小麦抗白粉病基因的分子标记定位及标记辅助选择

论文摘要

小麦白粉病是小麦生产上的主要病害之一,是由小麦白粉菌（Erysiphe gramini f. sp. tritici）引起的真菌性病害。过去仅在具有充沛雨量的海洋性和半大陆性气候环境的小麦种植区流行,在我国多发生在西南高地、山东沿海等地区。20世纪70年代以来,随着氮肥施用量的增加,小麦矮秆、半矮秆品种的推广及灌溉面积的扩大,白粉病的危害日趋严重。利用抗病品种是防治小麦白粉病最经济、有效和环境安全的方法。对小麦抗病基因进标记定位,寻找紧密连锁的标记应用于辅助选择,可以提高抗病育种效率,加快育种进程。本研究利用小麦微卫星引物对白粉病抗性基因Pm3b、Pm4b、Pm12、Pm1c和Pm23进行遗传作图,寻找紧密连锁的分子标记用于多基因聚合体的筛选及回交育种中抗病基因的标记辅助选择。主要得到以下结果:1.利用小麦抗白粉病基因Pm23、Pm4b的载体品种（品系）Line81-7241和VPM1分别与感病品种Chancellor创制BC1或F2:3分离群体,结合PSG（优选小群体）分析方法,找到8个定位在染色体2AL上的标记与Pm23连锁,分别为:Xbarc122、Xgwm311、Xgwm356、Xgwm382、Xgdm93、Xwmc170、Xbarc76和Xcfd267。从而将Pm23定位到2AL上,不同于原来利用单体定位在5A染色体上的结果。利用获得的8个标记对Pm4b进行遗传作图,结果表明,4个标记与Pm4b连锁（Xgwm356、Xgdm93、Xbar76和Xbarc122）。3个抗白粉病基因（Pm4a、Pm4b和Pm23）均与标记Xgwm356连锁,遗传距离为3-5cM,等位性测验证明Pm23与Pm4b为等位基因。表明Pm23是Pm4位点上新的等位基因类型,重新将其命名为Pm4c。2. Pm1c位于小麦染色体7AL的抗病基因富集区域。本研究以含有Pm1c的小麦品种M1N为抗病亲本,以Chancellor为感病亲本,创制F2分离群体,结合PSG分析方法,构建了Pm1c的微卫星遗传图谱。定位在染色体7AL上的7个微卫星标记（Xgwm282、Xgwm332、Xgwm344、Xgwm63、Xcfa2040、Xwmc525和Xpsp3094）与Pm1c连锁,但遗传距离较大,物理图谱定位在4AL上的标记Xbarc70和Xbarc78与Pm1c紧密连锁,遗传距离分别为0.9和0.8cM。表明携带Pm1c的染色体片段曾经发生过重排,从4AL转移到7AL上,并整合到普通小麦中。本研究从分子水平上证明了染色体4AL和7AL存在的重排关系,也为研究Pm1c的来源提供了依据。3.以Chul/8*Cc（Pm3b）和Chancellor的BC1和含有Pm12的小麦品系与Chancellor的杂交F2为分离群体为材料,分别利用定位在1AS（57对）、6B（66对）上的小麦微卫星引物,对Pm3b和Pm12进行了遗传作图,结果找到2个与Pm3b紧密连锁的标记,其顺序为:Xgdm33-3.6cM-Pm3b-2.7cM-Xwmc104;4个标记与Pm12连锁,标记及Pm12的顺序依次为:Xbarc76-2.7cM-Xwmc487-2.4cM-Xswes180-4.9cM-Pm12-4.1cM-Xswes222。4.利用本研究得到的与小麦抗白粉病基因紧密连锁的分子标记,对含有Pm3b、Pm4b、Pm12、Pm1c、Pm19和Pm23的载体品种（品系）的扩增情况进行比较。结果表明:与Pm3b紧密连锁的标记Xgdm33和Xwmc104在Pm3b、Pm4b、Pm12、Pm1c和Pm19等5个基因的聚合后代中选择Pm3b是有效的,但不能区分Pm3b与Pm23基因聚合的材料;与Pm12紧密连锁的标记Xswes180和Xswes222,能将Pm12与其它5个抗病基因区分开来;与Pm1c紧密连锁的标记Xbarc78,在Pm3b、Pm4b、Pm12、Pm1c和Pm23的聚合后代中选择Pm1c是有效的,不能选择与Pm19聚合的材料;与Pm4b、Pm23紧密连锁的标记Xbarc122和Xgwm356,在Pm3b、Pm4b（或Pm23）、Pm12、Pm1c、Pm19的聚合后代中选择Pm4b（或Pm23）是有效的,不能区分Pm4b和Pm23。5.利用与Pm23紧密连锁的微卫星标记Xbarc122375对山农2618与Line81-7241（Pm23）的回交后代进行辅助选择,得到了抗性提高并保留了山农2618所有农艺性状优点的小麦新品系;利用AS-PCR标记Dx5-470bp对山农2618中所含有的5+10高分子量麦谷蛋白优质亚基在山农2618与Line81-7241的回交后代中进行跟踪检测,获得了含有5+10高分子量麦谷蛋白优质亚基的品系。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1. 小麦白粉病及其防治
• 1.1 小麦白粉病病原菌
• 1.2 小麦白粉病的病害症状
• 1.3 发病条件
• 1.4 病害循环
• 1.5 小麦白粉病发生的地域分布
• 1.6 小麦白粉病的防治
• 2. 小麦抗白粉病基因及其分子标记
• 2.1 小麦抗白粉病基因及其来源和染色体定位
• 2.2 小麦抗白粉病基因的分子标记
• 2.3 小麦SSR 标记的发展及应用
• 2.4 小麦抗白粉病基因的利用和评价
• 3. 小麦抗白粉病基因的聚合与分子标记辅助选择
• 3.1 分子标记辅助选择技术的产生和发展
• 3.2 分子标记辅助选择的基本策略
• 3.3 分子标记辅助选择的应用研究
• 3.4 分子标记辅助选择应注意的一些实际问题
• 3.5 分子标记辅助选择在植物育种中应用较少的原因
• 3.6 小麦抗白粉病基因的聚合与分子标记辅助选择
• 4. 分子设计育种
• 第二章 论文设计
• 1. 研究目的和意义
• 2. 研究内容
• 2.1 抗白粉病基因Pm3b、Pm4b、Pm12、Pm1c、Pm23 的分子标记定位
• 2.2 小麦抗白粉病基因的聚合与分子标记辅助选择
• 2.3 小麦品系山农2618 的白粉病抗性遗传改良
• 3. 技术路线
• 3.1 抗白粉病基因Pm3b、Pm4b、Pm12、Pm1c、Pm23 的分子标记
• 3.2 抗性基因聚合群体的筛选（以Pm3b、Pm4b、Pm1c、Pm23 聚合为例）
• 3.3 小麦品系山农2618 的白粉病抗性遗传改良技术路线
• 第三章 抗白粉病基因Pm23 和Pm4b 的分子标记定位及等位性测验
• 1. 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 白粉病接种鉴定
• 1.3 基因组DNA 的提取
• 1.4 微卫星标记分析
• 1.5 PSG（preferred small group，优选小群体）分析
• 1.6 数据分析
• 1.7 所用试剂的配制
• 2. 结果与分析
• 2.1 普通小麦品系Line 81-7241 所含抗白粉病基因的抗性遗传分析
• 2.2 与Pm23 连锁的微卫星标记
• 2.3 与Pm4b 连锁的微卫星标记
• 2.4 Pm4b 和Pm23 的等位性测验
• 3. 讨论
• 3.1 Pm23 的染色体定位
• 3.2 Pm23：Pm4 位点上新的等位基因
• 3.3 基因定位的方法
• 3.4 关于标记Xbarc122
• 3.5 PSG 代替BSA
• 3.6 Pm4b 的定位
• 第四章 抗白粉病基因Pm1c（Pm18）的遗传图谱构建
• 1. 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 白粉病接种鉴定
• 1.3 基因组DNA 的提取
• 1.4 微卫星标记分析
• 2. 结果与分析
• 2.1 普通小麦品系M1N 所含抗白粉病基因的抗性遗传分析
• 2.2 与Pm1c 连锁的微卫星标记
• 3. 讨论
• 3.1 Pm1c 的染色体定位
• 3.2 Pm1c 的来源及可能的染色体片段渗入和重排
• 3.3 Pm1c 区段的重组和交换
• 第五章 抗白粉病基因Pm3b、Pm12 的SSR 分子标记研究
• 1. 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 白粉病接种鉴定
• 1.3 微卫星标记分析
• 2. 结果与分析
• 2.1 普通小麦Chul/8*Cc 和Pm12 品系所含抗白粉病基因的抗性遗传分析
• 2.2 与Pm3b 连锁的微卫星标记
• 2.3 与Pm12 连锁的微卫星标记
• 3. 讨论
• 3.1 关于近等基因系材料Chul/8*Cc（C115887）
• 3.2 关于标记Xpsp2999
• 3.3 Pm12 的分子标记
• 第六章 小麦抗白粉病基因的聚合与聚合体筛选
• 1. 材料与方法
• 1.1 实验材料及聚合杂交方式
• 1.2 微卫星标记分析
• 2. 结果与分析
• 2.1 小麦抗白粉病基因载体品种（品系）的农艺性状
• 2.2 Pm3b 的分子标记辅助选择
• 2.3 Pm12 的分子标记辅助选择
• 2.4 Pm1c 的分子标记辅助选择
• 2.5 标记Xbarc122 和Xgwm356 对Pm4b 和Pm23 的辅助选择
• 2.6 小麦抗白粉病基因聚合体的筛选
• 3. 讨论
• 第七章 小麦品系山农2618 的白粉病抗性遗传改良
• 1. 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 白粉病接种鉴定
• 1.3 高分子量麦谷蛋白亚基电泳分析
• 1.4 高分子量麦谷蛋白亚基AS-PCR 检测
• 2. 结果与分析
• 2.1 种质系山农2618 的性状特点
• 2.2 山农2618 与Pm23 回交后代的PCR 检测
• 2.3 SDS-PAGE 鉴定结果
• 2.4 优质亚基5+10 的AS-PCR 辅助选择
• 3. 讨论
• 3.1 关于小麦品系山农2618 的白粉病抗性遗传改良
• 3.2 高分子量麦谷蛋白亚基的AS-PCR 分析与SDS-PAGE 鉴定
• 第八章 结论及创新之处
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文情况