馬鈴薯抗晚疫病主效位點的基因定位和遺傳分析.pdf

1、馬鈴薯(Solanumtuberosum)屬茄科茄屬植物，起源于南美洲安第斯山脈一帶，是世界上僅次于水稻、小麥、玉米的第四大糧食作物，在世界糧食安全體系中具有重要作用。由致病疫霉菌(Phytophthorainfestans(Mont.)deBary.)引起的晚疫病是馬鈴薯世界范圍內(nèi)最具毀滅性的病害，每年引起數(shù)十億美元的損失，我國每年因晚疫病造成的減產(chǎn)損失在10億美元以上。因為P.infestans存在有性和無性兩種生殖方式，具有極高的

2、進化潛力，通過常規(guī)育種導(dǎo)入到栽培種中的抗性R基因很容易被克服?，F(xiàn)在，通過生物工程手段構(gòu)建抗病基因近等混合系成為持久防控晚疫病的最有希望的策略之一，然而這種策略需要克隆多個晚疫病抗性基因。 本研究旨在通過對馬鈴薯晚疫病主效抗性基因R10和尺R11分離群體的遺傳分析和基因定位，初步揭示馬鈴薯11號染色體抗晚疫病主效位點(MLB)的基因組成和遺傳特性，為進一步的基因克隆和了解馬鈴薯野生群體的晚疫病抗性機制并最終持久地防控馬鈴薯晚疫病奠

3、定基礎(chǔ)。本研究的主要結(jié)果如下： 1.通過對R10基因分離群體的遺傳分析和作圖表明，主效基因和抗性QTLs共同決定了R10的晚疫病抗性。馬鈴薯晚疫病抗性基因R10抗譜廣，應(yīng)用價值大，常用于馬鈴薯抗病雜交育種。利用三個不同小種但含有同一個無毒基因Avr10的晚疫病菌株分別對R10分離群體進行離體葉片接種，結(jié)果表明分離群體對這三個菌株表現(xiàn)出不同的抗病反應(yīng)。其中針對菌株IPO-0或99018的抗性是由QTLs控制的數(shù)量性狀，而針對菌株8

4、9148-9的抗性是由主效基因即R10控制的。統(tǒng)計學(xué)分析表明，針對菌株IPO-0或99018的抗性QTLs與位于馬鈴薯11號染色體末端的R10位點連鎖。所以，抗晚疫病主效基因R10與抗性QTLs成簇存在很可能是R10鑒別寄主良好田間抗性的原因。 2.利用比較基因組學(xué)結(jié)合BSA分析方法定位了馬鈴薯抗晚疫病土效基因R10，并構(gòu)建了R10位點的高分辨率遺傳圖譜。R10位點位于馬鈴薯11號染色體的短臂末端，與已克隆的晚疫病抗性基因R3a

5、同屬丁抗晚疫病主效位點的單倍型(haplotypes)。應(yīng)用比較基因組學(xué)和BSA分析，開發(fā)了6個與R10連鎖的分子標記，并將R10初步定位在1001T和C2-At5g9960兩個遺傳距離為2.6cM分子標記之間。R10位于已克隆的晚疫病抗性基因R3a的近端粒區(qū)。利用R10位點的兩側(cè)標記，從1942株R10分離群體中篩選劍99株R10位點重組單株，對其進行已開發(fā)標記分析和接種鑒定，從而構(gòu)建了R10位點的高分辨率遺傳圖譜。R10基因被定位于

6、標記656T和1001T之間的0.26cM的遺傳區(qū)間內(nèi)，為抗晚疫病分子標記輔助育種和R10基因的最終克隆打下了基礎(chǔ)。 3.通過馬鈴薯MLB位點比較作圖，定位了馬鈴薯抗晚疫病主效基因R11。以晚疫病抗性基因R11的鑒別寄土MaR11和不含已知抗性基因的品種Katahdin為雜交親本的F1群體為雜交親本，對包含83個基因型的R11基因的分離群體進行了晚疫病菌株接種和遺傳分析，確定R11為主效單基因，在MaR11以單式(simplex

7、)存在。應(yīng)用比較作圖和BSA分析，開發(fā)了6個與R11連鎖的分子標記，并將R11定位在11號染色體末端，距離最近的C2_At5g59960標記遺傳距離約為2.4cM。R11較晚疫病抗性基因R3a和R10更靠近近端粒區(qū)。本研究所獲得的遺傳圖譜為進一步構(gòu)建R11分辨率遺傳圖譜提供了基礎(chǔ)。 4.建立了從馬鈴薯BAC文庫中快速富集抗病基因及其同源序列的磁珠分離系統(tǒng)。我們首先根據(jù)晚疫病抗性基因R3a家族的序列比對結(jié)果設(shè)計了R3a基因家族的保

8、守探針，并將含有R3a基因的BACSH23G23部分酶切成7-11kbDNA片段。通過結(jié)合保守探針的磁珠系統(tǒng)對上述7-11kbDNA片段進行R3a基因分離，將磁珠富集劍的片段克隆到雙元載體pBINPLUS上。通過陽性克隆和菌落PCR鑒定表明，含有R3a基因的克隆比率達到82.76％，相對于磁珠系統(tǒng)富集前，R3a基因比率提高近19倍。傳統(tǒng)的基因克隆方式，圖位克隆和轉(zhuǎn)座子標簽法，在遵循同源四倍體的四體遺傳規(guī)律的栽培馬鈴薯中應(yīng)用難度極大，而本