抗小麦白粉病基因Pm57的精细定位与候选基因发掘

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小麦白粉病是由布氏白粉菌(Blumeriagraminis f.sp.tritici,Bgt)侵染引起的真菌性病害,严重影响小麦的产量和品质。防治白粉病最经济、有效、环保的途径是培育和利用抗病品种。本实验室前期通过诱导中国春-西尔斯山羊草染色体易位系,将来源于西尔斯山羊草(Aegilops searsii,2n=2x=14,SsSs)2Ss#1染色体上的抗白粉病基因Pm57导入小麦,并初步定位在2Ss#1长臂FL0.75-0.87区间。在此基础上,本研究将分子标记开发、小片段易位系创制、抗病基因富集测序等技术相结合,对Pm57进行了精细定位,并发掘候选基因,为今后Pm57的克隆和抗病机制研究奠定了基础。主要研究结果如下:1、2Ss#1特异分子标记开发:根据中国春-西尔斯山羊草Pm57易位系转录组序列设计了 500对PCR引物,鉴定出79对2Ss#1染色体特异分子标记,多态率达15.80%,其中27个分子标记位于Pm57 所在区段(LFL0.72-0.87)。6 个分子标记(X285619、X103528、X185442、X31536、X251565、X170551)可用作Pm57基因的诊断型分子标记。2、小片段易位系创制和Pm57基因精细定位:利用中国春-西尔斯山羊草Pm57易位系构建了具有部分同源染色体重组高频诱导基因ph1b背景的F2分离重组群体,结合抗病表型鉴定和分子标记分析,鉴定出28个抗病重组体、18个感病重组体,将Pm57定位在X67593和X62492两个分子标记间大约5.13 Mb区段。获得了小片段易位系88R-3-19-1,其携带Pm57基因的2Ss#1片段长度<9.88 Mb,比原来的Pm57易位系片段缩短了 14.44倍。3、抗病基因富集测序:用EMS诱变方法筛选鉴定出27个M2株系的Pm57抗性丧失突变体70个,选取其中5个独立的突变体和野生型一起构建了 NLR类抗病基因的富集文库,用Illumina高通量测序平台进行了抗病基因测序,得到4,486个contigs。比较野生型和5个突变体之间的序列变异(SNV),发现scaffold38317在5个抗性丧失突变体中均发生了突变,但根据该基因在2Ss#1上的定位信息被排除是Pm57基因。4、候选基因的预测:根据Pm57基因定位结果,分别从转录组测序预测到6个Unigenes、共线性分析预测到10个抗病(R)基因、抗病基因富集测序预测到33个contigs。经过这些基因的相互比对,最终发掘Pm57候选基因46个,其中有38个CNL、4个NL、3个RLP、1个N类抗病基因。5、候选基因BSMV-VIGS功能验证:对7个候选基因进行BSMV-VIGS功能验证,证实comp430422c0、comp4364c0、comp62492c0基因沉默后能够显著降低携带Pm57材料的抗病性,但是没有导致抗性完全丧失,推测comp430422c0、comp4364c0、comp62492c0可能参与了 Pm57介导的广谱抗性。
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