小麦抗白粉病基因Pm21连锁标记的比较与应用

【目的】探讨与Pm21基因共分离的共显性标记CINAU15902和CINAU161650在育种实践中应用的可行性。【方法】利用8个已知Pm21基因型的小麦品种（系）,将共显性标记CINAU15902和CINAU161650与显性标记SCAR1400在不同遗传背景下的稳定性以及检测效率进行比较。【结果】共显性标记CINAU161650稳定可靠,可有效区分Pm21的纯合和杂合基因型。在利用CINAU161650辅助选择的3个株系中,BC-1-特2株系共116个单株,筛选出纯合抗病单株37个;BC-1-特6株系共206个单株,筛选出纯合抗病单株49个;BC-1-特10株系共28个单株,筛选出纯合抗病单株10个。【结论】在抗白粉病育种中,利用共显性标记CINAU161650对Pm21基因进行辅助选择是高效可行的。     

基于基因特异性标记分析Pm21在中国冬小麦品种（系）中的分布

【目的】来自小麦-簇毛麦6VS/6AL易位系的抗病基因Pm21对小麦白粉病具有持久和广谱抗性,开发该基因的特异性标记,分析其在全国冬麦区中的应用情况,为Pm21的合理布局及分子标记辅助选择育种提供理论依据和技术支撑。【方法】根据已克隆的与Pm21抗性途径紧密相关的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因Stpk-V的序列（GenBank登录号为HQ864471.1）,提取其蛋白序列并利用Pfam软件分析其保守结构域起止位点,在其保守结构域外设计开发特异序列标记WS-1;构建Pm21载体品种92R137和感病品种Avcoet S（AvS）的F2群体,以小麦白粉病菌E09对该群体每个单株进行苗期抗白粉病表型鉴定,同时利用WS-1对F2群体进行分子检测,分析检测表型与抗病表型,以验证WS-1标记的准确性;利用WS-1标记对来自中国不同冬麦区的662份小麦品种（系）进行分子标记检测,分析Pm21在不同麦区小麦品种（系）的分布情况,并将检测到含有Pm21的品种（系）在田间进行抗白粉病鉴定;选取WS-1已检测到及没有检测到Pm21的品种（系）各50份,利用曹爱忠等开发的标记NAU/xibao15902进行PCR扩增,进一步证明WS-1的准确性。【结果】（1）开发的Pm21特异标记WS-1为显性标记,含Pm21的小麦材料在8%非变性聚丙烯酰胺凝胶中扩增出一条大小为949 bp的片段,而不含该基因的小麦材料中无该片段。（2）在包含377个株系的F2群体中,286个单株为抗病,91个单株为感病,抗感比符合3﹕1的分离比例,表明在该群体中Pm21表现为显性单基因,WS-1对F2群体的每个株系的检测结果与抗/感表型完全一致。（3）供试的662份小麦材料中,49份携带Pm21,平均分布频率为7.4%,其中,西南冬麦区中检测到33份,占该区参鉴品种（系）数的34.4%,而北部冬麦区、黄淮冬麦区和长江中下游冬麦区,分别检测到4份、9份和3份,各占该区参鉴品种（系）数的5.3%、3.1%和1.5%。【结论】开发的Pm21特异性标记WS-1可以作为该基因的检测标记,也可应用到今后的基因聚合育种中;该基因在不同麦区分布相差很大,其中,西南冬麦区四川、贵州省的小麦品种（系）中Pm21使用频率过高,有促进病原菌定向选择的风险,在当前小麦育种中应给以重视。     

小麦抗白粉病基因Pm13和Pm21的多重PCR检测

为了促进小麦抗白粉病基因聚合体材料在小麦育种及生产中的应用,利用与抗白粉病基因Pm21和Pm 13连锁的特异标记,在含有抗白粉病基因Pm 21和Pm 13的杂交F4代群体中随机挑选114个单株分别进行单一和多重PCR检测.结果表明,多重与单一PCR检测结果一致,在114个供试单株中,有5株具有Pm 21,74株具有Pm 13的特异标记,其中4个单株同时具有Pm 21和Pm 13的特异标记.与抗白粉病基因Pm 21和Pm 13连锁的特异标记可以用于对Pm 21和Pm 13的多重PCR检测,更加快速地检测出含有抗病基因Pm 21和Pm 13的累加体,有效应用于辅助选择育种.     

小麦抗白粉病基因Pm13和Pm21特异标记的鉴定和应用

为给小麦生产提供抗谱更广、抗性较持久的育种材料,促进累加基因在小麦抗白粉病育种中的应用.利用与抗白粉病基因Pm13和Pm21相连锁的特异标记,对含有抗白粉病基因Pm13、Pm21的抗病亲本材料和它们杂交的F1代单株,以及在育种中使用的50个小麦品种(系)进行了分子检测.结果表明,与抗白粉病基因Pm13、Pm21连锁的特异标记可以在含有相应基因的材料中分别扩增出1条大小约564 bp和140bp的特异带,而在含有Pm13和Pm21抗白粉病基因的4个F1植株中也检测到这2条特异带;在50个小麦品种(系)中,有10个小麦品种(系)具有Pm21抗白粉病基因,而所有品种(系)均没有扩增出Pm13抗白粉病基因的标记带;结合田间抗白粉病性鉴定,所有具有抗病基因Pm13或Pm21连锁标记的小麦品种(系)都表现高抗小麦白粉病.说明,与抗白粉病基因Pm13和Pm21相连锁的特异标记可以有效应用于小麦抗白粉病育种中,分子标记是检测抗病基因累加体、辅助育种的有效手段.     

水稻抗稻瘟病Pib基因的分子标记辅助选择与应用

 【目的】为探索抗稻瘟病Pib基因的分子标记用于水稻抗稻瘟病辅助选育，36个四川地方稻瘟病菌株被用来检测Pib基因的抗性。同时利用检测感病等位基因Pib的显性标记Lys145，并结合前人报道的检测抗病等位基因Pib的显性标记Pibdom组成一套水稻抗稻瘟病基因Pib显性分子标记。【方法】利用这套水稻抗稻瘟病基因Pib显性分子标记对122个杂交稻亲本或材料进行分子鉴定，并分别采用稻瘟病菌株05-12（ZB13）和05-30（ZC15）单小种接种试验进行致病性测试。【结果】所检测的122个杂交稻亲本或材料中，只有7个杂交稻亲本或材料含抗病基因Pib，且对稻瘟病菌菌株ZB13和ZC15表现抗病反应。此外，利用这套水稻抗稻瘟病基因Pib显性分子标记对600个杂交F2代单株进行早期筛选，得到185个抗病基因Pib纯合的单株，田间抗性调查结果与抗病基因分子检测结果一致。【结论】该套显性分子标记可应用于水稻抗稻瘟病基因Pib的分子标记辅助选育。     

分子标记辅助选育抗褐飞虱和抗稻瘟病的水稻恢复系

【目的】通过分子标记辅助选择培育兼抗褐飞虱和稻瘟病的水稻新恢复系,为杂交水稻抗病虫害育种提供新的种质资源。【方法】利用常规回交育种、分子标记辅助选择和抗病虫鉴定相结合的手段,将广谱高抗稻瘟病基因Pi9导入携带抗稻褐飞虱基因Bph14和Bph15的优良恢复系桂恢1561中。【结果】在BC_2F_3中检测到17个株系聚合了Bph14、Bph15和Pi9的纯合基因,其中GH18-1、GH18-7、GH18-10和GH18-18等4个株系农艺性状与轮回亲本桂恢1561相似,褐飞虱及稻瘟病抗性均达到抗级水平。【结论】通过常规的回交选育、分子标记和抗性鉴定相结合的方法,筛选获得4份聚合了褐飞虱抗性基因(Bph14、Bph15)和抗稻瘟病基因Pi9的抗性水稻中间材料,为选育新的双抗病虫害水稻恢复系提供种质资源。     

小麦抗秆锈病基因Sr22的SSR新标记

 【目的】利用微卫星技术筛选与Sr22紧密连锁的标记,从而应用于分子辅助育种选择与抗性种质基因检测分析。【方法】以抗秆锈病单基因系SWSr22与感病品种McN701为亲本杂交获得F1,单粒F1种子自交获得F2群体,选用中国流行小麦秆锈菌小种21C3CTH接种鉴定,进行遗传分析;利用分离群体集群分析法(BSA)对位于7A染色体的73对SSR引物进行多态性筛选,具有多态性的引物再通过SWSr22×McN701的F2抗感群体与F2﹕3家系的植株进行验证。【结果】该单基因系SWSr22对21C3CTH的抗性属于单位点显性遗传,并筛选到2对在亲本及F2抗感群体间揭示多态性的SSR引物Xwmc790和Xwmc633。通过对F2分离群体的分析表明,这2个标记与抗病基因Sr22紧密连锁,呈共显性,分布于该基因的同一侧,位于远着丝点处,与Sr22的遗传距离分别为2.8 cM和10.8 cM。【结论】这2个标记与抗病基因Sr22紧密连锁,经验证可用于小麦抗秆锈病分子标记辅助育种。     

甘蓝抗枯萎病SCAR标记的开发

 【目的】开发与甘蓝枯萎病抗性基因紧密连锁的SCAR标记，利用该标记对甘蓝抗枯萎病基因跟踪、鉴定，为甘蓝抗枯萎病分子标记辅助选择奠定基础。【方法】以高抗枯萎病的甘蓝自交系8024与感病自交系6A为亲本构建F2代分离群体和相应F3代家系，通过F3代家系抗病性分离表现确认F2代单株的基因型，选择10株纯合基因型显性抗病单株和10株纯合基因型隐性感病单株，利用BSA法构建甘蓝抗感基因池，筛选出与甘蓝枯萎病抗性基因紧密连锁的AFLP标记，克隆测序后根据序列差异将其转化为SCAR标记，通过142株F2代分离群体连锁验证该标记与甘蓝枯萎病抗性基因的连锁关系，并利用两个不同的抗感分离F2群体共100株对SCAR标记的通用性进行验证。【结果】获得了1个以相斥相连锁的SCAR标记S46M48199，该标记在感病亲本中扩增出199 bp的单一条带，而在抗病亲本中无扩增条带，142株F2代分离群体连锁分析表明，其遗传距离为2.78 cM，在F66和C1两个F2群体中的通用性验证结果，与抗性鉴定结果的吻合率分别为81%和83%。【结论】开发的SCAR标记可用于甘蓝抗枯萎病的分子标记辅助育种。     

水稻抗褐飞虱基因Bph14和Bph15的分子标记辅助选择

【研究目的】褐飞虱是危害水稻的三大病虫害之一，利用品种自身的抗性是目前防治褐飞虱最经济有效的方法之一。为了选育抗虫品种，【方法】本研究以携带有抗褐飞虱主效基因Bph14和Bph15的抗虫品系B5为抗源，以优良杂交稻亲本9311和1826为受体材料，通过复交和回交，分别利用与Bph14和Bph15紧密连锁的SSR标记MRG2329和MS5在分离群体中进行分子标记辅助选择，【结果】最终获得一系列目标基因纯合且农艺性状优良的稳定株系。采用苗期群体鉴定技术，对其中的38份重要材料进行了抗虫鉴定，在26份Bph14单基因纯合株系中，92.31%的材料抗性水平在中抗以上，6份Bph15单基因纯合株系全为抗或高抗，聚合有Bph14和Bph15双基因的6份株系抗性都达到了高抗水平。【结论】说明在育种进程中利用与Bph14和Bph15紧密连锁的分子标记开展抗褐飞虱分子标记辅助育种是一种有效的途径。     

458份小麦品种(系)抗病性状功能基因的KASP标记检测

[目的]研究不同小麦品种(系)抗病性状功能基因的分布状态,分析小麦品种(系)的抗病功能基因,为小麦抗病育种提供理论依据.[方法]利用KASP技术通过1个抗白粉病分子标记(Pm21)、1个抗条锈病分子标记(Yr15)和2个抗叶锈病分子标记(Lr14、Lr68),检测458份小麦品种(系).[结果]筛选出携带Pm21标记材...     

小麦抗白粉病基因Pm21抗病差异的蛋白质组学研究

 【目的】对小麦白粉菌侵染后的叶片进行差异蛋白质组学研究,以期发现抗白粉病基因Pm21转入后,对抗病机制起重要作用的蛋白。【方法】以对小麦白粉病敏感（百农3217）和对小麦白粉病免疫（W2132-6,携带抗病基因Pm21）的2个小麦近等基因系为材料,分别提取2个材料拔节期接种48 h后的叶片蛋白,应用双向电泳联合质谱(MALDI-TOF-MS)技术分析Pm21基因转入后差异蛋白表达。【结果】双向电泳后,CBB染色,用ImageMasterTM 2D Platinum软件分析检测出12个差异蛋白点,经过质谱（MALDI-TOF-MS）分析和数据库检索,鉴定出9个蛋白质,其中7个分别与能量代谢、基因调控、防卫和稳定蛋白质相关,参与了增强能量代谢、基因调控、抗氧化、细胞壁加厚和木质化等抗病生理反应。【结论】抗白粉病基因Pm21转入后,材料对白粉菌侵染响应发生变化,脯氨酸富集蛋白等胁迫反应蛋白得到增量表达,这些蛋白可能与小麦抗白粉病有一定相关性。     

小麦重要自噬相关基因ATG18的鉴定和表达分析

【目的】克隆小麦重要自噬相关基因ATG18,分析其编码产物的序列特征和高级结构,了解其在生物、非生物胁迫及激素处理条件下的表达模式,阐明其生物学功能。【方法】利用EST拼接和RT-PCR方法从白粉菌侵染的小麦叶片中克隆ATG18 cDNA序列,利用生物信息学方法进行基因的外显子-内含子结构分析、编码蛋白的结构域和保守氨基酸预测、高级结构分析和物种间同源蛋白的进化分析。采用实时荧光定量PCR方法研究基因表达对白粉菌侵染和外源激素处理的响应模式及对高盐、干旱、低温黑暗和缺氮培养等逆境胁迫处理的响应模式。【结果】获得了4个小麦ATG18家族成员(TaATG18a、TaATG18b、TaATG18c和TaATG18d)cDNA。4个基因高度相似,均含有1 158 bp开放阅读框(ORF),编码385个氨基酸的蛋白质。4个基因的编码蛋白在一级结构上均含有典型的WD-40结构域、磷脂酰肌醇-3-磷酸(PI3P)结合基序和保守的ATG2结合位点氨基酸残基。4个基因均具有2种转录后的可变剪接方式,2种剪接产物mRNA分别编码完整的有功能蛋白和N端截短导致结构域和功能位点缺失的无功能蛋白。TaATG18a蛋白在高级结构上折叠成与其他WD-40蛋白类似的β-推进器样构象,PI3P结合基序位于推进器第五叶片的折叠4和第五、六叶片的连接部分,ATG2结合位点位于连接第二叶片和第三叶片的loop上。TaATG18s能够被白粉菌侵染诱导表达,但具体的诱导表达模式在抗、感白粉病反应之间存在明显差异。在广谱抗白粉病基因Pm21和小种专一性抗白粉病基因Pm3f介导的抗病反应中,TaATG18s均呈现接种白粉菌后0—36 h期间的2次诱导表达模式,2次诱导表达时间与白粉菌侵染进程密切相关。在中感材料扬麦158遗传背景上的感病反应中,TaATG18s尽管也呈现2次诱导表达,但第一次诱导表达持续时间短且强度低于含Pm21的近等基因系上抗病反应中的表现,相反第二次诱导表达强度高于抗病反应中的表现。高感材料Chancellor遗传背景上的TaATG18s响应白粉菌侵染的表达波动较小。外源乙烯或SA处理对TaATG18s表达的调控作用在抗、感白粉病材料上明显不同,在感病材料上表现激活作用,而在抗病材料上表现抑制作用。激素处理对TaATG18s表达的调控不仅作用于转录水平,还作用于转录后的mRNA剪接环节。高盐、干旱、低温黑暗和缺氮培养等逆境处理也能够上调TaATG18s的表达。【结论】推测鉴定的4个TaATG18s编码蛋白具有通过结合PI3P定位于自噬膜表面和通过形成ATG18-ATG2复合物参与小麦自噬过程的功能。TaATG18s及其参与的自噬过程与小麦对白粉菌侵染的免疫反应密切相关,也与小麦响应非生物逆境胁迫环境相关。抗、感材料TaATG18s对同种激素信号的不同响应模式可能是导致抗、感白粉病表型差异的原因之一。     

CIMMYT 273个小麦品种抗病基因Lr34/Yr18/Pm38的分子标记检测

【目的】明确CIMMYT观察圃273个小麦品种(系)在慢病基因Lr34/Yr18/Pm38位点的等位变异类型及其对条锈病、叶锈病和白粉病的抗性,进一步验证抗病基因功能标记的有效性。【方法】利用Lr34/Yr18/Pm38紧密连锁的STS标记csLV34和基于该基因第11外显子(exon11)等位变异开发的5对功能标记cssfr1-cssfr5检测新引进的273个CIMMYT小麦品种(系),同时在成都和北京分别对其进行田间条锈病和白粉病的抗性鉴定,并结合CIMMYT的田间条锈病和叶锈病抗性鉴定结果进行分析。【结果】STS标记csLV34与5对功能标记cssfr1-cssfr5检测结果的一致性为96.7%;在273份CIMMYT材料中有43份材料含有Lr34/Yr18/Pm38,在不同地点对条锈病、叶锈病和白粉病具有不同程度的抗病性。【结论】功能标记cssfr1-cssfr5可准确鉴定Lr34/Yr18/Pm38位点exon11中的等位变异,cssfr3、cssfr4、cssfr5可用于含有Lr34/Yr18/Pm38材料杂交后代的分子标记辅助选择。     

小麦白粉病抗病新基因PmHNK的遗传分析和分子标记定位

 【目的】周98165对河南省当前流行白粉菌生理小种具有较好的抗性,并且综合农艺性状优良。明确其抗白粉病基因及遗传特性,筛选与其紧密连锁的分子标记,为抗白粉病育种提供抗源和理论支撑。【方法】将周 98165与中国春杂交、自交、测交,对双亲及其杂交后代进行苗期鉴定,用小麦白粉病菌08B1进行遗传分析,利用SSR、EST-SSR技术对双亲及抗感池进行筛选和电泳分析,并结合中国春缺四体材料进行染色体定位。【结果】周98165对3个白粉菌高毒力小种抗性良好,其抗病性受1对显性核基因控制,将该基因暂命名为PmHNK。筛选了与PmHNK 连锁的5个微卫星标记,在遗传图谱上的顺序为Xbarc77、Xgwm547、Xwmc326、Xgwm299、PmHNK、Xgwm108,Xgwm299和Xgwm108分别为PmHNK两侧距离最近的标记,图距分别为4.2 cM、5.6 cM,最远标记Xbarc77与PmHNK图距为10.6 cM,并将PmHNK 定位于3BL。【结论】抗病鉴定、遗传分析结合分子标记分析结果表明,PmHNK是一个白粉病抗病新基因。     

华南大豆种质对大豆疫霉根腐病的抗性分析

【目的】大豆疫霉根腐病是由大豆疫霉菌引起的严重影响大豆生产的世界性病害之一,选用抗病品种是控制该病最经济有效的措施。筛选抗大豆疫霉菌PGD1的优异抗源和多抗疫霉根腐病种质资源,推导大豆种质抗疫霉根腐病基因,为热带、亚热带地区大豆抗病育种提供有效抗源。【方法】采用下胚轴创伤接种法,利用在广东发现并分离的大豆疫霉菌PGD1菌株,接种鉴定主要来自广东、广西、福建、海南、湖南、江西和四川等华南省份631份大豆种质资源的抗病性,筛选抗大豆疫霉菌PGD1种质资源;再用其他6个不同毒力的大豆疫霉菌株接种鉴定抗大豆疫霉菌PGD1的种质,筛选多抗资源,通过基因推导方法分析抗病种质的抗病基因类型。【结果】631份大豆种质中有101份种质抗大豆疫霉菌PGD1,占鉴定种质的16.0%;73份为中间反应类型,占11.6%;457份表现感病,占72.4%。其中83份抗大豆疫霉菌PGD1的种质对其他6个不同毒力菌株Pm14、Pm28、PNJ1、PNJ3、PNJ4、P6497的侵染率分别为28.9%、34.9%、9.6%、66.3%、57.8%和10.8%。4份种质同时抗7个不同毒力的大豆疫霉菌株,分别为ZDD21538、ZDD21604、ZDD14286和明夏豆1号,占鉴定种质的4.8%。毒力频率为0的种质有15份,占鉴定种质的18.1%。83份大豆种质对7个不同毒力的大豆疫霉菌株共产生20种反应型,1种反应型与单个抗病基因的鉴别寄主Williams79反应型一致,可能含有抗病基因Rps1c;45份种质产生的9种反应型符合一些2个或2个以上已知抗病基因组合的反应型,这些种质可能含有已知抗病基因组合;38份种质共产生11种反应型既不同于任何含有单个已知抗病基因品种的反应型也不同于2个或2个以上已知抗病基因组合的反应型,它们可能含有新的抗病基因或基因组合。【结论】华南地区大豆种质中蕴藏着丰富的抗大豆疫霉菌PGD1和多抗大豆疫霉菌抗源,这些抗病种质可作为热带、亚热带地区大豆抗病育种的重要亲本和抗病基因定位的重要研究材料。