论文摘要
小麦赤霉病是一种世界性病害,主要致病菌为禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum Schwabe）,是影响小麦高产、稳产和品质的重要因素之一。中国是全球小麦赤霉病受害面积最大的国家,每年受害面积约700万hm2,占全国小麦总面积的1/4,每年因赤霉病危害损失产量约200万t300万t。赤霉病粒被真菌污染后还会产生真菌毒素,危害人畜安全。进行小麦品种抗性改良,培育抗性品种是减轻小麦赤霉病危害的根本途径。小麦赤霉病是由多基因控制的数量性状,遗传机制复杂。赤霉病抗源苏麦3号的赤霉病抗性得到了世界上不同研究小组的证实,宁7840是江苏省农科院培育的苏麦3号的衍生系,其赤霉病抗性高于苏麦3号。有关抗源宁7840的赤霉病抗性遗传和抗性QTL研究极少,特别是在中国气候条件下的抗性遗传机理和抗性QTL还未得到研究,为促进宁7840的赤霉病抗性在小麦赤霉病抗性育种研究中的应用,需要对其抗性遗传机理和抗性QTL进行进一步的研究。苏麦3号及其衍生系位于3BS上的赤霉病抗性QTL得到了世界上不同的研究小组的证实,涉及的分子标记有AFLP、RFLP、RAPD、SSR和STS等,但该抗性QTL目前只能被定位于较大的遗传距离范围内,而且抗性QTL区域的简单、易用的标记数量较少,不能满足标记辅助选择（MAS）的需要,需要在该抗性QTL区域开发更多的简单、易用的DNA标记。本论文主要从3个方面进行研究:（1）对小麦赤霉病抗源宁7840与Clark的RIL群体在长江中下游麦区气候条件下的赤霉病抗性进行鉴定,研究宁7840在本麦区气候条件下的遗传及赤霉病抗性QTL;（2）由于SSCP技术较AFLP、RFLP、RAPD、SSR和STS等技术可以检测更多的DNA微小变异,为在小麦3BS赤霉病抗性QTL区域开发更多的DNA标记,建立和优化小麦的SSCP分子标记体系为本试验的研究内容之一。（3）利用定位于小麦3BS8 0.78-1.0区域的EST序列和与水稻1S染色体末端BAC或PAC序列同源的小麦EST序列,设计引物,开发可定位于宁7840 3BS赤霉病抗性QTL区域的分子标记,促进宁7840 3BS赤霉病抗性QTL向栽培品种的转育。主要研究结果如下:1)采用单花滴注接种方法对宁7840/Clark RIL群体进行了赤霉病抗性接种鉴定,群体的病小穗率分布有明显的主基因存在的特征。应用主基因+多基因的遗传模型对宁7840/Clark RIL群体在单花滴注接种方法下的赤霉病抗性遗传进行了分析,表明宁7840在单花滴注接种方法下的赤霉病抗性遗传符合3对主基因+多基因的模型,主基因间表现为加性-加性×加性上位性作用,第1对主基因加性遗传效应较大,平均可降低10%以上的病小穗率。应用Map Manager QTXb20软件对宁7840/Clark群体进行赤霉病抗性QTL分析,在染色体3BS、3AS和1AL上分别发现了赤霉病抗性QTL,与遗传模型分析相一致,其中3BS上的抗性QTL效应最大,可解释36%～61%的赤霉病抗性表型变异。2)采用迷雾接种方法对宁7840/Clark RIL群体进行了赤霉病抗性接种鉴定,群体的单位点病小穗率分布有明显的主基因存在的特征。应用Map Manager QTXb20软件对宁7840/Clark群体在迷雾接种方法下的赤霉病抗性QTL进行了分析,结果在迷雾接种方法下,染色体3BS上依然可以鉴定出赤霉病抗性QTL,表明该抗性QTL受接种方法影响较小。此外在3BL上鉴定出两个抗性QTL。3)通过对上样缓冲液、变性时间及温度、凝胶组成（丙烯酰胺与甲叉双丙烯酰胺的比例、凝胶浓度、添加物）和电泳条件（电泳温度、电泳离子强度、电泳功率）等影响SSCP技术的因素的研究,建立和优化了小麦的SSCP分析技术。结果为上样缓冲液（成分为:98%的去离子甲酰胺,10mmol/L EDTA （pH 8.0）,0.025%二甲苯氰FF,和0.025%溴酚蓝）中不添加甘油、用量为PCR产物体积的1.5～3倍、变性温度98℃、变性时间10～15 min、12%聚丙烯酰胺凝胶（丙烯酰胺:甲叉双丙烯酰胺为29:1,不添加蔗糖和甘油等弱变性剂）、电泳缓冲液为0.5×TBE,常温下恒功率80W（2.67W/ cm）电泳2 h左右,最有利于小麦的SSCP分析,单链DNA条带清晰,杂带少,易于观察。4)利用定位于小麦3BS8 0.78-1.0区域的EST序列,设计引物250对,经亲本间多态性分析和用中国春及其缺体四体材料N3BT3A、N3AT3B和N3DT3A进行的定位,获得了5个STS标记和5个SSCP标记定位于小麦的3B染色体上,经在宁7840/Clark RIL群体中的基因型分析,这10个DNA标记均可定位于宁7840 3BS赤霉病抗性QTL区域,其中5个标记Xsts4、Xsscp1、Xsscp2、Xsscp3和Xsscp4位于Xgwm389和Xgwm493之间,这5个标记对赤霉病抗性的解释率在2006年和2007年的单花滴注接种和迷雾接种中均高于Xgwm389和Xgwm493,其中2个标记Xsscp1和Xsscp2对赤霉病抗性的解释率在2006年和2007年的单花滴注接种和迷雾接种中均高于Xgwm533。5)利用与水稻1S染色体末端BAC或PAC序列同源的小麦EST序列,设计引物286对,经亲本间多态性分析和用中国春及其缺体四体材料N3BT3A、N3AT3B和N3DT3A进行的定位,获得了3个STS标记和2个SSCP标记定位于小麦的3B染色体上,经在宁7840/Clark RIL群体中的基因型分析,这5个DNA标记均可定位于宁7840 3BS赤霉病抗性QTL区域,其中标记Xsscp7位于Xgwm389和Xgwm493之间,对赤霉病抗性的解释率在2006年和2007年的单花滴注接种和迷雾接种中均高于Xgwm389和Xgwm493,但低于Xgwm533。6)应用Liu等（2003a, 2003b, 2005）发表的定位于小麦染色体3BS上的35个STS标记的引物,在宁7840和Clark间进行多态性分析并用中国春的缺体四体材料进行定位分析,结果获得一个在宁7840和Clark之间有多态性并且可以定位于3B染色体上标记,被命名为Xsts1。此外用Liu等（2003）文章中的引物进行定位于3B染色体上的SSCP标记的开发,开发出一个定位于3B染色体上的SSCP标记,命名为Xsscp8。对Shen等（2005）发表的定位于小麦3BS上的SSR标记XCS-SSR 7和XCS-SSR20进行了分析,其中XCS-SSR 7在宁7840和Clark有多态性。Xsts1、Xsscp8和XCS-SSR7均位于Xgwm493的外侧,XCS-SSR7对赤霉病抗性的解释率与Xgwm493较为接近,Xsts1和Xsscp8对赤霉病抗性的解释率在2006年和2007年的单花滴注接种和迷雾接种中均显著的低于Xgwm493。7)应用本试验中的571对引物进行宁7840 3BS赤霉病抗性QTL区域的CAPS标记的开发,共获得定位于宁7840 3BS赤霉病抗性QTL区域的CAPS标记2个,分别被命名为Xcaps1和Xcaps2,Xcaps1位于Xgwm389外侧,Xcaps2位于Xgwm493外侧,这2个CAPS标记对赤霉病抗性表型变异的解释率基本是低于Xgwm389、Xgwm493和Xgwm533。8)构建了由8个SSR标记、9个STS标记、8个SSCP标记和2个CAPS标记等27个简单标记组成的宁7840 3BS赤霉病抗性主效QTL区域的遗传连锁图,其中标记之间的最小距离达到了0.2 cM。本论文对宁7840/Clark RIL群体在长江中下游麦区气候条件下的赤霉病抗性进行了鉴定,明确了赤霉病抗源宁7840在本麦区的遗传规律。在单花滴注接种方法下,应用主基因+多基因模型分析,确定该群体中有3个赤霉病抗性主效基因,应用Map Manager QTXb20软件分析,该群体中存在3个赤霉病抗性QTL,与主基因+多基因模型分析一致。其中3BS上的赤霉病抗性QTL效应最大,该抗性QTL在迷雾接种方法下效应也是最大的。应用STS、SSCP和CAPS技术在3BS赤霉病抗性QTL区域开发DNA标记,共获得18个新标记位于该抗性QTL区域,其中6个标记位于Xgwm389和Xgwm493之间。这些新开发的DNA标记可用于赤霉病抗性分子标记辅助育种和该抗性QTL的基于图位的克隆。此外本研究建立和优化了小麦SSCP分析技术体系,为小麦基因组中微小差异及突变的检测提供了一种简便的检测方法。