小麦品种长丰75全生育期抗条锈病基因YrCf75的定位

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小麦条锈病是一种气传性真菌病害,是由小麦条锈菌(Puccinia striiformis f.sp.tritici)引起的,在世界主要小麦产区对小麦产量造成严重影响,培育和种植抗病品种是防治条锈病最经济、有效和环保的措施。长丰75是陕西长丰种业有限公司选育的一个高抗条锈病的小麦新品种。本课题组前期研究也表明,其对我国小麦条锈菌主要流行小种CYR32、CYR33、CYR34均表现高抗(IT=0-1)。为了鉴定和定位其抗条锈病基因,本研究利用集群分离分析法(BSA)分别与Wheat 660K SNP芯片检测以及RNA-Seq(BSR-Seq)相结合,开发KASP标记和SSR标记,以对其抗病基因进行遗传作图,主要取得以下研究结果:1.在苗期对铭贤169/长丰75杂交F1、F2、F2:3代以及双亲接种我国小麦条锈菌优势流行小种CYR34,结果表明:长丰75表现抗病(IT=0-1),铭贤169表现感病(IT=8-9),F1代全部表现感病,F2代458个单株发生了抗感分离,其中,117株表现抗病,341株表现感病,抗感分离比经卡方检验符合1R:3S的分离比(χ~2=0.07,P=0.79);F2:3代148个家系也发生了分离,其中,36个纯合抗病家系、71个分离家系、41个纯合感病家系,经卡方检验符合1:2:1的分离比(χ~2=0.58,P=0.75)。为了进一步验证长丰75抗条锈病遗传规律,F2代扩大群体后,950株F2代群体中,244株表现抗病,706株表示感病,亦符合1R:3S的分离比例。以上研究结果表明,长丰75对CYR34的苗期抗病性是由1对隐性基因控制的,暂定名为YrCf75。2.利用获得F2:3代家系的铭贤169/长丰75杂交F2代148个单株构建作图群体,随机选择10个极抗单株和10个极感单株分别构建抗、感池,对长丰75、铭贤169、抗病池和感病池进行小麦660K SNP芯片分型。结果表明,2A染色体上多态性SNP数目最多,550-780 Mb区间内具有最高的SNP分布频率,YrCf75很可能位于小麦2A染色体。此外,利用铭贤169/长丰75杂交F2:3代10个纯抗家系和10个纯感家系分别构建抗病池和感病池,对长丰75、铭贤169、抗病池和感病池进行RNA测序。结果表明,小麦2A染色体上0-100 Mb和550-780 Mb区间内SNP分布频率最高,进一步表明,YrCf75可能位于小麦2A染色体。3.将小麦660K SNP分型和BSR-Seq测序获得的2A染色体上多态性SNP转化成KASP标记,利用BSA方法对铭贤169/长丰75 F2代148株群体进行检测,结果有31对KASP标记与目的基因YrCf75连锁,并将YrCf75定位于小麦2AL染色体。进一步利用2AL染色体上的SSR标记加密目标基因区域,最终31对KASP标记和1对SSR标记与YrCf75连锁,YrCf75侧翼最近两个标记分别是AX-1110060462和AX-111004763,遗传距离分别是1.2 c M和2.7 c M。抗病性、分子检测和系谱分析结果表明:YrCf75很可能是一个与2AL染色体上已正式命名的抗条锈病基因(Yr1和Yr32)不同的新基因。4.在YrCf75侧翼最近两个标记的61 Mb区间(577-638 Mb)中进行候选基因分析,结果表明,该区间含有LRR受体激酶、羟基肉桂酰转移酶、钙调素结合受体样胞质激酶、F-box蛋白、钙调素结合转录激活因子、ABC转运蛋白G家族成员等,相关文献表明,它们直接或间接参与植物抗病活动。初步推测其中一个可能是YrCf75的候选基因,需要进一步实验确认这些候选基因的功能。
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