【摘 要】
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小麦是全球重要的粮食作物。早衰和白粉病均能直接威胁小麦生产。功能叶片早衰会减少和降低光合作用时间和效率,影响产量和品质。定位早衰基因,可利用分子标记辅助培育具有延缓早衰新品种。白粉病是危害小麦生产的重要病害。定位和克隆抗白粉病基因,可以为分子育种和抗病机理研究奠定基础。本研究采用BSR-Seq技术分别对小麦早衰基因（els1）和抗白粉病基因（Pm41）进行定位,构建其高密度遗传连锁图谱。筛选Pm4
【基金项目】
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国家重点研究与发展项目（2017YFD0101004）；
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小麦是全球重要的粮食作物。早衰和白粉病均能直接威胁小麦生产。功能叶片早衰会减少和降低光合作用时间和效率,影响产量和品质。定位早衰基因,可利用分子标记辅助培育具有延缓早衰新品种。白粉病是危害小麦生产的重要病害。定位和克隆抗白粉病基因,可以为分子育种和抗病机理研究奠定基础。本研究采用BSR-Seq技术分别对小麦早衰基因（els1）和抗白粉病基因（Pm41）进行定位,构建其高密度遗传连锁图谱。筛选Pm41抗病亲本IW2的BAC文库,构建其物理图谱。通过BAC测序、表达分析和遗传转化初步明确Pm41基因功能。主要研究结果如下:1.在育种田F3家系中鉴定出一个早衰和正常植株分离系La,正常植株和早衰植株分离比符合3:1;F3:4家系纯合正常:分离:纯合早衰分离比符合1:2:1。F3家系中选纯合早衰系M114和纯合正常系W301配制杂交组合,其F2代正常植株和早衰植株分离比符合3:1,F2:3家系纯合正常:分离:纯合早衰分离比符合1:2:1。遗传分析结果表明早衰性状受隐性单基因控制,暂命名为els1。2.采用BSR-Seq技术对els1定位。开发了 4个SNP（WGGB302、WGGB303、WGGB304和WGGB305）和2个SSR（WGGB306和WGGB307）多态性标记。将els1定位于小麦2BS染色体上WGGB305和WGGB303间1.5 cM遗传区间,其中标记WGGB302与els1共分离,对应中国春9.2 Mb物理区段,含有69个预测的基因,包括NB-ARC、细胞色素P450、受体激酶、WRKY转录因子等可能与早衰或细胞死亡相关的基因。3.采用BSR-Seq技术对抗白粉病基因Pm41进行定位。开发了 7个Pm41紧密连锁的SNP标记（B3-6、B3-14、B3-78、B3-97、B3-104、B3-112和B293）,将Pm41定位在小麦3BL染色体上B3-14和B3-104间0.2 cM遗传区间,其中标记B3-78和B3-97与Pm41共分离。4.筛选Pm41基因供体亲本野生二粒小麦IW2的BAC文库,构建其物理图谱。筛选到覆盖Pm41位点的14个BAC克隆,经测序组装出850 kb基因组序列。发现Pm41定位区间对应普通小麦中国春和野生二粒小麦Zavitan物理区段分别为733 kb和901 kb。IW2与Zavitan分别注释出7个预测的基因,而中国春注释出6个预测的基因。与IW2和Zavitan相比,中国春缺少一个CC-NBS-LRR（CNL）基因。5.分别从IW2和Langdon中克隆CNL基因组序列,发现从起始密码子ATG到终止密码子TGA均为3,370 bp,但存在14处SNP差异。该CNL在抗病亲本IW2中受白粉菌强烈的诱导表达,而在感病亲本Langdon中不表达。IW2中CNL的CDS全长2,955 bp,存在四种剪接方式,但剪接位点均位于非翻译区。抗病亲本IW2中CNL蛋白预测含RX-CClike、NB-ARC和LRR 3保守结构域。构建了 CNL过表达载体pTPCK303-Hyg-CNL和互补载体pCAMBIA1300-Hyg-CNL遗传转化高感白粉病小麦品种Fielder证实了 CNL的抗白粉病功能。6.开发了 Pm41基因的功能标记Pm41-427,对262份中国小麦微核心种质进行检测发现所有材料均不含Pm41。该标记可应用于小麦分子标记辅助选择育种。
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