基于KASP技术的小麦条锈菌SNP分子标记开发与评价

为开发用于小麦条锈菌Puccinia striiformis f. sp. tritici群体遗传研究的竞争性等位基因特异性PCR-单核苷酸多态性(kompetitive allele specific PCR-single nucleotide polymorphism,KASPSNP)标记,以中国小麦条锈菌流行小种CYR32的基因组为参考,与美国小麦条锈菌流行小种PST78和印度小麦条锈菌流行小种38S102的基因组进行比对,根据比对到的SNP位点设计KASP-SNP引物,用64个中国小麦条锈菌标样对其进行筛选,同时用13对多态性引物组成的简单重复序列(sim‐ple sequence repeat,SSR)分子标记分析这64个标样,并利用Powermarker 3.25和Structure 2.3软件通过多态性指数和群体遗传结构分析来评价KASP-SNP和SSR两种分子标记。结果显示,共比对到29 929个SNP位点,设计出462对KASP-SNP引物,经64个中国小麦条锈菌标样筛选到43对多态性较好的引物,所开发的这43对KASP-SNP引物多态性信息含量指数平均为0.346,基因多样性指数平均为0.420,而SSR引物的2种指数分别为0.237和0.265,前者较后者分别高出46.0%和58.5%。2种标记结果的群体遗传结构分析可得到类似结果,最佳聚类数K值都为4,云南菌系是遗传结构相对最简单的菌系,湖北菌系是遗传结构相对最复杂的菌系,但个别菌株的遗传划分存在较大差异。表明本研究开发的KASP-SNP分子标记多态性较SSR分子标记更加丰富,具有较好的应用前景。     

青藏高原地区青稞茎基腐病病原菌的群体遗传多样性、毒素化学型及其地理分布

为明确青藏高原沿线甘肃省甘南藏族自治州和青海省青稞茎基腐病燕麦镰孢菌Fusarium avenaceum的群体遗传多样性、毒素化学型及其地理分布,采用SSR分子标记法对6个地理种群91株燕麦镰孢菌菌株的遗传多样性进行分析。结果表明,6对SSR引物在91株燕麦镰孢菌中共检测到等位位点数14个,多态性位点数13个,多态性条带百分率为92.86%。6个地理种群的平均等位基因数为1.82,有效等位基因数为1.55,Nei’s基因多样性指数为0.32,Shannon信息指数为0.47,多态性位点数为11.50,多态位点百分率为82.15%。6个地理种群的Nei’s遗传相似度为0.83～0.99,遗传距离为0.01～0.18。种群间的遗传距离和地理距离、遗传相似度与海拔差距无显著相关性。燕麦镰孢菌地理种群聚为3个大类群,Group Ⅰ由甘肃省临潭县、合作市和卓尼县种群组成,Group Ⅱ由青海省互助土族自治县和刚察县种群组成,Group Ⅲ由青海省海晏县种群组成。燕麦镰孢菌种群的遗传变异主要来自种群内部,占总变异的93.63%。燕麦镰孢菌毒素化学型分为NIV、DON、3-AcDON三大类,没有15-AcDON毒素化学型,其中DON毒素化学型在6个地理种群中均有分布。表明燕麦镰孢菌地理种群的遗传多样性高。     

河南省西部山区小麦白粉菌群体遗传多样性分析

为揭示河南省小麦白粉菌群体遗传结构、起源及进化关系,采用简单重复序列区间(inter-simple sequence repeats,ISSR)和扩增片段长度多态性(amplified fragment length polymorphism,AFLP)分子标记技术对河南省西部山区4个小麦产区的35个小麦白粉菌单孢分离菌株进行了群体遗传多样性分析。结果显示:ISSR和AFLP分析均将35个菌株分为3个组,组Ⅰ包括来自卢氏和灵宝的大部分菌株;组Ⅱ包括来自栾川、卢氏和巩义的菌株;组Ⅲ由4个地区的个别菌株组成,同时包含1个闭囊壳释放子囊孢子获得的菌株。ISSR分析出菌株遗传距离分布在0.0139～0.6592之间,扩增多态性比率为64.83%,各菌株间的Shannon指数为0.2749;而AFLP分析所得的各菌株遗传距离变化幅度在0.1257～0.9322之间,扩增多态性比率为82.68%,各菌株间的Shannon指数为0.5100。可见,河南省小麦白粉菌具有丰富的遗传多样性,研究所用的2种方法均可用于遗传多样性分析,其中AFLP分析小麦白粉菌群体表现出更为丰富的遗传多样性。     

禾谷丝核菌基因组SSR标记的开发及评价

群体遗传学研究对于了解病原菌的流行、变异及进化规律具有重要意义。但是到目前为止,对小麦纹枯病菌禾谷丝核菌群体遗传结构的了解并不深入,缺乏有效的SSR标记是主要原因。本研究根据禾谷丝核菌全基因组序列进行了微卫星位点搜索并设计SSR引物,通过电泳筛选和测序验证,最终筛选出12个多态性较好且稳定可靠的SSR标记。利用这些标记对收集自我国安徽、江苏、河南三省的23个禾谷丝核菌菌株进行了多态性分析,结果发现禾谷丝核菌基因组中长片段微卫星位点较少。12对引物扩增出的等位基因数平均为6.1个,期望杂合度平均为0.651,观测杂合度平均为0.508,表明这些标记具有较高的多态性,能够满足禾谷丝核菌群体遗传学研究需要。本研究为进一步进行禾谷丝核菌的多样性、群体遗传结构分析及进化学研究提供了有效工具。     

福建省丙环唑不同敏感性玉米小斑病菌的遗传多样性和致病性

 利用菌丝生长法、ISSR分子标记和分生孢子悬浮液喷雾接种法,探讨了福建省玉米小斑病菌对丙环唑的敏感性以及不同敏感性病菌群体的遗传多样性和致病性。敏感性测定结果表明,福建省玉米小斑病菌对丙环唑产生了抗药性,抗药性菌株的抗性倍数达到2.1~9.4倍。筛选获得的10条ISSR引物对55个菌株共检测出153个位点,其中多态性位点百分比高达93.46%。在敏感型、中间型和抗药型群体中多态性位点百分比分别为77.12%、69.93%和81.70%,在抗药型群体中,等位基因观测值、等位基因有效值、Nei’s遗传多样性指数和Shannon’s信息指数均高于敏感型群体,表明玉米小斑病菌抗药型群体的遗传多样性最丰富。聚类分析结果表明,病菌群体遗传多样性与抗药性水平和地理来源均有较高的相关性。致病性测定表明,丙环唑不同敏感性病菌群体对11个鲜食玉米品种均具有较强的致病性,但是,在9个玉米品种上,敏感型群体中强致病力菌株出现频率明显低于抗药型群体。研究结果为深入研究玉米小斑病菌群体遗传结构及其田间抗药性监测提供了理论基础。     

玉米大斑病菌ISSR反应体系的优化和遗传多样性分析

以玉米大斑病菌基因组DNA为模板,采用单因素水平优化的方法对DNA聚合酶的来源及浓度、引物浓度、dNTPs浓度、DNA模板浓度、Tm(退火温度)、PCR反应循环数等重要参数进行摸索和优化,建立了玉米大斑病菌ISSR-PCR优化反应体系,并从40条ISSR引物中筛选出9条多态性较好的ISSR引物。对来自河北、河南、辽宁等玉米主产区的44个菌株进行ISSR分析表明,ISSR标记在我国玉米大斑病菌中存在较高的多态性,多态性条带占40.3%。聚类分析显示,在阈值为0.8时菌株被分为7个类群。对ISSR揭示的玉米大斑病菌的遗传多样性与菌株交配型、地理来源之间的关系进行分析,结果显示菌株的遗传多样性与交配型间的关系密切,而与其地理来源无明显相关性。     

运用随机扩增多态性DNA标记检测中国东北大豆灰斑病菌株遗传变异

 运用致病力和DNA多态性检测中国东北地区的35个大豆灰斑病菌分离物的遗传变异、根据菌株在9个品种(系)上的致病力反应可将其分为7个组。利用13个随机引物扩增供试菌株共计产生105个RAPD标记,其中78.1%具有多态性。通过聚类分析计算了各菌株间的遗传距离,并产生树状图,发现同一地区内及不同地区间的病菌表现遗传变异、致病性和DNA多态性间具有一定相关性。     

甘肃省甘谷县小麦条锈菌群体遗传结构分析

为明确我国小麦条锈菌Puccinia striiformis f. sp. tritici主要越夏地区的群体遗传结构及演变情况,利用SSR荧光检测技术,对甘肃省甘谷县2013—2015年期间连续5个小麦生长季采集的141株小麦条锈菌单孢系基因组DNA进行分子标记分析,对小麦条锈菌季节亚群的遗传多样性进行分析。结果表明,甘谷地区小麦条锈菌的遗传多样性丰富,有效等位基因数为1.71,Shannon信息指数为0.66,2014年秋季(2014A)亚群体的基因型多样性低于其余亚群体。分子变异方差分析结果显示,小麦条锈菌季节亚群体间变异仅占21%,变异主要出现在亚群体内部,表明甘谷地区各季节亚群体间遗传分化水平差异较小,小麦条锈菌群体在一个小范围内基本能维持稳定状态。主坐标分析(PCoA)、遗传分化、基因流以及共享基因型分析均表明2014年秋季(2014A)亚群体的遗传结构与相邻季节亚群体存在一定差异,表明越夏过程对甘谷地区个别年份小麦条锈菌群体周年稳定性造成较大的影响,越冬过程对小麦条锈菌群体的影响相对较小,春季受外来菌源干扰的可能性较低。     

陕西省小麦白粉菌群体毒性结构及遗传多样性

为明确近年来陕西省小麦白粉菌Blumeria graminis f. sp. tritici群体毒性及遗传变异情况,利用32份已知抗白粉病基因小麦品种(系)对2013年和2014年陕西省小麦白粉菌群体毒性结构进行测定,并应用扩增片段长度多态性(amplified fragment length polymorphism,AFLP)标记对2014年陕西省西安市、咸阳市、渭南市、宝鸡市及陕西省毗邻的甘肃省天水市5个小麦白粉菌地理群体共118株白粉菌菌株进行遗传多样性分析。毒性监测结果显示,供试小麦白粉菌群体对Pm1c、Pm2、Pm3d、Pm4a、Pm4b、Pm5b、Pm13、Pm21、Pm24、Pm30、Pm2+6、Pm2+Mld、Pm2+6+?、Pm4b+5b、Pm4+?、Pm5+6的平均毒性频率在0～17.23%之间,表明这些基因抗性保持较好;对Pm1a、Pm3b、Pm3c、Pm3e、Pm3f、Pm7、Pm8、Pm19、Pm1+2+9的平均毒性频率介于69.17%～99.60%之间,表明这些基因抗性已丧失。用筛选出的6对AFLP标记共扩增出831个多态性位点,多态性位点百分比为94.86%;小麦白粉菌群体遗传多样性指数和香农信息指数分别为0.1151和0.2036,遗传变异主要来源于群体内变异。群体间基因流为4.7939,表明5个小麦白粉菌群体间基因交流广泛。群体间遗传距离和地理距离两者显著正相关。     

陕西省苹果树腐烂病菌基因多态性的ISSR分析

为了从分子水平上揭示苹果树腐烂病菌的群体遗传多样性,采用正交设计对ISSR-PCR体系进行了4因素3水平的筛选,并从47条ISSR引物中筛选出11条多态性较好的引物。对供试的87个分离株进行扩增的结果显示,11条引物在129个位点扩增出稳定的条带,其中多态性位点119个,多态性位点率为92.25%。POPGENE分析显示,病菌种群的遗传多样性和基因多态性丰富,群体间的遗传分化系数(Gst)为0.109,群体内为0.891,群体内多样性大于群体间多样性。两个地理种群间的居群每代迁移数(Nm)为2.046,两者之间存在广泛的基因交流。在遗传相似系数为0.88时,可将21个自然种群划分为9个不同的类群,表明陕西省苹果树腐烂病菌的各个自然种群之间的遗传亲缘关系与其地理来源之间无明显的相关性。     

西藏林芝与内地小麦条锈菌分子群体遗传结构及菌源关系

 2009-2010年春季,先后从甘肃、四川、陕西和西藏四省的29个县(市)采集到1 391份小麦条锈病标样,繁殖获得961个菌株,利用SSR分子标记进行群体遗传分析结果表明:甘肃天水、平凉和陇南,陕西宝鸡及汉中,四川阿坝和广元等地条锈菌的遗传多样性比较丰富,而四川宜宾及凉山、西藏林芝的遗传多样性水平相对较低。利用Arlequin软件中的AMOVA方法分析结果表明,小麦条锈菌的遗传变异主要存在于群体内部。内地各种群之间菌源交流频繁(Nm＞4),西藏与内地菌源交流很少(Nm＜1)。采用Structure及聚类分析表明,陕西宝鸡与甘肃平凉间,陕西汉中、甘肃陇南、甘肃天水及四川广元间,存在着频繁的菌源交流关系,四川宜宾和凉山与四川阿坝、陕西汉中和甘肃陇南间存在着菌源交流关系。而西藏与内地间几乎没有菌源交流。初步认为西藏林芝小麦条锈菌可能是一个相对独立的遗传群体。     

中国疫区内苹果蠹蛾微卫星位点的扩增稳定性及遗传多样性

为揭示欧洲苹果蠹蛾微卫星位点在中国苹果蠹蛾群体遗传学研究中的有效性,以12对微卫星引物对采自中国主要疫区新疆、甘肃、黑龙江的8个苹果蠹蛾地理种群的120头个体在各位点的遗传多样性及扩增稳定性进行研究。所选取的12个微卫星位点中,有8个能够稳定扩增,各位点在大多数种群中均显示偏离哈迪-温伯格平衡,各位点上的平均等位基因数量为3.750～12.500,平均观察杂合度Ho为0.025～0.783,平均期望杂合度He为0.284～0.892。位点Cp2.P和Cp4.56分别具有较低的观察杂合度(0.109、0.025)和较高的近交系数Fis(0.806、0.954),说明这2个位点上的杂合子非常缺乏,其余6个位点均具有较高的杂合度水平和等位基因数量,适用于中国疫区内苹果蠹蛾微卫星分子标记研究。     

大豆对灰斑病菌15号小种的抗病基因定位及标记检测

为明确大豆对灰斑病菌15号小种的抗性位点,以大豆抗病品种垦丰16、感病品种绥农10及其杂交F₂、F₃代群体为试验材料,在接种鉴定的基础上,运用SSR标记技术及分离群体组群分析法(BSA法)对垦丰16抗病基因进行了定位,并应用108份大豆新品系对标记进行了符合性检测。结果表明,垦丰16对15号小种的抗性受1对显性基因控制,抗病基因位于大豆染色体组的J连锁群上,将该基因定名为Rcs15。用Mapmaker/Exp 3.0 b进行连锁分析,获得了5个与抗病基因紧密连锁的SSR标记:Satt 529、Satt 431、Sat_151、Satt 547和Sat_224,标记与抗病基因间的排列顺序和遗传距离为Sat_151-10.7 cM-Satt 529-18.5 cM- Rcs15-6.7 cM-Satt 547-7.8 cM-Sat_224-10.7 cM-Satt 431。标记符合性检测结果显示,Satt 547和Sat_224的检测准确率达到85%以上,可用于分子标记辅助选择育种和抗源筛选。     

云南省小麦条锈菌不同地理亚群体的遗传结构分析

为明确云南省小麦条锈菌（Puccinia striiformis f. sp. tritici,Pst）在不同地理环境下的群体遗传结构,通过3种不同地理亚群体划分方式,即以县域（Group C）、区域（Group R）和海拔（Group E）对云南省537个Pst单孢系进行不同层次的群体划分,并利用12对SSR引物对其进行遗传多样性和群体遗传结构分析。结果显示,云南省Pst的遗传多样性水平在Group C的亚群体之间差异最大,且来自滇中及滇东北地区的Pst群体的遗传多样性较高。Group R和Group E的亚群体基因流及遗传分化结果表明,云南省Pst菌源交流频繁、遗传分化较小。系统进化树分析结果显示,滇东北与滇中Pst群体类似,滇东南与滇西Pst群体类似。Pst遗传组分呈现出由东向西、由北向南和自低海拔向高海拔变化的趋势,与云南省自东南向西北逐渐攀升的地形及地势吻合。Mantel检验结果表明地理距离与遗传距离不存在相关性,在8个县域亚群体、2个区域亚群体检测到有性生殖。表明来自滇中和滇东北地区的Pst群体具有更高的遗传多样性,地理隔离可能是滇西地区遗传多样性较低的成因,遗传分化发生在...     

小麦抗白粉病基因Pm2的SSR标记筛选

为筛选与小麦抗白粉病基因Pm2紧密连锁的分子标记,将感病品种Chancellor与Pm2的近等基因系杂交,获得F1、F2分离群体,采用分离群体分组法对Pm2进行了微卫星(microsatellite,又称simple sequence repeats,SSR)标记分析.结果表明,定位于小麦5D染色体上的71对SSR引物中有12对引物能在Pm2的近等基因系、Chancellor间稳定地揭示出多态性差异,7对引物Xcfd189、Xcfd29、Xcfd8、Xcfd102、Xcfd7、Xcfd57和Xgwm190分别能在抗病、感病池间和F2分离群体的抗病、感病单株间稳定地扩增出特异性产物.7对引物所扩增的特异谱带分别为:Xcfd189360、Xcfd29190、Xcfd8160、Xcfd102250、Xcfd7200、Xcfd57245和Xgwm190210,它们与Pm2基因间的遗传距离分别为0、1.5、2.3、5.4、10.2、31.5和54.3 cM,其中标记Xcfd189360与Pm2共分离,标记Xcfd29190、Xcfd8160和Xcfd102250与Pm2紧密连锁,可用于Pm2的标记辅助选择.     

甘肃中部及周边地区小麦条锈菌种群的遗传结构分析

为明确甘肃中部与周边地区小麦条锈菌种群的遗传结构及关系,利用SSR分子标记技术对采自甘肃、陕南、青海及新疆等7个地区共369份小麦条锈病菌标样的群体遗传结构进行了分析。结果表明,小麦条锈菌群体Nei’s基因多样性指数为0.39、Shannon信息指数为0.57,各地区条锈菌群体遗传多样性较为丰富,且在不同地区之间存在明显差异,7个条锈菌群体中以天水种群的遗传多样性相对较高,其Nei’s基因多样性指数为0.42、Shannon信息指数为0.61。该地区小麦条锈菌群体间和群体内都存在着一定的遗传分化,群体间遗传变异占总变异的2.24%,群体内遗传变异占总变异的97.76%。表明甘肃中部及周边地区小麦条锈菌群体存在一定的遗传分化,但遗传变异主要发生在群体内部;甘肃中部、陇南及陕南3地的小麦条锈菌种群遗传相似度较高,菌源交流密切。     

Genetic Diversity in Australian Populations of Puccinia graminis f. sp. avenae

ABSTRACT Sequence-tagged microsatellite profiling was used to develop 110 microsatellites for Puccinia graminis f. sp. tritici (causal agent of wheat stem rust). Low microsatellite polymorphism was exhibited among 10 pathogenically diverse P. graminis f. sp. tritici isolates collected from Australian cereal growing regions over a period of at least 70 years, with two polymorphic loci detected, each revealing two alleles. Limited cross-species amplification was observed for the wheat rust pathogens, P. triticina (leaf rust) and P. striiformis f. sp. tritici (stripe rust). However, very high transferability was revealed with P. graminis f. sp. avenae (causal agent of oat stem rust) isolates. A genetic diversity study of 47 P. graminis f. sp. avenae isolates collected from an Australia-wide survey in 1999, and a historical group of 16 isolates collected from Australian cereal growing regions from 1971 to 1996, revealed six polymorphic microsatellite loci with a total of 15 alleles. Genetic analysis revealed the presence of several clonal lineages and subpopulations in the pathogen population, and wide dispersal of identical races and genotypes throughout Australian cereal-growing regions. These findings demonstrated the dynamic population structure of this pathogen in Australia and concur with the patterns of diversity observed in pathogenicity studies.     

普通小麦-柔软滨麦草易位系M97抗条锈基因的遗传分析和分子作图

为了明确M97抗条锈性遗传规律,在苗期用7个小麦条锈菌系对M97与感病品种铭贤169的杂交后代F1、F2、F3和BC1代进行抗条锈性遗传分析,并对M97抗Sun11-4的抗条锈基因进行SSR分子标记。M97对Sun11-4和Sun11-11的抗病性均由1对显性基因控制,对CY29、CY30、CY33的抗病性由1显1隐2对基因共同控制,对CY31的抗病性由2对显性基因独立或重叠作用控制。以接种Sun11-4的F2代分离群体构建作图群体,筛选到Xwmc222、Xwmc147、Xbarc229和Xwmc339等4个与抗病基因连锁的SSR标记,其遗传距离分别为3.4、4.8、7.6和12.1 cM。将该抗病基因定位于小麦1DS染色体,且该基因不同于已知的抗条锈基因,暂命名为YrM97。用YrM97两侧遗传距离最近的2个标记Xwmc222和Xwmc147对42个黄淮麦区主栽小麦品种进行分子检测,仅有9.5%的品种具有与YrM97相同的标记位点。     

西双版纳自然保护区球孢白僵菌的遗传多样性

为了解西双版纳自然保护区球孢白僵菌Beauveria bassiana的遗传多样性,采用SSR分子标记技术对西双版纳自然保护区的240株球孢白僵菌的遗传结构、基因流、菌株分化以及遗传变异相关性进行了测定和分析。结果表明,9条引物扩增240株球孢白僵菌菌株多态位点数为77个,多态位点比率为97.40%。采集的240株球孢白僵菌的总体等位基因数、有效等位基因数、Nei’s基因多样性指数和Shannon信息多样性指数分别为1.97、1.31、0.18和0.29。从寄主居群来看,鞘翅目昆虫球孢白僵菌群体遗传多样性最高,螳螂目最低,其Nei’s基因多样性指数和Shannon信息多样性指数分别为0.20和0.30、0和0;总遗传变异的29.27%存在于寄主居群间。从生境水平来看,五十五生境中球孢白僵菌群体遗传多样性最高,丫口寨生境中最低,其Nei’s基因多样性指数和Shannon信息多样性指数最高分别为0.19和0.31、0.06和0.09;总遗传变异的14.92%存在于生境居群间。从季节水平来看,球孢白僵菌秋季居群的遗传多样性最高,夏季最低,其Nei’s基因多样性指数和Shannon信息多样性指数分别为0.20和0.32、0.17和0.26;总遗传变异的3.45%存在于季节居群间。表明西双版纳自然保护区球孢白僵菌在寄主昆虫、生境分布和季节间存在明显的遗传多样性,与寄主昆虫类群的关系密切。     

Genetic analysis of the population structure of the rice false smut fungus,Villosiclava virens,in China using microsatellite markers mined from a genome assembly

Studies on population genetics of Villosiclava virens are limited because of the lack of polymorphic markers. Based on a draft genome sequence of isolate HWD‐2 produced in this study, 20 of 403 potential simple sequence repeats (SSR) loci showed polymorphisms in preliminary screening using eight diverse V. virens isolates. Among polymorphic loci, most of them with tetra‐ to hexanucleotide unit motifs showed higher levels of polymorphism than loci with smaller motifs. After testing with 20 polymorphic SSR markers, the 87 isolates of V. virens from eight populations in China showed a high level of genetic diversity, with each as a unique haplotype. This differs from some previous findings showing little to no genetic variation based on random amplified polymorphic DNA and amplified fragment length polymorphism analyses. Among eight populations from major rice production areas of China, the population from Guangxi province in south China showed the highest levels of polymorphism, which led to the speculation that it might be closer to the centre of origin of this pathogen. The northern, central and eastern populations (Jilin, Liaoning, Hubei, Hunan, Jiangxi and Zhejiang), when considered together as a group, showed significant molecular variation compared to the southern populations (Fujian and Guangxi) (Φ_PT = 0·043, P = 0·037). A significant relationship (Mantel test, P = 0·027) but with low correlation (R² = 0·23) was also found between geographic distance and genetic distance. The 20 polymorphic SSR primer pairs designed in this study provide a tool for further research on the population diversity of this emerging fungal pathogen of rice.