小麦抗白粉病基因的分子标记及白粉菌引发的细胞程序性死亡的相关研究

论文摘要

小麦白粉病是小麦主要病害之一,由小麦白粉菌（Blumeria gramini f.sp.tritici,Bgt）引起。控制白粉病最安全、有效的措施是培育抗病品种。针对小麦白粉菌具有高度变异性、品种抗性容易丧失等问题,本研究的目的在于挖掘小麦野生近缘种中新的抗白粉病基因、对已知抗性好的白粉病基因进行精细定位,为小麦育种提供新的抗源并为快速、合理、有效利用这些基因奠定基础。同时进一步深入探索抗病机制,并对抗病相关基因进行分析,在小麦抗白粉病研究方面进行有益的尝试。 在粗山羊草Y201和Y2272杂交衍生的F2群体中鉴定了一个来源于Y201的显性抗白粉病基因。利用微卫星标记技术将该抗白粉病基因定位于5DL染色体上,筛选出与其连锁的微卫星标记Xgwm174,Cfd26,Cfd57,Cfd102,Xgwm639,Xgwm583。这些标记与该抗病基因的距离分别为5.2、7.7、9.6、12.5、20.2、22.1 cM。抗谱与作图分析表明该基因不同于已定位在小麦5D染色体上的抗小麦白粉病基因Pm2、Pm-M53,因此该基因是一个新的抗白粉病基因,暂定名为PmY201。 在高大山羊草Y150和普通小麦莱州953杂交衍生的一个莱州9533/Y150 F6//莱州953 F2分离群体中鉴定了一个来源于Y150的抗白粉病基因,携带该基因的高大山羊草染色体片段以一个显性单基因的模式在小麦背景中遗传。微卫星标记检测发现位于小麦4B染色体上的标记Xwmc419和Barc60,位于小麦4A染色体上的标记妇wm44和Cfd30分别在高大山羊草染色体上有扩增,与该抗白粉病基因的遗传距离分别为4.2、3.3、3.3和3.3 cM。基于连锁标记在小麦基因组中的位置,以及高大山羊草S基因组和普通小麦染色体组的同源性关系,推测本研究材料莱州9533/Y150 F6是一个高大山羊草4S1的染色体附加系。从基因来源、抗谱分析以及染色体定位来看,该基因是一个新的抗白粉病基因,暂定名为PmY150-2。 利用近等基因系Pmlc/百农32177筛选与已知小麦抗白粉病基因Pmlc连锁的分子标记。在近等基因系间有差异的标记通过两个F2群体来验证标记与基因的距离。筛选到6个与其连锁的分子标记,构建了该基因和连锁标记的遗传连锁图。其中一个微卫星标记Barc121与Pmlc的遗传距离为1.2 cM;一个AFLP标记P37M77,遗传距离为0.4cM;筛选到三个TRAP标记:W28T13、W24T10、W11T10与Pmlc的遗传距离分别为2.2、6.1、8.6 cM;此外,找到一条定位在7A染色体的EST与Pmlc连锁,遗传距离为5.3 cM。 用小麦白粉菌E09菌株对感病材料百农3217、抗病材料Pm2/百农32177F5和Pm21/百农32177F5进行诱导,DAPI染色和TUNEL杂交结果显示,在感病材料和发生了过敏反应（HR）的Pm2/百农32177F5中,接菌7d时有明显的PCD特征。说明小麦-白粉菌互作过程中产生的HR属于PCD的范畴,同时也说明小麦-白粉菌互作体系中抗病反应与HR是相互独立的。但是亲和互作中产生的PCD和HR中的PCD产生的机理是否相同还有待于进一步的研究。 用同源克隆的方法克隆出三个小麦的类细胞程序性死亡的相关基因的cDNA序列TaLSD1、TaPDCD5、TaDAD1,并用半定量RT-PCR的方法进行表达分析。结果显示:

论文目录

• 第一章 文献综述
• 1.1 小麦抗白粉病基因的鉴定及利用
• 1.1.1 抗小麦白粉病基因的鉴定
• 1.1.2 抗小麦白粉病基因的利用
• 1.2 植物抗病的分子机理
• 1.2.1 R基因与Avr基因的互作
• 1.2.2 与病原菌亲和因子有关的抗病机制（VIR/R模式）
• 1.2.3 从互作的角度看待抗病基因的应用
• 1.3 植物抗病基因的分离和特性
• 1.3.1 NBS-LRR类
• 1.3.2 细胞外LRR类基因
• 1.3.3 蛋白激酶类
• 1.3.4 跨膜受体激酶类（LRR-TM-PK）
• 1.3.5 其它
• 1.4 植物抗病基因克隆的方法及策略
• 1.4.1 图位克隆技术
• 1.4.2 转座子标签法
• 1.4.3 基于同源序列的侯选基因法
• 1.5 小麦基因的克隆
• 1.5.1 利用比较基因组学图位克隆小麦基因
• 1.5.2 利用小麦亚基因组图位克隆小麦基因
• 1.6 小麦抗白粉病基因及相关基因的克隆策略及研究现状
• 1.6.1 利用亚基因组步移法
• 1.6.2 基于同源序列的侯选基因法
• 1.7 植物-病原菌互作中的细胞程序性死亡
• 1.7.1 PCD的特征及其研究方法
• 1.7.2 植物-病原菌互作中的PCD
• 1.7.3 与植物PCD有关的基因
• 1.8 论文设计
• 1.8.1 研究意义及内容
• 1.8.2 技术路线
• 第二章 一个来自粗山羊草Y201的抗小麦白粉病基因的鉴定和分子标记
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 方法
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 白粉病抗性鉴定及抗病基因的遗传分析
• 2.2.2 与抗病基因连锁的微卫星标记鉴定
• 2.2.3 标记有效性检测
• 2.3 讨论
• 2.3.1 与其它已知抗白粉病基因的关系
• 2.3.2 标记辅助选择
• 第三章 一个从高大山羊草转移到小麦中抗白粉病基因的鉴定和微卫星标记
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 材料
• 3.1.2 方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 抗白粉病鉴定与抗性基因的遗传分析
• 3.2.2 与抗病基因连锁的微卫星标记鉴定
• 3.2.3 抗病基因的定位和作图
• 3.2.4 标记有效性检测
• 3.3 讨论
• 3.3.1 抗白粉病基因的抗性遗传
• 3.3.2 抗白粉病基因的染色体定位
• 3.3.3 该基因与已定位Pm基因的关系
• 第四章 小麦抗白粉病基因Pm1c的精细作图
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 抗白粉病鉴定与抗性基因的遗传分析
• 4.2.2 与抗病基因Pm1c连锁的标记鉴定
• 4.3 讨论
• 4.3.1 与Pm1c连锁的分子标记
• 4.3.2 关于筛选标记的材料选择
• 第五章 小麦白粉菌诱导的小麦叶片细胞程序性死亡及相关基因的克隆
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 植物材料培养及接菌处理
• 5.1.2 叶片DNA提取及琼脂糖凝胶检测
• 5.1.3 末端脱氧核糖核酸转移酶介导的dUTP切口末端标记（TUNEL）法检测及DAPI染色
• 5.1.4 cDNA准备
• 5.1.5 PCR反应
• 5.1.6 PCR产物检测、回收、克隆及测序
• 5.2 结果
• 5.2.1 接菌后小麦抗、感材料表型变化
• 5.2.2 小麦叶片DNA电泳检测
• 5.2.3 小麦叶片细胞核DAPI染色观察结果
• 5.2.4 小麦叶片细胞核DNA断裂的TUNEL检测结果
• 5.2.5 小麦中TaLSD1基因的克隆与表达情况
• 5.2.6 小麦中TaDAD1基因的克隆与表达情况
• 5.2.7 小麦中TaPDCD5基因的克隆与表达情况
• 5.3 讨论
• 5.3.1 DNA断裂与PCD
• 5.3.2 白粉菌诱导的HR与小麦对白粉病的抗性
• 5.3.3 白粉菌与小麦叶片互作中的PCD
• 5.3.4 关于小麦细胞程序性死亡基因TaLSD1
• 5.3.5 关于小麦细胞程序性死亡基因TaDAD1
• 5.3.6 关于小麦细胞程序性死亡基因TaPDCD5
• 第六章 结论
• 6.1 两个外源抗白粉病新基因的鉴定、微卫星标记及作图
• 6.2 小麦抗白粉病基因Pm1c的精细定位
• 6.3 白粉菌诱导下小麦叶片发生细胞程序性死亡的鉴定
• 6.4 小麦中细胞程序性死亡相关基因的克隆
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历