小麦抗赤霉病鉴定及其抗病基因的检测

小麦赤霉病是由镰刀菌和禾谷镰孢菌引起的小麦真菌病害,严重影响小麦的产量与品质。为了筛选适合黄淮麦区利用的抗病品种资源,于2017-2018年度利用单花滴注对107份黄淮麦区小麦资源进行田间赤霉病抗性鉴定;同时利用与 Fhb1、 Fhb2、 Fhb4和 Fhb5共4个与抗赤霉病相关QTL紧密连锁的8个分子标记对供试小麦材料进行了检测。经鉴定,扬富麦101表现为抗赤霉病(R),宁麦13、宁麦资119、扬麦16等12个品种表现为中抗赤霉病(MR);分子标记检测发现,这些抗赤霉病品种携带1个或多个抗赤霉病QTL位点,其中 Fhb1基因及其基因组合效应最为明显, Fhb1可以作为主要抗性基因应用于小麦赤霉病抗性育种。     

小麦品种西农979抗赤霉病基因的转录组测序鉴定

小麦品种西农979对赤霉病具有较好的抗性。为了发掘西农979的抗赤霉病基因,本研究采用禾谷镰刀菌菌株BN-8分别接种抗病品种西农979与感病品种周麦18,取接种前西农979颖壳及接种后12、24和96 h的西农979与周麦18颖壳进行转录组分析,筛选抗感赤霉病差异表达基因,并对其进行GO功能注释及KEGG富集分析。结果表明,接种后12、24和96 h各出现14、1 978和142个差异表达基因,共计2 122个基因。这些基因经GO功能注释分类分成3大类43个亚类,主要涉及代谢过程、细胞过程、应激反应、生物调控、细胞部件、细胞、催化活性、结合、转运活性等。KEGG通路分析结果显示,内质网中的蛋白质加工通路中差异基因最多,有48个;其次是光合作用—天线蛋白通路及淀粉和蔗糖代谢通路,各含41和30个差异基因;显著富集的通路有光合作用—天线蛋白、内质网中的蛋白质加工、萜骨架的生物合成等。植物激素信号转导通路中发现27个差异基因,参与脱落酸和茉莉酸等路径;植物-病原体互作通路中发现19个差异基因,编码钙结合蛋白、WRKY转录因子、抗病蛋白等。此外,还筛选到UDP-葡萄糖基转移酶基因等脱毒相关蛋白基因。     

利用Fhb1基因分子标记辅助回交育种法改良黄淮冬小麦赤霉病抗性

黄淮冬麦区小麦赤霉病的发生流行程度年际间变化较大,给赤霉病抗性品种的田间选择造成很大困难,因此分子标记辅助选择育种技术的应用显得尤为重要。为明确 Fhb1基因在轮选136背景下对赤霉病抗性的影响,本研究以6个长江中下游麦区抗赤霉病品种(系)为供体,与黄淮冬麦区骨干亲本周麦16的矮败小麦近等基因系进行杂交,并分别与周麦16及其衍生品系轮选136进行2次回交,创建6个BC_2回交育种群体。利用功能标记跟踪后代 Fhb1基因,结合单花滴注接种和自然发病鉴定,检测分子标记选择的效果。根据三个环境表型鉴定结果,发现161个携带 Fhb1抗性等位基因( Fhb1-R)的BC_2F_3株系平均病小穗数和严重度均低于中感赤霉病对照淮麦20和轮回亲本轮选136。其中,60个BC_2F_3株系(37.3%)的病小穗数和严重度在三个环境下表现一致,显著低于淮麦20。在入选的122个BC_2F_4品系中,93个品系(76.2%)的赤霉病抗性优于淮麦20,36个品系(29.5%)优于或相当于中抗对照扬麦158。基因型分析结果表明,赤霉病抗性优于淮麦20的93个BC_2F_4品系除了携带 Fhb1-R外,还携带轮选136的抗性位点 Qfhb.7D。本研究为黄淮冬麦区小麦抗赤霉病分子标记辅助选择育种提供了重要信息和育种材料。     

扬麦品种(系)赤霉病抗扩展性基因分子检测及其抗性评价

为明确扬麦品种(系)赤霉病抗扩展性基因组成,利用3个抗扩展QTL( Fhb1、 Fhb2、QFhb-2DL)的7个分子标记对202份扬麦品种(系)进行分子检测,并在田间接种对其抗病性进行鉴定和评价。结果表明,供试的202份扬麦品种(系)中,抗病品种(系)有68份,占33.6%;有37份携有 Fhb1,其中31份对赤霉病表现抗病,抗性表现稳定;携有 Fhb2和 QFhb-2DL基因的分别有30份和39份,但标记阳性的品种(系)抗病性表现复杂,可能跟载体品种的遗传背景有关;另有30份材料抗性稳定,但未检测出 Fhb1和 Fhb2。基因检测和系谱分析表明,扬麦品种(系)所含抗扩展性基因至少有两个来源,其一为含有 Fhb1基因的品种,以扬麦18号、扬麦21号等为代表,其抗源主要来自宁麦9号或其衍生品种;其二为不含 Fhb1品种,以扬麦14号、扬麦16号、扬麦17号和扬麦23号等为代表,推测这类品种所含抗性基因来自扬麦158。     

小麦新品系的赤霉病抗性及分子标记分析

为有效降低赤霉病对我国黄淮麦区小麦生产的影响,培育抗赤霉病小麦新品种,以自主创制的13个抗赤霉病稳定的小麦新品系为材料,利用赤霉病菌地表接种和单花滴注法接种鉴定、分子标记检测等技术,鉴定其抗病性、主要农艺性状及赤霉病抗性相关的遗传基础。结果表明：（1）品系Xn12-2和Xn13-2对赤霉病表现为抗,平均病小穗率为11.5%和13.4%,严重度为1.9;其余11个品系表现中抗,平均病小穗率均小于30%,严重度均小于3.0,其中4个品系（Xn12-2、Xn10-2、Xn12-3和Xn12-7）兼抗条锈病;（2）参试新品系的越冬抗寒性较好,株高较矮（67~82 cm）,穗较长（9.6~11.3 cm）,千粒重高（39.2~50.2 g）;（3）11个品系携带有苏麦3号的Fhb1基因,部分品系兼具苏麦3号的Fhb2、Fhb5或QFhs.crc-2DL位点的优异等位变异。综上所述,参试部分品系不仅具有良好的赤霉病和条锈病抗性,其主要农艺性状基本满足黄淮南部麦区的主要育种目标要求,可作为小麦抗赤霉病改良的材料。     

抗赤霉病小麦优异新种质的分子标记辅助选择

赤霉病(Fusarium head blight,FHB)是危害全球小麦生产安全的重要病害。创制抗赤霉病优异新种质是培育抗病新品种的首要任务。本研究以979-5(中感赤霉病)和苏麦3号(高抗赤霉病)杂交后代为材料,采用系谱育种法,综合利用农艺性状选择、SSR标记选择和赤霉病菌单花接种鉴定等技术,进行抗赤霉病新种质选育。结果表明:(1)用13个分别与苏麦3号3BS上主效抗赤霉病基因 Fhb1、6B上微效基因 Fhb2和5AS上微效基因 Fhb5紧密连锁的SSR标记对双亲进行分析,发现其中的6个标记在979-5和苏麦3号间扩增呈单态,另7个标记在双亲间扩增呈多态,表明979-5与苏麦3号在这3个基因位点具有较高的遗传相似性;(2)创制出中抗新品系13个,高抗赤霉病新品系7个,这20个新品系均携带有苏麦3号的 Fhb1基因位点,其中7个高抗新品系还兼具 Fhb2或 Fhb5标记位点的优异等位变异;(3)20个新品系不仅越冬抗寒性好,且株高较矮,生育期与亲本979-5相近,产量性状好,蛋白质含量、出粉率、湿面筋含量、面团稳定时间等籽粒品质性状较优,其中,k15、k32和k40三个新品系的四项品质指标均达到国家中强筋品种标准。育成的新品系可用作黄淮冬麦区抗赤霉病品种改良的优异育种材料。     

扬麦13抗赤霉病品系的分子标记辅助选育

通过分子标记辅助选择技术和回交育种方法,以苏麦3号为抗赤霉病基因Fhb1和Fhb2的供体亲本,以弱筋感病品种扬麦13为受体和轮回亲本,对扬麦13进行赤霉病抗性改良。利用抗性基因紧密连锁的SSR标记筛选和田间赤霉病抗性鉴定,获得8个农艺性状似轮回亲本且含有目标基因的品系。通过分子标记对其进行遗传背景分析,获得3个与轮回亲本基本相同的品系。对这3个品系和扬麦13进行赤霉病接种鉴定和主要品质指标检测与比较,最终培育出携带赤霉病抗性基因且保持轮回亲本优良农艺性状及弱筋品质的品系R扬麦132、R扬麦137和R扬麦138,赤霉病病小穗率降低了78.82%~84.58%,产量提高了17.24%~26.72%,完全可以替代当前生产上高感赤霉病的扬麦13品种进行推广应用。这表明利用与抗性基因紧密连锁的分子标记辅助育种是一种有效的途径,可以实现小麦赤霉病抗性改良的目标。     

山东小麦品种抗白粉病基因的分子鉴定

为了解山东小麦种质资源的抗性基因分布规律,利用 Pm4 、 Pm8 、 Pm13 、 Pm21 等抗白粉病基因的STS、SCAR标记对山东省农科院作物所保存的227份小麦育成品种和442份地方品种进行白粉病抗性基因鉴定.在育成品种中,抗病基因 Pm4 、 Pm8 和 Pm13 都有发现,其中具有 Pm4 、 Pm8 和 Pm13 的材料分别为5份、74份和3份,分别占育成品种的2.2%、32.6%和1.3%.Pm4 基因在20世纪90年代开始用于育种,并应用至今;Pm8 基因在20世纪70～90年代应用较多;Pm13 基因很少应用, Pm21 未被应用.在地方品种中,发现具有 Pm4 的材料17份,占3.8%,未发现 Pm8 、 Pm13 和 Pm21.Pm4 基因在山东地区分布较广,主要分布于德州、潍坊、泰安、淄博等山东省中部地区.此外还发现含有两个抗病基因的聚合材料,如潍麦8号和山农863410含有 Pm4 Pm8 ,烟中1934和鲁农89(4)116含有 Pm8 Pm13 .     

小麦抗赤霉病、优质高分子量麦谷蛋白亚基聚合体的分子标记辅助选育

为了创制小麦抗病、优质育种的重要中间材料,加速丰产、优质、综合抗逆性好的小麦新品种选育进程,以抗赤霉病小麦品种苏麦3号和优质面包小麦安农94212、扬麦158等为亲本配置杂交组合,利用覆盖苏麦3号抗赤霉病主效QTL (Qfhs. ndsu-3BS)的4个SSR标记和优质高分子量麦谷蛋白亚基5 10特异分子标记在杂交F<,3代进行标记辅助选择,F<,4代选育到纯合的含有Qfhs. ndsu-3BS和5 10亚基的聚合体2个(J3316-8和J3316-10).经田间赤霉病抗性鉴定,J3316-8自交后代的8个株系赤霉病抗性表现优于苏麦3号,J3316-10自交后代的2个株系赤霉病抗性与苏麦3号相当.两个聚合体农艺性状比苏麦3号有明显的改良,加之它们含有优质面包小麦高分子量麦谷蛋白亚基,因此可以作为小麦抗病和优质育种的中间材料.本研究结果进一步证明,将现代分子标记技术与传统育种方法相结合可以大大提高育种效率.     

小麦抗赤霉病鉴定技术及其在育种中的应用

小麦品种抗赤霉病性的鉴定是抗赤霉病遗传育种的重要环节，关系到育种工作的成效。目前鉴定小麦抗赤霉病的方法有三大类：即人工接种鉴定法，田间自然鉴定法及生理生化鉴定法，本文对这三种方法的研究进展及其在抗病育种中的应用前景进行了综述，并就存在问题作了探讨。     

小麦地方品种黄方柱中赤霉病主效抗性位点 Fhb1的精细定位

位于小麦3BS染色体上的赤霉病抗性主效基因Fhb1的效应较大而且比较稳定,是培育抗赤霉病品种最常用和最可靠的位点。我国小麦地方品种黄方柱（HFZ）高抗赤霉病且在3BS染色体上携带Fhb1基因。本研究对HFZ/Wheaton重组自交系（RIL）群体的Fhb1位点进行分子标记检测,筛选到两个杂合子株系,并对这两个杂合子株系连续自交3代,衍生出2个次级分离群体（L30和L112）,将这两个次级分离群体在扬州大学农学院试验田种植,并在扬花期进行单花滴注接种鉴定赤霉病,调查这两个群体中各株系的病小穗数、病小穗率、病粒数和病粒率。结果表明,L30和L112两个群体的病小穗数和病小穗率均显著正相关,病粒数和病粒率均显著正相关。同时依据小麦3B染色体参考序列开发了7个新的多态性标记,分别是 X1550、X2214、X2300、X2357、X2455、X2460和X2467。用这些多态性分子标记进行基因型检测,在目标位点发现5个交换株系,根据基因型和病小穗率,进一步将Fhb1定位在分子标记 X2214与 X2357之间,在ctg0954b上这两个分子标记之间的物理距离约为143 kb,NCBI预测该区间有3个候选基因,但是FGENESH在相同区段预测了29个基因,说明目标区段所具有的基因数目很可能多于3个,但少于29个。     

小麦新品系赤霉病抗性鉴定及基因效应分析

为创制黄淮麦区小麦新品系、提高小麦抗赤霉病育种效率,2022年在小麦扬花期利用喷洒孢子液的方法对81份抗赤霉病高代品系和4份对照品种在濉溪柳湖试验基地开展了赤霉病抗性鉴定,并利用与4个抗赤霉病主效基因Fhb1、Fhb2、Fhb4和Fhb5紧密连锁的6个标记对供试小麦材料进行了基因型检测。结果表明,供试81份材料的赤霉病抗性整体较好,平均病小穗率为27.95%,其中13份自育品系平均病小穗率低于扬麦20;携带单个或多个赤霉病抗性基因的品系共有60份,Fhb1、Fhb2、Fhb4、Fhb5检出频率分别为64.20%、12.35%、20.99%、34.57%;携带单个抗病基因Fhb1、Fhb4、Fhb5的小麦品系分别为18份、3份、2份;有45.68%品系同时携带2～3个赤霉病抗性基因。携带抗性基因的品系平均病小穗率低于不含抗性基因的品系;聚合多个抗赤霉病基因可以有效提高小麦品种的抗赤霉病水平。     

剑麻茎腐病菌基因组SSR标记开发

下载Aspergillus niger ATCC 1015菌株全基因组序列,利用GRAMENE网站提供的SSR鉴定工具SSRIT(Simple Sequence Repeat Identification Tool),并按含有2~10个碱基重复、碱基数在18 bp以上的SSR基元为标准进行SSR鉴定。结果从A.niger ATCC 1015全基因组中,共发现4 000个2~10碱基SSR,其中含9个碱基重复基元类型最多,共有1 433个,占所鉴定SSR总数的35.8%。其次为6个碱基重复基元类型,共有753个,占SSR总数的18.8%;接着为3个碱基重复类型,共有547个,占13.6%。从鉴定出来的SSR中,选择含有SSR的合适区段,从中设计了36对引物,对剑麻茎腐病菌17个菌株的基因组DNA进行了PCR检测,发现这些引物都能从剑麻茎腐病菌基因组DNA中有效扩增。由此表明,黑曲霉ATCC 1015菌株基因组SSR在剑麻茎腐病菌基因组中具有通用性。这为研究剑麻茎腐病菌群体遗传变异、多样性和进化,定位和克隆功能基因等提供了分子标记。     

小麦“N553×扬麦13”RIL群体小穗密度、株高及赤霉病抗性QTL分析

为了发掘新的抗赤霉病基因,以抗赤霉病新种质N553与扬麦13构建的包含184个家系的重组自交系(RILs)为材料,利用217对在双亲间具有多态性的分子标记构建遗传连锁图谱,利用该图谱对小穗密度、株高及赤霉病抗性进行QTL检测,并分析了小穗密度及株高与赤霉病抗性的相关性。结果表明,本研究共检测到5个赤霉病抗性相关QTL,其中1个效应较大的QTL位于2D染色体上,位于标记wmc18-cfd233之间,可解释8.17%~11.42%的表型变异;在3B染色体短臂上检测到1个QTL,位于标记barc102-gwm533之间,可解释5.33%~42.96%的表型变异。QFhb.jaas-2DS与QFhb.jaas-3BS聚合可显著增强小麦赤霉病抗性。另外3个QTL贡献率小于10%,分别位于染色体2B、3B、4A上。检测到与小穗密度相关的QTL有1个,位于3B染色体上,可解释5.36%~6.08%的表型变异。检测到与株高相关的QTL有5个,分别位于染色体4A、7A、5B、6B上,可解释5.2%~8.93%的表型变异。小穗密度与赤霉病抗性呈正相关,株高与抗扩展抗性无相关性,与抗侵染抗性呈负相关。结合以上QTL检测及相关性分析结果可知,QFhb.jaas-3BL可能不是赤霉病抗性位点。因此,包括QFhb.jaas-3BL在内的贡献率小于10%且仅在单一环境下检测到的3个赤霉病抗性相关QTL需进一步进行多年多点试验。     

小麦种质材料赤霉病抗性鉴定及遗传多样性分析

为筛选小麦抗赤霉病优异种质,探究不同抗源的亲缘关系,以苏麦3号、扬麦158和矮抗58分别作为高抗、中抗和高感对照,2017-2018年采用病麦粒土表接种法从345个小麦育成品种（系）中初步筛选出94个抗赤霉材料,2018-2019年在此基础上对这94个品种（系）再次进行病麦粒土表接种和单花滴注接种鉴定,并进行SSR分子标记遗传多样性分析,同时对综合鉴定表现抗赤霉病的品种（系）进行农艺性状调查。结果表明,初选的94个品种（系）中分别有51、41和2个品种（系）中抗、中感和高感赤霉病。 包括3个对照在内的97个品种（系）间遗传距离为0.02~0.74,平均为0.42;通过UPGMA聚类将97个品种（系）划分为7个类群,51个中抗品种（系）分布在Ⅰ至Ⅶ类群中,其数量分别为15、13、14、2、1、1和5个,其中Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类群中的分布数量占品种（系）总数的82.4%;51个中抗品种（系）的农艺性状变异较大,Y608、庆丰188、宁丰518、明麦7号、宁麦资15116、金运麦4号、zhb003、科运麦1611和华鉴麦3号等9个品种（系）的综合农艺性状表现良好,生育期适中,株高在74.67~84.67 cm,单株产量和千粒重分别都在7.5和45 g以上。     

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。     

小麦果糖激酶基因TaFRK与TaPFT的互作分析

小麦赤霉病是全球性病害,严重威胁着中国的小麦粮食安全。目前已经明确的抗赤霉病位点有7个（ Fhb1~ Fhb7）。 其中 Fhb1位点是3BS染色体上稳定性和效应最大的抗扩展位点。 TaPFT是 Fhb1位点上的抗性基因之一,但其抗性机理并不清楚。本研究以TaFRK为诱饵蛋白通过酵母双杂交技术筛选小麦酵母双杂交文库,从而得到互作基因 TaFRK,其编码蛋白为果糖激酶。进一步通过构建酵母双杂交载体和双分子荧光互补载体分析 TaFRK与 TaPFT之间的互作关系,并通过qPCR分析 TaFRK受到禾谷镰刀菌孢子诱导后的表达模式。通过酵母双杂交试验发现,共转pGBKT7 - TaPFT和pGADT7 - TaFRK 的酵母菌株Y2HGlod在含有X-α-Gal和金担子素A（Aureobasidin A,AbA）的四缺培养基SD/-His-Leu-Trp-Ade上长出蓝色菌落,证明 TaFRK与 TaPFT在酵母中互作。通过双分子荧光互补试验发现,在共转YN- TaPFT和YC- TaFRK表达载体的烟草叶片中可观察到强烈的黄色荧光信号,表明 TaFRK与 TaPFT在植物细胞中能够发生相互作用。实时荧光定量PCR分析发现,禾谷镰刀菌孢子侵染抗性小麦后, TaFRK基因表达量升高,说明 TaFRK基因的表达受禾谷镰刀菌侵染诱导。本研究结果对进一步研究 TaPFT的赤霉病抗性机制具有一定的参考  价值。