小偃麦染色体工程材料的创制及抗病基因的挖掘

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偃麦草属(Elytriga)的长穗偃麦草(Et.elongata,2n=10x=70)和中间偃麦草(Et.intermedia,2n=6x=42)是普通小麦(Triticum aestivum,2n=6x=42)的两个重要的野生近缘种,具有抗白粉病、锈病、赤霉病、黄矮病等多种抗病基因,还具有抗寒、抗旱、耐盐碱和高籽粒蛋白含量等优异性状。通过染色体工程方法创制小麦-长穗偃麦草和小麦-中间偃麦草的异附加系、异代换系和易位系等染色体工程材料,进而挖掘和利用其优异基因,对于丰富普通小麦的遗传多样性和品种改良具有重要的意义。  本文利用不同背景的优良小麦品种与小偃麦双二倍体杂交,创制了一批偃麦草染色体的附加系、代换系、易位系等分子染色体工程基础材料。通过荧光原位杂交(FISH)和SNP分子标记对其染色体组成进行了分析,并重点调查其抗病性等重要农艺性状。进一步利用优良的小麦品种与鉴定到的抗病材料杂交,培育抗性、产量等重要性状优异的育种材料,同时利用小麦SNP芯片技术对来自于偃麦草的抗病基因进行了初步染色体定位。获得的主要结果如下:  (1)以4个八倍体小偃麦(小偃693、小偃784、小偃7631和小偃78829)与11个普通小麦品种杂交后自交获得的F2为原始材料,通过自交或与不同优良小麦品种进行杂交和回交创制了F8、BC1F6、BC2F6和BC1F7代群体材料。分别以长穗偃麦草和中间偃麦草基因组DNA为探针对其中的4355个株系进行了GISH鉴定,共获得有外源染色体成分的材料209份,包括121份易位系、32份代换系和56份附加系。其中来自于长穗偃麦草的材料有134份,包括49份易位系、32份代换系和53份附加系;来自于中间偃麦草的材料有75份,包括72份易位系和3份附加系。  (2)利用GISH-FISH鉴定技术,对44份小麦-长穗偃麦易位系和30份代换系材料中参与易位和代换的小麦染色体进行了分析,其中参与易位的小麦染色体主要集中在4DL、4DS和5AS的端部,被代换的小麦染色体主要是4D和6B染色体。  (3)利用42对E基因组特异的SNP标记对49份小麦-长穗偃麦草易位系、32份小麦-长穗偃麦草代换系和46份小麦-长穗偃麦附加系中的长穗偃麦草染色体进行了高分辨率熔解曲线(HRM)分析。易位系材料中,有28份易位系材料的易位染色体片段来自于4EL,1份易位系材料的易位片段来自于6ES,2份易位系材料的易位片段来自于6EL,2份材料的易位片段来自于3ES。代换系材料中,6份为6E代换系、12份包含6ES、7份为2ES-6ES重组染色体代换系、4份材料为1EL-6ES重组染色体代换系。附加系材料中,18份材料为6E附加系,9份为2ES-6ES重组染色体附加系,2份为2ES-6E重组染色体,1份材料包含2ES的染色体成分,12份材料包含6ES的染色体成分,1份材料的附加染色体为E组和St组重组染色体。  (4)对获得的染色体工程材料及F8、BC1F7和BC2F6代部分株系进行了苗期抗条锈病(小种CYR32、CYR33和V26)和白粉病(菌系E18)鉴定,共得到21份高抗白粉病的材料(包括2份纯合端部易位系)、83份高抗条锈菌的材料(包括8份易位系、10份代换系和3份附加系)和25份兼抗条锈病和白粉病的材料(其中4份具有全生育期条锈病抗性、3份具有赤霉病抗性)。  (5)对7320个BC1F7、BC2F6和F8代株系和1200个BC1F8、BC2F7和F9进行了10个重要农艺性状的调查(2015年和2016年),获得了218个综合农艺性状优良的株系,其中有40份材料具有全生育期条锈病抗性、2份具有赤霉病抗性。同时重点考察了25个兼抗条锈病和白粉病株系的12个主要农艺性状,这些株系的综合农艺性状均较优良,其中5个株系的千粒重显著高于对照亲本,P3014和P5697两个株系除了千粒重性状外,在其它产量性状上也显著优于5个主栽品种;且其中3个株系在成株期也表现为抗病。  (6)选择了6个兼抗条锈病和白粉病的材料,分别与3个性状优良且同时感条锈和白粉的小麦品种进行了杂交,获得了F1代种子。对F1代进行了苗期抗条锈病鉴定,结果显示6个F1代材料均表现为对强毒性新小种V26免疫或近免疫,证明该抗条锈病基因为显性基因,且其中3个组合的F2群体中抗感株比符合3∶1,说明抗病基因为单显性基因。
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