長(zhǎng)穗偃麥草抗赤霉病基因Fhb7遺傳圖譜的加密及其標(biāo)記輔助轉(zhuǎn)移.pdf

1、小麥?zhǔn)俏覈?guó)最重要的三大糧食作物（玉米、水稻和小麥）之一，其產(chǎn)量?jī)H次于玉米和水稻，排在第三位。小麥赤霉病(Fusarium head bligh或wheat scab)發(fā)生于小麥抽穗揚(yáng)花期，是最重要的穗部病害之一。它不僅造成嚴(yán)重的產(chǎn)量損失，而且還因?yàn)楫a(chǎn)生各種毒素（尤其是DON毒素），對(duì)人畜的生命安全構(gòu)成威脅，從而降低小麥的品質(zhì)。在小麥赤霉病大流行年份，可以造成70％，甚至是100％的產(chǎn)量損失。大量研究表明，培育和種植抗赤霉病品種是解決小麥

2、抗赤霉病問(wèn)題最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)、最環(huán)保和最有效的措施。然而，目前生產(chǎn)上可以利用的有效抗源并不多，利用最多的抗源是來(lái)自蘇麥3號(hào)的抗赤霉病基因Fhb1。因此，繼續(xù)尋找和挖掘新的高抗赤霉病基因，培育高抗小麥赤霉病品種，對(duì)于我國(guó)乃至世界小麥育種來(lái)說(shuō)具有重要的研究意義。
　　本研究采用分子遺傳學(xué)、細(xì)胞遺傳學(xué)和比較基因組學(xué)等方法和手段，研究四個(gè)7E染色體之間的遺傳關(guān)系;建立長(zhǎng)穗偃麥草染色體抗赤霉病基因Fhb7抗病區(qū)段與水稻、高粱和短柄草基因組的共

3、線性關(guān)系，尋找與其緊密連鎖的分子標(biāo)記;借助于小麥ph1b基因誘導(dǎo)小麥7D染色體與長(zhǎng)穗偃麥草7el2染色體部分同源重組，追蹤分析偃麥草染色體在小麥中遺傳特點(diǎn)，創(chuàng)制小麥-長(zhǎng)穗偃麥草抗赤霉病短片段異位系;創(chuàng)制同時(shí)攜帶抗赤霉病基因Fhb1和Fhb7的遺傳育種材料及Fhb7在小麥遺傳改良中的應(yīng)用。本研究獲得的重要研究結(jié)果如下:
　　(1)四個(gè)偃麥草7E染色體間均能夠發(fā)生配對(duì)，但不同偃麥草7E染色間的配對(duì)率不同，說(shuō)明四個(gè)偃麥草7E間遺傳關(guān)系較

4、近。二倍體長(zhǎng)穗偃麥草7Ee染色體能夠與十倍體長(zhǎng)穗偃麥草7el1、7el2染色體和中間偃麥草7Ei染色體配對(duì)，且7el2染色體能與7Ei染色體配對(duì)，但配對(duì)率較低;7el1染色體與7el2和7Ei染色體間的配對(duì)率較高，分別為71.64％和85.96％。
　　(2)以假鵝觀草基因組DNA為探針，以中國(guó)春基因組DNA為封阻DNA，原位雜交鑒定結(jié)果表明7el2染色體在染色體兩端和著絲粒區(qū)域均有較強(qiáng)烈的雜交信號(hào)，說(shuō)明7el2染色體屬于Js基組

5、;7Ee染色體的原位雜交結(jié)果與以二倍體長(zhǎng)穗偃麥草基因組DNA為探針的雜交結(jié)果相似;7el1和7Ei染色體二者均僅在染色體兩端區(qū)域有強(qiáng)烈的雜交信號(hào)，說(shuō)明7el1和7Ei同屬于J基組。
　　(3)根據(jù)減數(shù)分裂期不同染色體間的配對(duì)率和分子標(biāo)記統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)上述四個(gè)偃麥草7E染色體進(jìn)行UPGMA聚類(lèi)分析，結(jié)果表明，7el1與7Ei染色體間的遺傳關(guān)系最近;7el2與7el1-7Ei復(fù)合體的遺傳關(guān)系較近;而7Ee與其它三個(gè)偃麥草7E染色體間的遺

6、傳關(guān)系最遠(yuǎn)。
　　(4)本研究通過(guò)染色體配對(duì)、分子標(biāo)記和染色體原位雜交綜合分析，首次發(fā)現(xiàn)并解釋了7el1與7Ei遺傳關(guān)系較近的細(xì)胞學(xué)原因。
　　(5)本研究首次發(fā)現(xiàn)了長(zhǎng)穗偃麥草7el染色體抗赤霉病基因Fhb7染色體區(qū)段與水稻、短柄草和高粱相應(yīng)區(qū)段間的共線性關(guān)系，長(zhǎng)穗偃麥草抗赤霉病區(qū)段與水稻6號(hào)染色體、短柄草1號(hào)染色體和高粱10號(hào)染色體共線。
　　(6)本研究根據(jù)上述共線性關(guān)系，以共線性區(qū)段內(nèi)水稻、短柄草和高粱基因組的共

7、線基因cNDA序列為模板，利用ConservedPrimer2.0設(shè)計(jì)保守分子標(biāo)記，并連同SSR、STS、DArT標(biāo)記構(gòu)建了一張更為精密的7E染色體遺傳圖譜。該圖譜包括167個(gè)分子標(biāo)記，全長(zhǎng)158.97 cM，平均標(biāo)記間遺傳距離為0.95 cM;將抗赤霉病基因Fhb7定位在1.7 cM范圍內(nèi)，且兩側(cè)緊密連鎖的分子標(biāo)記為Xcfa2240和XsdauK66;該抗病區(qū)間對(duì)應(yīng)于水稻、短柄草和高粱的基因組大小分別為18.8、37.1和27.0 K

8、b。
　　(7)在開(kāi)發(fā)的6個(gè)保守分子標(biāo)記（XsdauK）中，有4個(gè)分子標(biāo)記（XsdauK13、XsdauK60、XsdauK66和XsdauK71）是根據(jù)共線區(qū)間內(nèi)水稻、短柄草和高粱的共有基因開(kāi)發(fā)的;XsdauK144是根據(jù)短柄草的基因Bradi1g29441設(shè)計(jì)的，該基因在水稻和高粱對(duì)應(yīng)區(qū)間內(nèi)無(wú)共線基因;XsdauK130是根據(jù)短柄草和高粱間的共線基因(Bradi1g29320和Sb10g031180)設(shè)計(jì)的，這兩個(gè)基因在水稻對(duì)

9、應(yīng)區(qū)間內(nèi)無(wú)共線基因。
　　(8)基因順序倒位現(xiàn)象是不同物種間遺傳進(jìn)化的重要推動(dòng)力，加速了不同物種對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。本研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)穗偃麥草抗赤霉病基因Fhb7染色體區(qū)段與水稻6號(hào)染色體區(qū)段（Os06g51490-Os06g51510）和高粱10號(hào)染色體區(qū)段（Sb10g031240-Sb10g031265）內(nèi)的基因順序一致，而與短柄草1號(hào)染色體區(qū)段（Bradi1g29250-Bradi1g29300）內(nèi)的基因順序相反。
　　(9

10、)根據(jù)上述開(kāi)發(fā)的與抗赤霉病基因緊密連鎖的分子標(biāo)記，對(duì)創(chuàng)建的208個(gè)小麥-長(zhǎng)穗偃麥草7el2染色體遺傳工程材料（中國(guó)Ph1b突變體誘導(dǎo)部分同源重組）進(jìn)行分子標(biāo)記篩選，最終獲得了兩個(gè)潛在的短片段易位系SDAU1881和SDAU1886;赤霉病抗病鑒定結(jié)果表明，與對(duì)照中國(guó)春和KS24-2相比，這兩個(gè)材料均表現(xiàn)出良好的赤霉病抗性;分子標(biāo)記鑒定結(jié)果表明，這兩個(gè)易位系的易位發(fā)生位點(diǎn)（7DL-7elL）介于分子標(biāo)記Xwmc273和XBM137749間

11、。
　　(10)原位雜交鑒定結(jié)果表明，上述兩個(gè)潛在的小麥-長(zhǎng)穗偃麥草抗赤霉病易位系均具有相對(duì)較小的外源染色體片段，易位染色體片段占易位染色體的比例分別為16.1％和17.3％;與對(duì)照KS24-2相比，大約有65％的長(zhǎng)穗偃麥草染色體片段通過(guò)小麥-偃麥草染色體間的部分同源重組重組掉，從而被小麥7D染色體片段替換。
　　(11)利用35個(gè)小麥品種對(duì)獲得的與抗赤霉病基因緊密連鎖的3個(gè)共顯性分子標(biāo)記XsdauK66、Xcfa2240和

12、XsdauK352進(jìn)行了分子輔助選擇有效性驗(yàn)證，結(jié)果表明，這3個(gè)分子標(biāo)記均能夠用于小麥抗赤霉病基因Fhb7的輔助選擇育種。
　　(12)利用與抗赤霉病基因Fhb1緊密連鎖的分子標(biāo)記(Xgwm493和Xgwm533)和與抗赤霉病基因Fhb7緊密連鎖的分子標(biāo)記(XsdauK66、Xcfa2240和sdauK352)，獲得了聚合了Fhb1與Fhb7兩個(gè)抗赤霉病基因的育種材料(SDAU1902、SDAU1903、SDAU1904和SDAU

13、1906)，隨后的赤霉病抗性鑒定結(jié)果表明，與對(duì)照中國(guó)春相比，這4個(gè)聚合體育種材料均具有很好的赤霉病抗性，發(fā)病小穗數(shù)NDS分別為1.6、1.4、1.4和1.5，說(shuō)明這4份材料可能含有Fhb1和Fhb7基因。
　　(13)為進(jìn)一步驗(yàn)證來(lái)自十倍體長(zhǎng)穗偃麥草抗赤霉病基因Fhb7在不同小麥背景下的赤霉病抗性，借助于分子標(biāo)記選擇，將抗赤霉病基因Fhb7導(dǎo)入到濟(jì)麥22、山農(nóng)22、泰山23、濟(jì)南17、良星99和山農(nóng)14等大面積推廣小麥品種中，并獲