小麦抗条锈病基因Yr59的精细作图及分子标记辅助选择育种

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小麦条锈病是由条形柄锈菌(Puccinia striiformis Westend.f.sp.tritici Erikss,Pst)引起的真菌性病害,它对小麦产量和品质方面的迫害几乎是毁灭性的。在我国,条锈菌年侵染面积多达百万公顷,造成超过百万吨的产量损失。目前,对条锈病防控最环保、有效的方式是种植具有抗性的小麦品种。而条锈菌病原菌的不断变异及生产上大面积种植含单一抗性基因的小麦品种,使得抗性基因不断被新的毒力小种克服,造成原有抗病品种抗性丧失。因此,小麦条锈病新抗性基因的发掘、利用对我国乃至全世界小麦生产和粮食安全意义重大。单基因系小麦PI 660061含有高温成株期抗条锈病基因Yr59,初定位遗传距离是2.1c M,侧翼标记为Xbarc32~Xwgp5175,本研究在此基础上对Yr59进行精细作图,筛选出其中的候选基因;并将Yr59导入四个主栽品种,筛选具有优良条锈病抗性且农艺性状突出的小麦材料。本研究主要取得以下成果:1.在温室,用条锈菌生理小种CYR32、CYR33、CYR34对PI 660061、铭贤169、及Avocet Susceptible(AVS)进行了抗病性鉴定。苗期三个小麦品种对所有供试生理小种均表现为严重感病;成株期铭贤169、AVS仍保持对三个小种表现感病,PI 660061则转为明显抗病,表明其具有成株期抗病性。2.对PI 660061与晋麦47杂交的F2田间抗病性调查结果进行遗传分析,PI 660061的条锈菌抗病性由一对显性基因控制,以上结果与Yr59前人研究结果(Yr59是由一对显性基因控制的成株期抗病基因)吻合。3.利用55K SNP基因芯片对抗感亲本PI 660061与晋麦47进行芯片扫描。在初定为区段内共25个SNP标记,其中差异SNP 8个。将这8个差异SNP开发成KASP标记,在亲本、F2群体、F6 RIL中进行基因分型,共获得与抗条锈病基因Yr59连锁的5个KASP标记,其中AX-108957944与AX-109926256将定位区间缩小至1.0c M,分别距Yr59 0.54、0.46 c M。4.将侧翼标记锚定在六倍体小麦中国春基因组参考序列(IWGSC Ref Seq v1.0)上,区段内的物理位置是27.5Kb,该区段中含有5个高置信度(High confidence,HC)注释基因以及8个低置信度(Low confidence,LC)注释基因。其中的1个HC注释基因包含丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶抗病相关结构域,为Yr59的克隆提供重要参考对象。5.以PI 660061为父本与国内主栽小麦品种川麦42、济麦22、郑麦9023、新麦26分别杂交,然后将F1分别与母本连续回交2代,将获得的BC2F1分别混收种植在试验田,直至BC2F4。以抗病性好、80-110cm株高、穗形饱满为标准,在BC2F4中进行人工筛选作为BC2F5家系,共筛选出123个BC2F5家系。6.用与抗条锈病基因Yr59连锁的标记对BC2F5、BC2F6家系进行基因检测,筛选出109个含有目的基因的家系。连续2年对BC2F5、BC2F6田间农艺性状(株高、穗长、千粒重、穗粒数、有效穗数)进行调查记录,结合分子标记检测结果,最终筛选出16个成功聚合抗条锈病基因Yr59且农艺性状优良的家系。
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