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普通小麦-簇毛麦易位系V8360抗条锈病基因的遗传分析研究

发表时间：2021/6/10 来源：《基层建设》2021年第6期作者：李文建

[导读] 摘要：普通小麦-簇毛麦易位系Ｖ8360具有抗逆性强、抗条锈性强和抗白粉性强等许多优良的生物学特性。

        山东省东明县刘楼镇人民政府
        摘要：普通小麦-簇毛麦易位系Ｖ8360具有抗逆性强、抗条锈性强和抗白粉性强等许多优良的生物学特性。用9个中国目前流行的条锈菌生理小种对Ｖ8360进行了抗条锈性评价，表明该易位系具有良好的抗条锈性。以条锈菌小种ＣＹＲ32对Ｖ8360与感病品种铭贤169配置的Ｆ1、Ｆ2、Ｆ3和ＢＣ1代进行苗期抗条锈性遗传分析，并对其中一个Ｆ2代群体进行了ＳＳＲ标记。结果表明，Ｖ8360对条锈菌ＣＹＲ32的抗病性由1对显性核基因控制，暂命名为ＹｒＶ8360。从329对ＳＳＲ引物中筛选到位于小麦4ＡＬ染色体上的4个ＳＳＲ位点Ｘｗｍｃ161、Ｘｇｗｍ565、Ｘｇｗｍ494和Ｘｃｆｄ257与该基因连锁。
        关键词：普通小麦-簇毛麦易位系；抗病基因；遗传分析；ＳＳＲ标记
        1材料与方法
        1.1试验材料
        小麦材料为普通小麦-簇毛麦易位系Ｖ8360、感病对照为铭贤169、簇毛麦、白粒高38、普通小麦“7182”、Ｖ8360与铭贤169杂交后代Ｆ1、Ｆ2、Ｆ3、ＢＣ1群体，其中Ｖ8360是由簇毛麦与白粒高38、普通小麦“7182”杂交选育而成。小麦条锈菌生理小种（致病类型）为ＣＹＲ27、ＣＹＲ28、ＣＹＲ29、ＣＹＲ30、ＣＹＲ31、ＣＹＲ32、ＣＹＲ33、Ｓｕ11-7、Ｓｕ11-11。
        1.2苗期抗条锈病遗传分析
        将亲本、Ｆ1、Ｆ2、ＢＣ1Ｆ1以及Ｆ3家系种植于直径为20ｃｍ的花盆中，置于温室按常规方法培养。在供试小麦幼苗生长至二叶期时，用涂抹法接种小麦条锈菌。接种完成后，将小麦幼苗置于黑暗的保湿箱中24h。之后转入温室内潜育发病，温度为15～17℃（昼）／10～12℃（夜），光照周期16ｈ（昼）／8ｈ（夜）。反应型调查标准分为11级，即0、0；、0；+、1、1+、2、2+、3-、3、3+、4。0～2+为抗病，3-～4为感病[11]。统计双亲、杂交后代各株系的抗感分离比例，用卡方检验法对期望比例进行检测。
        1.3基因组ＤＮＡ的提取和抗、感池的构建
        基因组ＤＮＡ提取用ＣＴＡＢ法[12]稍作改进。参考Ｍｉｃｈｅｌｍｏｒｅ等[13]提出的抗病池、感病池建立方法，挑选Ｆ2代的10株高抗单株ＤＮＡ、10株高感单株ＤＮＡ分别等量混合构成抗病池（ＢＲ）和感病池（ＢＳ）。构建抗感池的单株均经过Ｆ3家系验证其对应Ｆ2代单株的纯合性。
        1.4ＳＳＲ标记筛选和遗传作图
        根据Ｒ？觟ｄｅｒ等[14]和ｈｔｔｐ：／／ｗｈｅａｔ.ｐｗ.ｕｓｄａ.ｇｏｖ公布的小麦染色体上ＳＳＲ引物序列信息，由上海Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ生命技术公司合成ＰＣＲ引物。以Ｖ8360、铭贤169、抗病基因池、感病基因池和Ｆ2代群体的ＤＮＡ为模板进行扩增。扩增产物用8％非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分离，银染显影。筛选与抗病亲本相关的ＳＳＲ标记，进而用ＭａｐＭａｒｋｅｒ3.0ｂ软件计算各标记位点与目的基因的遗传距离。
        2结果与分析
        2.1苗期抗条锈性鉴定结果
        Ｖ8360和簇毛麦对ＣＹＲ27、ＣＹＲ28、ＣＹＲ29、ＣＹＲ30、ＣＹＲ31、ＣＹＲ32、ＣＹＲ33、Ｓｕ11-7、Ｓｕ11-11等9个条锈菌生理小种表现良好的抗锈性。感病对照品种铭贤169、白粒高38、“7182”对9个条锈菌均表现高度感病反应。说明Ｖ8360是一个优良的抗条锈病种质资源。
        2.2抗条锈性遗传分析
        接种ＣＹＲ32时，Ｖ8360与铭贤169杂交的Ｆ1代与抗病亲本一样呈抗病反应，ＢＣ1代抗病与感病株数比为10∶9，经卡方检验符合1∶1的分离比；反交组合Ｆ2-1中，抗病植株182株，感病植株56株，符合3∶1的分离比例。238株Ｆ2单株共收获232个Ｆ2∶3家系。

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对应的Ｆ2∶3家系中，纯抗家系63个，抗感分离家系114个，纯感家系55个，分离比例符合1∶2∶1；正交组合Ｆ1-2中，抗病植株150株，感病植株48株，符合3∶1的分离比例
        上述结果表明Ｖ8360对ＣＹＲ32的抗病性由1对显性细胞核基因控制，暂命名为ＹｒＶ8360。以Ｆ2-1群体的238个单株构建作图群体，对抗条锈病基因进行ＳＳＲ标记。
        2.3ＹｒＶ8360的ＳＳＲ标记定位
        选择分布于小麦21条染色体上的329对ＳＳＲ引物对抗病材料Ｖ8360、感病材料铭贤169、抗病池及感病池进行多态性筛选。结果4ＡＬ上的引物Ｘｗｍｃ161、Ｘｇｗｍ565、Ｘｇｗｍ494和Ｘｃｆｄ257在Ｖ8360、铭贤169及抗感池间同时扩增出稳定的多态性片段。对Ｆ2代群体进行单株扩增，结果大部分抗病单株扩增出与抗病亲本Ｖ8360相同的带型（Ａ）或双亲的组合带型（Ｈ），而大部分感病单株则扩增出与铭贤169一致的带型（Ｂ），由此推测这4个位点与ＹｒＶ8360连锁。
        2.4连锁遗传分析
        根据Ｆ2分离群体及Ｆ2∶3家系反应型，确定Ｆ2单株的抗感基因型。由Ｆ2所有单株的ＰＣＲ扩增统计结果可以得出，Ｘｗｍｃ161、Ｘｇｗｍ565、Ｘｇｗｍ494和Ｘｃｆｄ257的扩增位点与ＹｒＶ8360有明显的连锁关系。
        用ＭａｐMａｋｅｒ3.0ｂ软件进行连锁分析，ＬＯＤ值设置为3.0，结果显示Ｘｗｍｃ161、Ｘｇｗｍ565、Ｘｇｗｍ494和Ｘｃｆｄ257与抗条锈基因的遗传距离分别为8.6、3.4、4.3和7.5ｃＭ。参照已报道的小麦遗传图谱[16]，根据抗条锈病基因与所获得标记之间的连锁关系可知，ＹｒＶ8360位于小麦染色体4ＡＬ上，且位于Ｘｇｗｍ565和Ｘｇｗｍｂ494之间。
        3讨论
        发掘和鉴定抗条锈病基因是小麦抗病育种的重要工作。开展小麦抗条锈病基因的分子标记研究，一方面通过寻找与抗病基因紧密连锁的分子标记，在基因型水平上对作物种质资源进行深入评价和鉴定。另一方面为通过分子标记辅助选择实现多种基因的累加，培育出多抗或广谱的种质或品种奠定基础。
        普通小麦-簇毛麦易位系Ｖ8360具有抗条锈病、白粉病等较强抗性以及多种优良农艺性状。本研究发现普通小麦-簇毛麦易位系Ｖ8360对中国优势条锈菌小种ＣＹＲ32具有良好的抗病性，且抗性由1对显性核基因ＹｒＶ8360控制，被定位在4ＡＬ上。
        目前，正式命名的62个抗条锈病基因只有Ｙｒ51定位在4ＡＬ上[17，18]。从染色体位置上分析，Ｙｒ51位于染色体长臂末端，而ＹｒＶ8360位于染色体长臂中间部位，Ｙｒ51与ＹｒＶ8360的距离大约为32.3ｃＭ。从系谱上分析，Ｙｒ51的载体品种ＡＵＳ27858是澳大利亚的农家品种，而ＹｒＶ8360由中国育种工作者自主选育而成，Ｖ8360与ＡＵＳ27858的系谱并无交集。周新力等[19]研究发现，普通小麦-簇毛麦易位系Ｖ9128-1对ＣＹＲ30的抗条锈病基因ＹｒＶ1位于小麦染色体3ＢＳ上；侯璐等[20]报道，易位系Ｖ9128-3对Ｓｕ11-4的抗条锈病基因ＹｒＨＶ位于染色体2ＡＬ；王睿等[21]把易位系Ｖ9125-2对ＣＹＲ29的抗条锈病基因ＹｒＷＶ定位于染色体7ＤＳＳ上。因此可以初步断定，ＹｒＶ83660不同于普通小麦-簇毛麦易位系Ｖ9128-1、Ｖ9128-3和Ｖ9125-2中的抗锈基因。综合上述分析，初步判断ＹｒＶ8360很可能是一个不同于已知抗条锈病基因的新基因。
        在目前大量抗源和主栽品种对中国目前流行条锈病生理小种ＣＹ32丧失抗病性的形势下，本研究发现的抗病基因ＹｒＶ8360对抗病育种显得尤为宝贵。Ｖ8360综合农艺性状较好，对小麦条锈病又具有良好的抗性，稍加改良就可以用于生产。
        参考文献
        [1]李振岐，曾士迈.中国小麦锈病[Ｍ].北京：中国农业出版社，2002.
        [2]吴立人，牛永春.我国小麦条锈病持续控制的策略[Ｊ].中国农业科学，2000，33（5）：46-54.
        [3]马东方，王海鸽，唐明双，等.小麦品种中梁21抗条锈病基因遗传分析与ＳＳＲ标记定位[Ｊ].作物学报，2011，37（12）：1-7.