高大山羊草 Pm13染色体片段对小麦农艺和产量性状的影响

含有高大山羊草 Pm13染色体片段的小麦种质R1B对白粉病菌表现高抗。为明确 Pm13对白粉病的抗性遗传特点及高大山羊草染色体片段对小麦农艺和产量性状的影响,利用R1B与高感小麦品种济麦22杂交获得的F_(2∶5)RIL群体进行自然诱发鉴定和分子标记分析。结果表明,发病后,RIL群体的抗、感病株系符合1∶1分离比(χ~2=3.261,χ■=3.841),说明白粉病抗性是由一对基因控制。经分子标记分析,RIL群体白粉病抗性由 Pm13控制,且符合孟德尔单基因遗传规律。RIL群体中抗白粉病组和感白粉病组间,抽穗期、开花期、株高、穗长、每穗可育小穗数、每穗不育小穗数、穗粒数、千粒重、粒长、粒宽、粒周长、长宽比等12个性状均无显著差异(P0.05),说明高大山羊草染色体片段对这些性状没有明显不利影响。鉴于 Pm13抗性遗传稳定,应加大其利用力度,培育更多含有该基因的抗白粉病品种,发挥其在生产上的应用价值。     

利用瞬间表达技术分析小麦几丁质酶和β-1,3葡聚糖苷酶基因的抗病性功能

几丁质酶基因和β-1，3葡聚糖苷酶基因是植物抗病反应过程中的两类重要的病程相关蛋白（PR）基因。为了快速准确地评价此类基因组成性表达后的抗病效果及在分子育种上的应用价值。利用瞬间表达技术分别在感病小麦品种离体叶片表皮细胞中过量表达1个小麦几丁质酶基因Cht4和2个小麦β-1，3葡聚糖苷酶基因Glb3s2和Glb3s6，并以GUS基因的共表达标识阳性转化细胞。基因枪轰击后高密度接种白粉病菌孢子。40h后观察转化阳性表皮细胞度其表面抱子的发育，并以阳性转化细胞中白粉病菌成功侵入的细胞所占比例（侵入频率）为指标分析目标基因的表达对白粉病菌入侵及吸器形成产生的影响（对照为单独导入GUS基因的表皮细胞）。结果表明，小麦几丁质酶基因Cht4（侵入频率为18．3％，对照为25．04％）和小麦肛1，3葡聚糖苷酶基因Glb3s2（侵入频率为19．63％，对照为24.63％）在感病小麦品种叶片表皮细胞中的瞬间表达，对白粉病菌侵入和吸器形成均有抑制作用，在一定程度上增强了表达细胞对白粉病菌的抗性。     

云南省小麦品种苗期抗白粉病基因推导

为了解云南小麦品种的抗白粉病基因背景,采用20个不同毒性谱的小麦白粉菌株,对42个云南小麦重要生产品种进行了苗期抗白粉基因推导,并结合系谱进行溯源分析。结果表明,42个品种共推导出Pm4a、Pm5b(Mli)、Pm6、Pm8、Pm21、Pm30和Pm34共7个抗白粉基因,分布于16个品种中。其中,Pm8和Pm34出现频率最高,分别出现在4个品种中,Pm30次之,出现在3个品种中,Pm6和Pm21分别出现在2个品种中,而Pm4a及Pm5b(Mli)仅在个别品种中出现。有16个品种无法推导其抗白粉基因,可能含供试基因以外的其他抗白粉病基因。098-2、昆麦4号、玉09-5和宜系96-6含有效的未知抗白粉病基因,云麦101、云麦57、SH710、楚麦10号、楚06-9、楚2008鉴-4等6个品种不含供试的抗白粉基因。云南小麦生产品种中,含有效的已知和未知抗白粉基因品种占16.7%,这些品种可适当扩大种植面积,注意不同基因的合理布局;丧失抗性的品种占33.3%,应尽量压缩面积;含Pm30和Pm34新基因和本次未能推导出结果的品种占50%,有待进一步评价,目前可根据表型抗性酌情利用。     

小麦PR-1、PR-2、PR-5基因的白粉菌和水杨酸诱导表达分析及白粉病抗性研究

病程相关蛋白基因PR-1、PR-2和PR-5是植物抗病基因介导的抗病反应和系统获得抗性(systemic acquired resistance,SAR)中的标志基因。为了研究病程相关蛋白基因和水杨酸在小麦(TriticumaestivumL.)抗白粉病反应中所起的作用,以抗白粉病和感白粉病小麦品系为材料,在白粉病菌(Blumeria graminisf.sp.tritici,Bgt)诱导不同时间,或水杨酸处理不同时间后,用半定量RT-PCR技术检测了小麦叶片中PR-1、PR-2和PR-5基因的表达变化。结果表明,白粉病菌的侵染激活和显著增强了病程相关蛋白基因PR-1、PR-2和PR-5在周麦18中的转录。与感病品系相比,PR-1和PR-5在抗病品系中转录激活得更快、更强。水杨酸处理显著激活了PR-1和PR-5的转录,但对PR-2的转录影响不大。白粉病菌和水杨酸均能显著激活和增强PR-1和PR-5的表达,但白粉病菌的作用更强,说明PR-1和PR-5基因在小麦抗白粉病反应中起重要作用。PR-1和PR-5可以作为小麦SAR的标志基因。水杨酸处理后周麦18和中国春的白粉病抗性得到提高,提示水杨酸在小麦抗白粉病信号传导途径中起一定作用。     

小麦PR-1、PR-2、PR-5基因的白粉菌和水杨酸诱导表达分析及白粉病抗性研究

病程相关蛋白基因PR-1、PR-2和PR-5是植物抗病基因介导的抗病反应和系统获得抗性(systemic acquired resistance,SAR)中的标志基因.为了研究病程相关蛋白基因和水杨酸在小麦(Triticum aestivum L.)抗白粉病反应中所起的作用,以抗白粉病和感白粉病小麦品系为材料,在白粉病菌(Blumeria graminis f.sp.tritici,Bgt)诱导不同时间,或水杨酸处理不同时间后,用半定量RT-PCR技术检测了小麦叶片中PR-1、PR-2和PR-5基因的表达变化.结果表明,白粉病菌的侵染激活和显著增强了病程相关蛋白基因PR-1、PR-2和PR-5在周麦18中的转录.与感病品系相比,PR-1和PR-5在抗病品系中转录激活得更快、更强.水杨酸处理显著激活了PR-1和PR-5的转录,但对PR-2的转录影响不大.白粉病菌和水杨酸均能显著激活和增强PR-1和PR-5的表达,但白粉病菌的作用更强,说明PR-1和PR-5基因在小麦抗白粉病反应中起重要作用.PR-1和PR-5可以作为小麦SAR的标志基因.水杨酸处理后周麦18和中国春的白粉病抗性得到提高,提示水杨酸在小麦抗白粉病信号传导途径中起一定作用. 激活和显著增强了病程相关蛋白基因PR-1、PR-2和PR-5在周麦18中的转录.与感病品系相比,PR-1和PR-5在抗病品系中转录激活得更快、更强.水杨酸处理显著激活了PR-1和PR-5的转录,但对PR-2的转录影响不大.白粉病菌和水杨酸均能显著激活和增强PR-1和PR-5的表达,但白粉病菌的作用更强,说明PR-1和PR-5基因在小麦抗白粉病反应中起重要作用.PR-1和PR-5可以作为小麦SAR的标志基因.水杨酸处理后周麦18和中国春的白粉病抗性得到提高,提示水杨酸在小麦抗白粉病 号传导途径中起一定作用. 激活和显著增强了病程相关蛋白基因PR-1、PR-2和PR-5在周麦18中的转录.与感病品系相比,PR-1和PR-5在抗病品系中转录     

小麦品种Grandin抗白粉病基因的鉴定和SSR标记

为了明确美国红粒硬质春小麦品种Grandin在小麦育种中的利用价值,对其进行了白粉病抗性基因的鉴定,并利用分子标记进行了定位.遗传分析结果表明,Grandin携带1个显性抗白粉病基因,该白粉病抗性基因与小麦SSR标记位点Xcfd81和Xcfd78连锁,遗传距离分别为0.9 cM和3.3 cM.根据小麦微卫星标记遗传连锁图以及利用中国春第5同源群双端体系对这两个SSR标记位点的定位结果,该抗白粉病基因被定位于小麦染色体5D短臂,与小麦已知抗白粉病基因Pm2的定位结果基本一致.进一步通过标记多态性比较和小麦白粉菌分小种鉴定证实Grandin所含的抗白粉病基因就是Pm2.同时还对Pm2基因的STS标记在不同群体中的实用性进行了讨论.     

小麦叶片瞬时表达体系的优化

为了解决小麦叶片瞬时表达体系所存在的表达效率低、稳定性差、轰击不均匀等问题,利用GFP和GUS作为报告基因,通过改变叶片处理方式、质粒用量、质粒包裹方法和轰击距离,对小麦叶片瞬时表达体系进行优化,并将优化后的体系应用于小麦抗白粉病相关基因的功能鉴定,验证优化体系的有效性。结果表明,与未优化前的方法相比,叶片处理方式为乙醇,质粒用量为每枪1μg,质粒包裹方法采用扩大体系法,轰击距离为9cm时,瞬时表达效率显著提高且轰击更为均匀。应用该体系在感病小麦品种叶片中沉默隐性抗白粉病基因Mlo,显著降低了互作细胞吸器指数,进一步验证了目标基因的功能和优化体系的有效性。     

小麦品种绵麦37和绵麦367抗白粉病基因的FISH分析及分子检测

为了进一步研究和利用小麦品种绵麦37和绵麦367所携带的白粉病抗性基因,首先以OligopSc119.2-1(可检测小麦染色体结构变异)、Oligo-pTa535-1(可检测小麦染色体结构变异)和pDb12H(可检测簇毛麦染色体)为探针,对这两个小麦品种进行了荧光原位杂交(FISH)分析,然后利用与Pm21基因连锁的分子标记NAU/xibao15对这两个小麦品种进行分子检测。结果表明,绵麦37和绵麦367都含有1对6VS/6AL易位染色体,且均携带Pm21基因。     

一个黑麦碱基因Sec-1表达缺失的抗白粉病新材料的鉴定和抗源分析

小麦品系1002是经多年自交繁衍形成的稳定品系,对当前生产上流行的白粉菌生理小种表现苗期和成株期免疫抗性。为深入了解1002白粉病抗性的遗传基础,本研究对其抗性来源、遗传特性和细胞学背景进行了分析。结果表明,1002的白粉病抗性受一对显性基因控制,细胞核遗传,并能在感病品种中有效表达,与感病品种杂交F1代表现为免疫。1002是一个不含有中间偃麦草和簇毛麦遗传背景的黑麦碱基因Sec-1表达缺失的1BL/1RS易位系,其白粉病抗性基因与1BL/1RS染色体无关,与当前有效的白粉病抗性基因Pm37、Pm40、Pm43、PmCN17和PmL962并不相同。因此,推断1002携带一个新的抗白粉病基因。     

小麦L699叶片受白粉菌胁迫后蛋白质的差异表达

为从蛋白组学角度认识小麦抗白粉病机制,以含有抗白粉病新基因Pm40的小麦品系L699为材料,采用蛋白质双向电泳和质谱技术(MALDI-TOF-MS)检测小麦叶片接种白粉菌24h后的差异蛋白。结果表明,经PDQuest软件分析,接种白粉菌后小麦叶片中有18个蛋白质斑点表达量上调,38个蛋白质斑点表达量下调。对表达量上调的蛋白质斑点进行质谱分析和数据库检索,共鉴定出15种蛋白质,其中13种参与防御反应、碳水化合物代谢和蛋白质周转。这些差异蛋白与抗病途径、植株生理过程密切相关,在小麦抗白粉病过程中起很重要的作用。     

小麦抗条锈基因Yr10的抗病通路研究

小麦抗条锈病基因 Yr10作为全生育期抗性基因,对国内大部分的条锈菌生理小种表现抗性,为探究 Yr10介导的抗病通路,以小麦AvocetS(AvS)和其近等基因系AvS Yr10NIL(AvS+ Yr10)为材料,接种条锈菌CYR31后分别构成亲和与非亲和体系,通过分析含有抗病基因 Yr10非亲和体系中的信号分子变化,比较非亲和与亲和体系中抗病过程相关基因的表达差异和功能,进而解析 Yr10的抗病通路。结果表明,在含有抗病基因 Yr10的非亲和体系中, RAR1、 HSP90和 SGT1可能参与抗病基因(R)激活下游的抗病通路。R基因的激活引发活性氧在接菌后早期迅速积累,同时内源SA水平在接菌后出现高峰,随后寄主细胞迸发活性氧,并引起下游病程相关基因 PR1表达显著上调,促进植物细胞的坏死,表现为过敏性坏死反应(HR)。总体来说, Yr10的抗病通路为通过R基因的激活后引发SA信号分子,进而影响活性氧的积累,最终诱导下游PR基因的表达和HR反应的发生。     

抗白粉病基因PmCH1357相关分子标记验证与评价

由禾本科布氏白粉菌Blumeria graminis(DC.) f. sp.tritici(Bgt)引起的白粉病是影响小麦产量和品质的一种主要病害。为了评价小麦抗白粉病基因相关分子标记在育种中的有效性与实用性,本试验利用感白粉病品种晋麦66和小偃麦衍生品系CH1357构建的341个F_(2:3)家系为材料,利用本课题组前期已定位的8个与抗白粉病基因 PmCH1357相关的分子标记(Xcfd81、Xbwm20、Xbwm21、Xbwm25、Xmp510、Xbwm8、Xbwm9和Xgwm190)对群体进行PCR检测,并接种白粉菌株E09进行苗期抗病性鉴定,分析PCR扩增产物与白粉病抗性间的相关性。结果表明,4个标记(Xcfd81、Xbwm20、Xbwm21和Xbwm25)对群体检测的纯合抗病基因型与纯合抗病表现型符合率均达到93%以上,可用于抗白粉病基因 PmCH1357的筛选;为进一步提高标记筛选的准确性,可使用多个标记组合,使用基因同一侧的标记组合进行选择会降低选择效率,使用基因两侧标记组合进行选择可有效提高选择的准确性。使用标记组合Xcfd81+Xbwm8对抗白粉病基因 PmCH1357进行选择可以获得更高的准确性及更多有效植株。     

白粉菌诱导下小麦TaNHO1基因的克隆、表达分析及亚细胞定位

非寄主抗性基因 NHO1(non-host resistance 1)编码的甘油激酶(glycerol kinase,GK),是甘油代谢中的限速酶之一,参与植物对多种病害的抵御过程。为进一步探究其响应小麦白粉菌侵染的表达模式,利用RT-PCR方法克隆获得了转录自抗病种质N9134的三个部分同源染色体的小麦 NHO1基因(分别命名为 TaNHO1-2A、 TaNHO1-2B和 TaNHO1-2D),分析三个 TaNHO1同源基因的序列、启动子组成元件和表达模式,并明确了其亚细胞定位。序列分析结果表明,小麦 TaNHO1-2A/2B/2D基因CDS区序列全长分别为1 605、1 599和1 605 bp,分别编码534、532和534个氨基酸残基;3个同源基因均含有与 AtNHO1(AT1G80460.1)基因以及 OsNHO1(Os04G0647800)基因高度相似的FGGY_N端和FGGY_C端结构域。经对启动子区结构分析,该基因启动子区含有大量与植物激素及逆境响应相关的顺式作用元件,意味着 TaNHO1可受到多种植物激素诱导并参与小麦抗病过程。qRT-PCR结果表明,在N9134抗病近等基因系响应白粉菌(Blumeria graminis f. sp.tritici,Bgt)侵染过程中,三个同源基因在不同时间点表达模式不同,其中 TaNHO1-2A、 TaNHO1-2B基因在侵染早期均上调表达,而 TaNHO1-2D则表现出多次波动的表达模式;在N9134感病近等基因系遗传背景下,同源基因的表达水平在病菌侵染后48 h均表现出下调,说明该基因能够响应白粉菌侵染。经亚细胞定位分析,该基因主要作用于细胞质、细胞膜以及核膜。     

小麦TaDHN2基因及其启动子的克隆与功能研究

为给深入研究Ta DHN2基因在小麦抗旱机制中的作用机理奠定基础,并为进一步丰富小麦DHN基因研究内容提供参考,本研究通过筛选石麦15基因组BAC文库和BAC克隆测序方法克隆了Ta DHN2基因及其启动子,并对Ta DHN2基因序列特征、表达模式和启动子功能等进行了分析和探讨。结果表明,Ta DHN2基因含有1个88 bp的内含子,开放读码框长为696 bp,编码1个含有231个氨基酸的脱水素蛋白。Ta DHN2蛋白具有Y-segment、S-segment和K-segment结构域,属于YSK2类型脱水素蛋白。此外,该蛋白含有明显的核定位信号序列S-segment和基序RRKK。Ta DHN2基因受渗透胁迫诱导表达,在根和叶中表达模式类似,叶中表达量显著高于根中。Ta DHN2基因启动子序列长为2 025 bp,预测含有9个脱水响应顺式元件。在转基因拟南芥中,Ta DHN2基因启动子能够启动GUS基因表达,并在渗透胁迫下诱导GUS基因上调表达。以上结果说明,Ta DHN2基因为脱水响应基因,其启动子为渗透胁迫强诱导启动子。     

冬小麦miR398前体的克隆及其在低温条件下对靶基因CSD1表达的调控

miR398是受逆境胁迫负调控的miRNA,其靶基因CSD编码超氧化物歧化酶(SOD),使植物抵御活性氧(ROS)的毒害。为进一步了解低温胁迫下miR398的调控机制,从东农冬麦1号中克隆小麦miR398前体,构建过表达载体并转化拟南芥,用Real-time PCR检测T0代植株中小麦miR398及其靶基因CSD1在低温胁迫下的表达量。结果表明,随着低温胁迫时间的延长,miR398表达下调、CSD1基因表达上调,认为小麦miR398能响应低温胁迫、负调控CSD1基因表达,间接提高了拟南芥的抗寒性。     

Lr1基因在四个小麦骨干亲本衍生系中的分布及选择效应

为了解Lr1基因在小麦育种中的利用情况,通过PCR分子标记技术检测了小麦抗叶锈病基因Lr1在小麦骨干亲本南大2419、阿夫、燕大1817和碧蚂4号及其328个衍生品种中的分布情况。结果显示,Lr1基因在4个骨干亲本衍生品种中的频率为:燕大1817(80.0%)阿夫(78.1%)南大2419(54.3%)碧蚂4号(32.4%);Lr1基因在各个亲本衍生后代的最高频率分别是:阿夫子三代90.0%,燕大1817子三代100.0%,南大2419子五代100.0%,碧蚂4号子三代45.0%。Lr1基因的分布频率呈现出从冬小麦区到春小麦区上升的趋势。研究表明骨干亲本的选用更注重其综合性状而非是否含有Lr1基因,环境条件、亲本和杂交方式的选择及其相互作用影响了Lr1基因在骨干亲本衍生品种中的分布形势,其基因的表现型可能与选择牵连效应有关。     

抗叶锈基因Lr34在46个小麦育种资源中的分布及其抗性表现

Lr34是目前应用最广泛的慢锈基因,慢锈基因的利用是实现持久抗病性的方法之一。为明确我国小麦品种含有Lr34的信息,利用csLv34标记检测了46个小麦育种资源中Lr34的分布情况,并对46个小麦育种资源进行了田间成株期抗叶锈性鉴定。分子检测表明,在46个小麦品种中有7个品种含有Lr34基因(分布率为15.2%),含有Lr34基因的品种成株期抗叶锈性较强,虽然有些品种的侵染型为3~4,但严重程度较低。     

粗山羊草苗期抗叶锈性离体鉴定及抗叶锈基因推导

为明确来自加拿大的17份粗山羊草含有的苗期抗叶锈病基因,选用15个小麦叶锈菌菌株和42个小麦叶锈病近等基因系,采用苗期离体叶片对其抗叶锈性进行鉴定和抗叶锈基因推导。结果表明,17份粗山羊草材料中,30942对15个菌株均表现免疫,30941对13个菌株表现免疫,说明这两个材料抗锈谱广,含有效的抗叶锈基因。经基因推导,这些粗山羊草材料中可能含有Lr1、LrB、Lr2b、Lr18、Lr21、Lr32、Lr33及未知抗叶锈基因。     

小麦SGT1基因的克隆与表达特性分析

为了研究SGT1基因在不同小麦抗病反应中的表达特性,采用RT-PCR和RACE方法,从小麦cDNA中分离出包含SGT1基因全长cDNA序列.该基因编码具有377个氨基酸的蛋白,具有已知SGT1蛋白典型的5个功能域,即TPR区、VR1区、CS区、VR2区和SGS区.小麦SGT1蛋白与大麦SGT1蛋白的氨基酸序列具有97%的相似性.Southern杂交结果显示,SGT1基因在小麦基因组中有3个拷贝.分析结果表明,大麦黄矮病毒、白粉病菌、纹枯病菌和赤霉病菌侵染小麦均可诱导小麦SGT1基因转录水平上调,说明SGT1可能参与了小麦不同抗病反应.