小麦抗白粉病基因PmY2280遗传作图和52-kb线粒体插入分析

论文摘要

小麦白粉病是影响世界小麦生产的主要病害之一,抗病育种是防治小麦病害发生的最经济有效和环境友好的方法,而抗病基因是进行抗病育种的重要基础,因此挖掘新的抗白粉病基因资源具有重要意义。粗山羊草是普通小麦D基因组供体祖先种,是小麦遗传改良的重要的基因资源。本实验利用两个粗山羊草亲本,杂交产生了一个大的F2分离群体。利用该群体鉴定了一个显性抗白粉病基因,将其命名为PmY2280。分子标记作图将其定位在5D染色体长臂上,8个微卫星标记与之连锁（Xcfd266, Xgwm583, Xgwm639, Xcfd57, Xgwm174, Xcfd26, Xwmc289和Xbarc320）。其中,标记Xcfd26和标记Xwmc289是距离抗病基因最近的两个侧翼标记,遗传距离分别是10.9cM和19.3cM。为了缩小抗病基因标记区间,以中国春缺失图谱定位的EST序列为基础,通过搜索D基因组序列草图和利用二代测序技术建立的两个亲本间的SNP数据集,新开发了23个连锁的SSR标记、32个连锁的SNP标记和1个STS标记,将抗病基因标记区间缩小到了标记d39和标记d69之间,使抗病基因远离着丝粒一侧缩小了6.4cM。比较基因组学研究显示,粗山羊草抗病基因PmY2280区间与水稻和短柄草之间的共线性较差,仅与水稻6、7、2、4、9染色体,短柄草的1、3、5染色体有极其微弱的共线性,说明利用比较基因组学进行图位克隆PmY2280基因比较困难。该抗病基因位点在Luo等发表的粗山羊草遗传图上对应标记区间,即标记BF478964（85.06cM）与标记Xgdm153（102.72cM）之间没有任何额外标记,这无疑给目标基因区段新的分子标记开发造成了非常大的困难。研究细胞核中线粒体DNA插入事件对于了解小麦的进化具有重要意义。本研究第一次在小麦细胞核中检测到一个52kb的线粒体插入事件,并对其结构、进化和表达进行了研究。在对小麦抗秆锈病基因Sr2区基因组测序过程中,检测到一个含有52-kb的线粒体插入（NUMT）的BAC克隆36I14,随后,又在四倍体小麦基因组文库中筛选到一个含有该NUMT的BAC克隆406B11。比较序列分析显示,尽管两直向同源的NUMT间有插入、缺失和核苷酸替换发生,但整体上该NUMT在两物种间还是非常保守的。序列分析发现,52-kb NUMT存在于中国春小麦,但在小麦Hope中缺失。对NUMT插入边界的扩增表明,二倍体物种中不能产生目标带,但在部分四倍体和六倍体小麦能产生阳性带。利用分子钟推测两直向同源的NUMT插入年代显示,该NUMT大约在378000和416000年前插入到四倍体小麦Langdon和六倍体小麦中国春中。利用保守引物扩增nad7基因的cDNA序列,测序分析发现有32个C-U的RNA编辑发生,其中28个为完全编辑,4个为部分编辑,而且nad7基因序列在核内与线粒体之间存在SNP差异,该差异均与cDNA序列是一致的,这说明检测到的表达的nad7基因来自线粒体,并非细胞核。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 抗病基因的主要结构域与特点
• 1.2 抗病机理研究进展
• 1.3 抗病基因的利用
• 1.4 小麦抗白粉病基因研究进展
• 1.4.1 小麦抗白粉病基因的鉴定
• 1.4.2 粗山羊草抗白粉病基因的鉴定与利用
• 1.4.3 小麦抗白粉病基因的遗传作图
• 1.4.4 小麦抗白粉病基因的克隆
• 1.5 立题依据和技术路线
• 1.5.1 立题依据
• 1.5.2 抗病基因定位技术路线
• 1.5.3 新分子标记的开发、共线性分析及重组率分析
• 第二章 粗山羊草Y2280 抗白粉病基因的鉴定与初步定位
• 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 分离群体的抗病性鉴定及抗病基因的遗传分析
• 2.2.2 抗病基因的初步定位
• 2.2.3 抗病基因的物理定位
• 2.3 讨论
• 2.3.1 粗山羊草抗白粉病基因PmY2280 的初步定位
• 2.3.2 粗山羊草抗白粉病基因PmY2280 与5DL 上其他抗病基因的比较
• 第三章 粗山羊草Y2280 抗白粉病基因新标记的开发及其遗传图谱的加密
• 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 EST-SSR 标记的开发
• 3.2.2 EST-STS 标记的开发
• 3.2.3 基因组SSR 分子标记的开发
• 3.2.4 SSR 重复单元的特点和多态性的关系
• 3.2.5 基因组SNP 标记的开发
• 3.2.6 抗病白粉病基因PmY2280 遗传连锁图的加密
• 3.3 讨论
• 3.3.1 EST-SSR 分子标记
• 3.3.2 基因组SSR 标记
• 3.3.3 基因组SNP 标记
• 第四章 粗山羊草-短柄草-水稻抗病基因位点共线性和重组率分析
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 短柄草遗传连锁图
• 4.1.2 水稻遗传连锁图
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 以4 个物理区间的EST 比对短柄草和水稻基因组序列
• 4.2.2 小麦5DL 染色体与短柄草和水稻基因组共线性的确定
• 4.3 讨论
• 4.3.1 5DL 染色体共线性及进化
• 4.3.2 抗病基因PmY2280 位点与模式植物的共线性关系
• 4.3.3 粗山羊草抗白粉病基因PmY2280 位点重组率分析
• 第五章 小麦52-kb 线粒体插入分析
• 5.1 前言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 材料
• 5.2.2 方法
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 携带NUMT 的六倍体和四倍体小麦BAC 克隆的鉴定
• 5.3.2 两个直向同源的BAC 序列分析
• 5.3.3 52-kb 线粒体插入区的结构分析
• 5.3.4 NUMT 的表达分析
• 5.3.5 线粒体插入在不同倍性小麦材料中的变异和进化
• 5.3.6 NUMT 进化年代的推测
• 5.4 讨论
• 5.4.1 四倍体和六倍体小麦NUMT 直向同源区基因组大小变异分析
• 5.4.2 六倍体小麦基因组结构的重组和重排机制
• 5.4.3 线粒体DNA 转移的进化
• 第六章 全文结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历