[00124261]利用全基因组连锁和关联分析技术定位小麦条锈病成株抗性QTL

一、课题来源与背景 科技成果来自甘肃省农业科学院小麦研究所主持的国家自然基金《利用全基因组连锁和关联分析技术定位小麦条锈病成株抗性QTL》（项目编号：31360336）。培育持久抗病品种是控制小麦条锈病最经济有效和环境友好的方法。发掘小麦成株期抗性基因及其紧密连锁的分子标记是有效利用成株抗性、培育持久抗性品种的重要手段。本研究以重组自交系和自然群体为材料,以连锁分析结合关联分析方法鉴定小麦条锈病成株期抗病位点,为抗病育种提供材料和方法。 二、研究内容与目标 利用小麦SNP标记（Wheat 90K iSelect assay SNP芯片）检测1个F6重组自交系群体（铭贤169×Holdfast）和一个自然群体（150个甘肃冬小麦品种,包括目前推广品种、历史品种和农家种）的多态性,发掘条锈病成株抗性位点（QTL）及其紧密连锁的SNP标记,明确重组自交系群体和自然群体中成株抗性QTL的数目、效应和染色体位置。同时,根据抗病基因紧密连锁的SNP标记相应的DNA序列设计STS 标记,用于分子育种。 三、研究成果 （1）利用660K芯片、集群分离分析法（Bulked Segregate Analysis,BSA）、SSR标记及竞争性等位基因特异性PCR标记（Kompetitive Allele Specific PCR,KASP）分型技术对重组自交系（Recombinant Inbred Lines,RIL）群体铭贤169/Holdfast进行田间条锈病成株期QTL分析,在5AL上定位到一个条锈病成株抗性QTL位点QYr.gaas-5A,在所有环境下均存在,可解释6.5-9.3%的表型变异,QYr.gaas-5A侧翼标记分为Ax-109948955和Ax-108798241,距离分别为0.5和1.1cM。在7AL上定位到一个稳定的条锈病成株抗性QTL Qyr.gaas-7A,在甘谷2015和2016两个环境中存在,可解释6.2%和7.3%的表型变异,Qyr.gaas-7A两侧标记分别为Ax -110361069和Ax-108759561,距离分别为0.5和0.7 cM。对携带和无Qyr.gaas-5A和Qyr.gaas-7A的单株进行分析,发现携带的单株的MDS要显著低于未携带的。 （2）对120份种质构成的自然群体进行90K SNP芯片基因分析和田间条锈病最大严重度（Maximum Disease Severity,MDS）鉴定后进行全基因组关联分析,发现19个抗性位点,可解释表型变异的8.7-16.8%,大部分位于A（10）和B（7）染色体,D染色体仅2个,其中9个是新的抗条锈性位点。通过对QTL所在遗传位点分析,在1AL染色体抗性位点置信区间内存在一个泛素-蛋白连接酶（3 ubiquitin-protein ligase KEG）,7AS上处存在一个 F-box蛋白,IWB10785（3AS）和IWB12438（6BL）编码病害抗性蛋白RPP13,对于生物和非生物胁迫抗逆性具有重要作用。研究中发现的优异种质和标记可在抗条锈病育种中充分应用。 （3）取得专利1项,发表论文4篇,另有两篇论文待发 [1]杨芳萍、杨文雄、白斌、袁俊秀、虎梦霞,辅助筛选和培育抗条锈病小麦新品系的专用引物、试剂和试剂盒及其选育方法,2014/5/24,甘肃,（ 0 中华人民共和国国家知识产权局）,CN201410036908.8 [2]杨芳萍;杨莉;郭莹;何中虎;李志虎;夏先春,甘肃小麦品种（系）面筋强度和糯蛋白基因分布规律研究.麦类作物学报,2015.35（07）：933-939 [3]杨芳萍;刘亚男;郭莹;冯楠;何中虎;李志虎;夏先春.甘肃小麦品种（系）面制品色泽相关基因的分布规律.麦类作物学报,2015.35（08）：1091-1097 [4]杨芳萍;赵贞祥;郭莹;何春雨;李志虎.在甘肃省传统春麦区扩种冬小麦的研究初报.麦类作物学报,2015,35（06）：785-791 [5]郭莹;王振平;樊莉莉;马小乐;杨芳萍.CIMMYT小麦选种圃种质在甘肃春麦区的表现及利用价值评价.麦类作物学报, 2015.35（11）：1512-1520 [6]F. P. YANG, J. D. LIU, Y. GUO, Z. H. HE, A. Rasheed, L. WU, H. Nan and X. C. XIA. Genome-wide association mapping of adult-plant resistance to stripe rust in common wheat （Triticum aestivum L.）. 已投于 Plant Breeding. 处于审稿阶段。 [7] F. P. YANG, A. L. JIA, J. D. LIU, Y. GUO, Z. H. HE, L. WU, H. Nan and X. C. XIA. QTL mapping of adult-plant resistance to stripe rust in common wheat Holdfast.拟投 phytopathology。 四、成果应用及存在的问题 针对连锁分析,需验证 660K 芯片的分析结果,并开发 scaffold 区段内的特异性分子标记,进而期望得到与 RIL 群体抗性基因连锁距离在 1cM 以内的广适性稳定分子标记;另一方面,利用其它成株抗性 F2-3或 RIL 群体的条锈病田间自然鉴定单株验证Qyr.gaas-5A 和 Qyr.gaas-7A,以获得更大的群体以及更丰富的表型数据,从而验证所开发标记的准确性,同时得到大群体的高密度遗传连锁图谱,提高结果的可靠性。针对关联分析,利用与 19 个抗性位点关联的 SNP 标记开发可用的 KASP 标记检测甘肃省各育种单位近年来选育的小麦新品种（系）、亲本和生产中应用的历史品种,目的是明确检测材料抗感性位点,筛选具有多抗性位点的材料,为持久抗性小麦新品种选育基因聚合、分子标记辅助选择和生产中抗源的合理分布奠定基础。