pm6Sl是广谱抗白粉病基因;创制了4个Pm6Sl微小片段抗病重组体,其6Sl#3片段分别只有6Sl#3总长的1.22%、1.59%、3.31%和3.52%。此外,Pm6Sl共分离分子标记EMO39960和EMO09126在20个小麦品种和高代品系都没有扩增,属于Pm6Sl诊断型分子标记。
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