苦瓜白粉病抗性的主基因+多基因混合遗传模型分析

通过统计苦瓜白粉病的病情指数,研究白粉病抗性的遗传规律。采用主基因+多基因混合遗传分离分析法对抗病品系04-17-3和感病品系25-1杂交组合的P1、P2、F1、F2、B1和B2共6个世代群体抗白粉病遗传进行研究。结果表明：苦瓜对白粉病的抗性遗传符合2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因模型（E-1）,抗病对感病为不完全隐性;2对主基因的加性效应值均为-12.00;2对主基因分别具有正向部分显性和正向超显性作用,加性效应值均大于其显性效应值,上位性效应值（i+jab+jba+l）为负值。从遗传率上看,回交世代和F2的主基因的值分别为55.14％、43.56％和95.22％,多基因的值分别为16.10％、26.57％和0,环境变异在4.78％~29.87％间。主基因和多基因共同决定了苦瓜对白粉病的抗性,以主基因遗传为主,同时还受到环境变异的部分影响。在白粉病抗性育种过程中,应注意利用加性效应,选用白粉病抗性基因较多的材料作为亲本,并在早代进行选择,尤其是F2代主基因选择效率最高。     

小麦品种(系)的白粉病抗性鉴定及分子标记的实用性评价

为评价抗白粉病基因分子标记在标记辅助育种中的实用性,以含已知抗白粉病基因的材料为对照,对来源于我国11个小麦主产省份的145个小麦品种(系)进行了苗期白粉病抗性鉴定,并检测了9个小麦抗白粉病基因的分子标记Xcfd81-5D(Pm2)、Pm4a/b(Pm4)、Xwg996(Pm6)、LAG95(Pm8Pm17)、CAU196(Pm12)、UTV14(Pm13)、Xgwm159-5B(Pm16)、Pm21D/E(Pm21)和Xgwm337(Pm24)在上述材料中的扩增情况。结果表明,在供试材料中,Pm8基因的分布频率达52.4%,但该基因已丧失抗性;Pm2、Pm4、Pm6、Pm12、Pm13、Pm16、Pm17、Pm21和Pm24基因抗性好,但在供试材料中的分布频率仅介于0~9.7%。抗性达高抗以上水平的品种含有的抗病基因主要为Pm2、Pm21和Pm24;有些抗病品种的遗传基础尚不清楚。根据抗性和分子鉴定的一致性差异可将供试小麦品种(系)分为4种类型:(Ⅰ)分子标记检测和表型鉴定均为阳性;(Ⅱ)表型鉴定呈阳性,但分子标记检测为阴性;(Ⅲ)分子标记检测呈阳性,但表型鉴定为阴性;(Ⅳ)分子标记检测和抗性鉴定均为阴性。分子标记可用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ型材料中目标基因的选择,而无法用于Ⅲ型材料。表型和分子标记检测符合度高的分子标记UTV14(Pm13)、Pm21D/E(Pm21)实用性好。上述结果为开展抗白粉病分子育种提供了重要的参考。     

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。     

小麦不同抗白粉病基因及品种在成都平原抗病的有效性

为了解小麦含已知抗白粉病基因材料及审定品种在成都平原对白粉病的抗性表现,2015-2017年在四川省江油市武都镇(104.47°E,31.52°N)和广汉市连山镇(104.18°E,30.59°N)设置病圃,种植42份含已知抗白粉病基因的材料以及85份小麦审定品种,于2016-2018年乳熟后期调查病害级别、普遍率和严重度。结果表明,已知抗白粉病基因材料中,Coker983(Pm5+6)、Wembley(Pm12)、Brigand(Pm16)、南农9918(Pm21)、赤牙糙(Pm24)、NCD7(Pm34)、NCD3(Pm35)、NCD4(Non-Pm1)、复壮30(Pm5e)和Tabasco(Pm46)在两个病圃(2016和2018年)均表现抗白粉病,而Kavkaz(Pm8)、W150(Pm3e)、Hope/8cc(Pm5a)、Timgalen(Pm6)和5P27(Pm30)在两个病圃内均表现感病。85份小麦审定品种中,国豪麦3号、蜀麦375、蜀麦482、杏麦2号、绵阳29号、绵阳33、绵麦228、西科麦5号和良麦4号9个品种连续三年(2016-2018年)在两地均表现抗病,有37个品种三年在两地均表现感病。其余27个含已知抗性基因材料和39个小麦审定品种的抗病性表现则在不同地点和年份并不稳定。     

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。     

Identification of powdery mildew resistance loci in wheat by integrating genome-wide association study(GWAS) and linkage mapping

Wheat powdery mildew(Blumeria graminis f.sp.tritici, Bgt) is a disease of increasing importance globally due to the adoption of high yielding varieties and modern sustainable farming technologies.Growing resistant cultivars is a preferred approach to managing this disease, and novel powdery mildew resistance genes are urgently needed for new cultivar development.A genome-wide association study was performed on a panel of 1292 wheat landraces and historical cultivars using 5011 single nucleotide polymorphism(SNP)markers.The association panel was evaluated for reactions to three Bgt inoculants, OKS(14)-B-3-1, OKS(14)-C-2-1, and Bgt15.Linkage disequilibrum(LD) analysis indicated that genome-wide LD decayed to 0.1 at 23 Mb, and population structure analysis revealed seven subgroups in the panel.Association analysis using a mixed linear model(MLM) identified three loci for powdery mildew resistance on chromosome 2 B, designated QPm.stars-2BL1,QPm.stars-2BL2, and QPm.stars-2BL3.To evaluate the efficacy of GWAS in gene discovery,QPm.stars-2BL2 was validated using F2 and F2:3 populations derived from PI420646 × OK1059060-126135-3.Linkage analysis delimited the powdery mildew resistance gene in PI 420646 to an interval where QPm.stars-2BL2 was located, lending credence to the GWAS results.QPm.stars-2BL1 and QPm.stars-2BL3, which were associated with four SNPs located at 457.7–461.7 Mb and two SNPs located at 696.6–715.9 Mb in the Chinese Spring reference IWGSC RefSeq v1.0, respectively, are likely novel loci for powdery mildew resistance and can be used in wheat breeding to improve powdery mildew resistance.     

基于太赫兹衰减全反射技术的花生霉变程度判别

为了能够可靠、快速、便捷地检测花生仁不同程度的霉变,研究了一种基于太赫兹时域光谱技术、分别结合误差反向传播(Back propagation,BP)神经网络算法与支持向量机算法(Support vector machine,SVM)的霉变花生定性分析方法。为排除不同样本带来的偶然性,实验随机采集花育36号、鲁花9号两个花生品种进行霉变培养。依据花生的感官特征与前人的研究经验,将花生分为正常、轻度霉变、中度霉变与严重霉变4类,采用太赫兹衰减全反射技术采集花生仁样本光谱(波段0. 3～3. 6 THz)。利用傅里叶变换方法对时域光谱信号进行频域变换并进行加窗处理,然后对所得频域信号进行光学常数吸光度与吸收系数的提取,得到样本的光学常数信号,并进行特征波段筛选。在此基础上分别建立BP神经网络定性分析模型与SVM定性分析模型。实验表明,BP神经网络模型对花育36号花生霉变模型的预测集识别正确率为88. 57%,对鲁花9号花生霉变模型的预测集识别正确率为91. 40%;Lib-SVM模型对两个品种花生霉变的二分类模型、3类霉变花生的三分类模型的预测集识别正确率均为100%。应用太赫兹时域光谱技术结合SVM算法检测霉变花生仁效果良好,具有一定的可行性。     

小麦农家品种‘红蚰子’苗期白粉病抗性鉴定和遗传分析

白粉病是小麦的重要病害之一,优异抗病种质的鉴定和利用是控制该病害的有效措施。当前,我国小麦生产中的多数栽培品种和品系对白粉病表现为感病,可利用的优异抗性基因为数不多,因此,很有必要发掘新的有效抗源和抗性基因。我国小麦农家品种‘红蚰子’(京2350)苗期对国内38个小麦白粉病原菌菌株中的34个表现为高抗至免疫,且成株期对石家庄地区的田间混合白粉病原菌表现为免疫或近免疫。为了进一步研究‘红蚰子’抗白粉病遗传特点,发掘并利用其中的优异抗白粉病基因,本研究利用白粉菌E09菌株,分别对‘红蚰子’与感病亲本‘铭贤169’和‘辉县红’组合各自的F_1、F_2后代植株和F_(2:3)株系,进行苗期抗性鉴定和抗性遗传分析。结果表明,‘红蚰子’与‘铭贤169’和‘辉县红’组合的所有F_1均感病,各自F_2后代植株中抗病植株与感病植株的比例均符合1∶3分离比,且各自F_(2:3)株系中纯合抗病株系∶杂合株系∶纯合感病株系的比例均符合1∶2∶1的比例。因此,‘红蚰子’对E09菌株的抗性由1对隐性基因控制,暂时命名为PmHYZ。‘红蚰子’是我国农家品种中优异的白粉病抗源,研究并发掘其中的抗性基因,将为其在抗病育种中的有效利用奠定基础。     

基于SRAP标记的黄瓜霜霉菌遗传多样性分析

本研究对来自黑龙江、辽宁、河北、山东、江苏5个省12个黄瓜主产区的77个黄瓜霜霉菌菌株,采用SRAP分子标记进行了遗传多样性分析。从35对SRAP引物中筛选出10对引物,共产生9 554条扩增条带,其中9 132条表现多态性,占95.6%。基于SRAP分子标记,77个黄瓜霜霉菌菌株的遗传距离为0.60~1.00,表明黄瓜霜霉菌具有丰富的遗传多样性。通过聚类分析,77个黄瓜霜霉菌菌株聚类为8个类群,并且来自相同地区的菌株大多数聚集于同一类群中,表明黄瓜霜霉菌群体的遗传多样性与其地理来源密切相关。     

‘尧麦16’选育过程中白粉病抗性与产量相关性研究

研究小麦品种选育过程中白粉病和产量之间的互作关系,为育种家在品种选育过程中相关品系的取舍提供参考。在国审品种‘尧麦16’选育过程中,该家系出现不同白粉病抗性和产量的品系。利用白粉抗性不同的‘尧麦16’家系及衍生品系为材料,比较材料间白粉病抗性与产量的差异。4个高代品系的产量三要素差异不显著,但小区产量随着抗白粉程度的降低逐渐提高,较抗病RI16-1依次提高13.2%、16.5%和23.9%。高感RI16-4的衍生品系白粉病反应型略有差异,RI16-4-1和RI16-4-2为3级,RI16-4-3、RI16-4-4、RI16-4-5、RI16-4-6、RI16-4-7和RI16-4-8均为4级;RI16-1的5个衍生平均产量为4.75 kg,而RI16-4高感白粉的6个衍生品系较RI16-1的衍生品系平均增产11.16%,平均产量为5.28 kg,感白粉的衍生品系普遍超过抗白粉衍生品系的产量。综合两年度各品系性状可以看出随着白粉病抗性的降低,不同衍生品系的小区产量随之提高。此外,小区产量整体上呈现产量水平与抗病性具有负相关的趋势。