小麦种质中麦1216成株期抗条锈病QTL定位与候选基因分析

作     者：穆可卿 

作者单位：西北农林科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曾庆东

授予年度：2023年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：小麦 条锈病 SNP 抗病基因 

摘      要：小麦(Triticum aestivum L.)是重要的粮食作物之一,其安全生产问题直接影响着世界粮食安全。小麦真菌病害一直是阻碍小麦高产、稳产的重要因素,其中,由条锈菌(Puccinia striiformis ***,Pst)引起的小麦条锈病是一种叶部真菌病害,流行年份一般会造成小麦5%-25%的产量损失。种植抗病品种是最为安全、有效且经济的防控小麦条锈病措施。但是由于条锈菌的变异性与适应进化,新的毒性小种不断产生,能够克服小麦品种的抗性,致使众多抗病基因的抗性相继丧失,严重影响了中国条锈病各流行区抗病基因的合理布局,为小麦条锈病的防治和抗病遗传改良带来了巨大挑战。抗病基因在对抗条锈菌过程中极为关键,持续鉴定小麦新抗源、挖掘抗病基因仍然至关重要,这对于促进抗病基因的多样化和合理布局具有实际且深远的意义。本研究以小麦抗条锈病种质中麦1216(ZM1216)和感病品种Avocet S为亲本进行杂交,构建了ZM1216/Avocet S F重组自交系(RIL)群体。对其进行多年多点的田间成株期抗条锈病表现型鉴定,并利用小麦16K SNP液相芯片进行基因分型。结合表型鉴定与基因型检测数据,对遗传群体进行遗传连锁分析、遗传连锁图谱构建以及QTL定位,预测分析定位区间内可能的候选基因,主要取得如下结果:(1)对RIL群体进行三年两地的田间成株期表型鉴定,包括2020年杨凌(2020YL)、2020年江油(2021JY)、2021年杨凌(2021YL)和2022年杨凌(2022YL)四个环境,表型鉴定采取反应型(IT)和严重度(DS)两个指标。RILs的IT和DS数据呈现连续分布,IT变异范围为0-9,DS变异范围为0-100%,表明群体的抗病性由多基因控制,DS值在双尾处出现双峰,表明可能存在主效抗病因子。方差分析表明表型变异主要来源于基因型、环境和基因型-环境互作,IT和DS的广义遗传力分别为0.92和0.93。(2)利用16K SNP液相芯片对RIL群体的86个家系进行基因型检测,并对标记信息进行筛选,去除杂合、多态性低、缺失率20%的标记后,共获得7917个SNP,这些标记可以合并为957个Bin,分为26个连锁群,用于构建遗传图谱。图谱总跨度2817.98 c M,标记间平均距离为2.94 c M。(3)利用完备区间作图法(ICIM)在1BL和2AL染色体上检测到两个多环境稳定的主效QTL。QYrZM1216-1BL定位在1BL染色体的标记1B＿658913618和1B＿667303535之间,对应中国春参考基因组658.9-667.3 Mb的物理区间,解释10.0-17.7%的表型变异,可能与多效抗病基因Yr29为同一位点;QYrZM1216-2AL定位在标记2A＿698910190和2A＿703274796之间,对应物理位置698.9Mb-703.3Mb的区间,解释表型变异为8.1-27.2%。QYrZM1216-1BL与QYrZM1216-2AL存在显著的基因聚合效应,同时携带两个位点的RILs相对于其它家系,抗病性得到显著提高。(4)为了明确QYrZM1216-2AL可能的候选基因,利用已公开的小麦基因组进行共线性分析,结果显示,在QYrZM1216-2AL定位区间,不同基因组间该区间内基因间共线性良好。根据基因的表达情况和注释,共有3个注释基因表达量相对较高且可能与植物抗病性紧密相关,分别编码Ecf A1蛋白、ABC转运蛋白和受体激酶,可以作为QYrZM1216-2AL的候选基因进行下一步功能验证。