小麦抗纹枯病相关QTL分析
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摘要
随着小麦生产水平的不断提高、耕作制度的改变和全球气候的变暖,由禾谷丝核菌(Rhizoctonia cerealis)或立枯丝核菌(Rhizoctionia solani)引起的真菌病害小麦纹枯病已成为影响我国小麦增产的主要病害之一。选育和推广抗病新品种是防治小麦纹枯病最经济、有效的途径,目前生产上广泛使用的小麦品种及其核心种质都不抗纹枯病,缺乏抗病品种是近年小麦纹枯病大面积流行的一个重要原因,迫切需要发掘、研究和利用抗纹枯病基因资源,为小麦抗纹枯病育种奠定基础。
     多年鉴定结果表明,ARz较抗纹枯病。为了研究ARz抗纹枯病的遗传规律,本研究利用ARz与大面积推广的感病品种扬麦158杂交,构建重组自交系群体(RILs);选用具较强致病力的纹枯病菌株R46,采用土壤接种法和牙签接种法两种方式诱发纹枯病,获得群体抗纹枯病性的表型资料;利用SSR标记技术对该群体进行基因型分析,总计获得97个位点的多态性资料。单个标记回归分析显示,Xgdm93、Xgwm456、Xgwm645、Xgwm341等11个标记两种接种方法都表现与纹枯病抗性密切相关,分别可解释3.1-13.3%的表型变异。用MapMaker/Exp3.0软件对97个多态性位点进行遗传作图,共拟合获得了由72个SSR标记位点组成的11个连锁群,覆盖1058.4cM,平均间距14.7cM,最小遗传距离接近0.0cM,涉及2A、2D、3A、3B、3D、5A、7B、7D等8条染色体,另有25个位点尚不能归属于某一连锁群。使用Windows QTL Cartographer软件的CIM功能对与群体纹枯病抗性显著相关的连锁群进行复合区间作图,结果表明在2D、3B、3D、5A、7B、7D等6条染色体上存在9个与纹枯病抗性相关的QTL,其中7个QTL在两种接种方式中都能检测到,分别可解释7.55-20.78%的表型变异,抗性基因都来源于抗病品种Arz,其中2D、3D、7D染色体上都存在2个抗性QTL,表明上述染色体上可能存在主效抗性QTL。
     小麦抗纹枯病性QTL的分子标记及定位有助于ARz的抗性基因开发利用,所获得的信息对小麦抗纹枯病遗传机制研究具有重要意义。
Sharp eyespot is a fungal disease caused by Rhizoctonia cerealis or Rhizoctionia solani. With the increase of irrigation and fertilization application, changes in agronomic practices and global warming up climate, sharp eyespot has become one of the most important diseases affecting wheat production in China. Deployment of resistance varieties is the most effective and economical strategy to control the disease. However, most of the commercial varieties and core collection for wheat breeding were identified to be highly susceptible to sharp eyespot, and this resulted in more frequent epidemic and increase of endanger acreage in recent years. The identification and utilization of new genetic resources with high sharp eyespot resistance will lay solid foundation for the development of new varieties with sharp eyespot resistance.
     ARz, a germplasm derived from wheat-rye translocation, showed stable resistance in identification in several years. To understand the genetics mechanism and identify the resistance loci of ARz, a genetic map was constructed using a recombinant inbred lines (RIL) population (F9) derived from the cross between ARz and a susceptible variety Yangmai158. The 137 RILs and their parents were inoculated with a high-virulent strain of sharp eyespot fungi R-46 using cultured toothpick and soil methods, respectively. The population showed normal distribution of disease index, with a disease index of 30.5-79.6% in cultured toothpick method and 25.5-71.2% in soil method, indicating the sharp eyespot resistance of ARz is a quantitative trait.
     Two hundred and seventy-six SSR markers were surveyed for polymorphism between the parents, and 97 loci were polymorphic in the population. By using marker regression analysis, 22 SSR markers associated with resistant QTL, expMning 2.7%-13.5% of phenotypic variance, were found based on the disease index data. Among them, Xgwm372, Xgdm93, Xgwm456, Xgwm341, Xgwm52, Xgwm645, Xgwm383, Xwmc42, Xbarc126, Xgwm149 and Xgwm194 were detectable in both inoculating methods. QTL mapping of sharp eyespot resistance was conducted using a software of MapMaker/Exp3.0, and 11 linkage groups were established. The total length of the linkage map was 1058.4 cM. The average interval is 14.7 cM and the shortest one is close to zero. Nine chromosome regions were detected for their association with the resistance through composite interval mapping (CIM, Windows QTL Cartographer). Seven of them were identified using both inoculating methods, among which QTLs mapped in the intervals of Xgwm608~Xgwm296 on chromsome 2D,of Xgwm296~Xgwm382 on chromsome 2D, of Xbarc77~Xwmc326-2 on chromsome 3B, of Xgwm341~Xbarc6 on chromsome 3D, of Xgwm415~Xgwm126 on chromsome 5A, of Xgwm400~Xgwm537 on chromsome 7B and of Xgwm44~Xgdm67 on chromsome 7D. The source of the resistance alleles were all from the resistance parent ARz, which explained 7.55%-20.78% of the phenotypic variance.
     The molecular markers associated with the QTLs for sharp eyespot resistance would facilitate the use of resistant genes of ARz, and the genetic information would be very important for better understanding the mechanism of sharp eyespot resistance in wheat.
引文
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