燕麦冠锈病抗性基因的遗传分析和分子定位

【摘要】：燕麦冠锈病是由柄锈菌属冠锈菌燕麦专化型真菌(Puccinia coronata f.sp.avenae Eriks.)引起的一类主要真菌病害,发病时会造成严重的产量损失。培育和种植抗病品种是防治冠锈病最经济有效的措施。基于当前生产上流行的燕麦冠锈病生理小种或致病类群,鉴定一批可直接用于燕麦冠锈病抗性育种的优异种质,并解析其抗性遗传特性、通过现代分子生物学技术发掘其抗性基因,开发分子标记并结合分子标记辅助选择转育其抗性,培育抗冠锈病燕麦新品种,具有十分重要的意义。前期研究表明,AC Assiniboia、AC Medallion、MN841801和Temp＿Pc98对加拿大冠锈病流行的强毒性生理小种具有良好抗性,本研究主要通过构建燕麦冠锈病抗性基因双亲作图群体,对上述抗性种质进行遗传分析;进一步利用GBS测序技术和燕麦6K SNP芯片构建燕麦高密度分子标记遗传图谱,结合群体表型分析,对燕麦冠锈病抗性基因进行分子定位。这些冠锈病抗性基因的发掘为燕麦抗病育种提供了有效基因源。主要结果如下:一、燕麦苗期冠锈病主效抗性基因Pc39遗传分析及其分子作图利用携带Pc39的两个加拿大主栽燕麦品种AC Assiniboia和AC Medallion作为冠锈病抗病亲本与感病亲本MN841801构建2个不同遗传背景的重组自交系作图群体(AC Assiniboia/MN841801,Asb MN和AC Medallion/MN841801,Med MN),并通过加拿大冠锈菌优势生理小种LMBG对群体及对应亲本进行苗期抗性表型鉴定。结果表明,AC Assiniboia和AC Medallion对冠锈菌LMBG的苗期抗性由Pc39控制,与前人报道结果一致。基于GBS测序和6K芯片技术并结合群体抗性表型分析,构建了2张Pc39高密度分子连锁图谱,并获得了1个与Pc39共分离分子标记GMI＿ES01＿c12570＿390＿kom235。利用前人构建的六倍体燕麦整合分子标记遗传图谱进行比较分析,将Pc39定位到燕麦1C染色体的Mrg11连锁群上约3.7 c M位置。将16个与Pc39紧密连锁SNP分子标记成功开发为KASP标记并对74份北美主要燕麦品种(系)进行有效性验证。结果表明,KASP标记GMI＿ES15＿c6153＿392＿kom239和GMI＿ES01＿c12570＿390＿kom235可有效用于Pc39的分子标记辅助选择育种。二、燕麦苗期冠锈病主效抗性基因Pc38的遗传分析及其分子作图以携带Pc38的燕麦品种AC Assiniboia和AC Medallion作为冠锈病抗病亲本与感病亲本MN841801构建2个不同遗传背景的重组自交系作图群体Asb MN和Med MN。并通过多个加拿大冠锈菌优势生理小种(DHBB、LHBB、NHBL和BHCC)分别对群体及对应亲本进行单小种苗期抗性表型鉴定。结果表明AC Assiniboia和AC Medallion携带的Pc38均对上述冠锈菌生理小种具有苗期抗性,与前人报道结果一致。基于GBS测序和6K芯片技术并结合群体抗性表型分析,构建了2张Pc38高密度分子连锁图谱,获得2个与Pc38共分离分子标记GMI＿ES14＿c2753＿587＿Kom224和GMI＿ES05＿c2343＿456＿Kom225。利用前人构建的六倍体燕麦整合分子标记遗传图谱进行比较分析,将Pc38定位到一致性图谱的Mrg33连锁群上约112 c M位置。选取15个与Pc38紧密连锁SNP分子标记成功开发为KASP标记并在作图群体中验证,结果表明新开发的KASP标记能有效鉴定群体中Pc38的有无。三、燕麦苗期冠锈病主效抗性基因PcMN的遗传分析及其分子作图针对特定冠锈菌生理小种,以燕麦育种材料MN841801为冠锈病抗病亲本,以AC Assiniboia、Makuru、AC Medallion三个加拿大燕麦品种为感病亲本构建3个不同遗传背景的重组自交系作图群体Asb MN、Med MN和Makuru/MN841801(Mak MN)。利用多个加拿大冠锈菌优势生理小种(BRBB、JTQQ、JTTG和JTQG)分别对群体及对应亲本进行单小种苗期抗性表型鉴定。结果表明MN841801对上述冠锈菌生理小种的苗期抗性由一个主效单基因控制,且具有广谱抗性,暂命名为PcMN。基于GBS测序和6K芯片技术并结合群体抗性表型分析,构建了3张PcMN高密度分子连锁图谱,并获得2个与PcMN共分离分子标记avgbs＿cluster＿4215.1.58＿kom300和avgbs＿cluster＿4215.1.59＿kom301。利用已经发表的六倍体燕麦整合分子标记遗传图谱进行比较分析,将PcMN定位到燕麦9D染色体的Mrg02连锁群上约61 c M位置。选取18个与PcMN紧密连锁SNP分子标记成功开发为KASP标记并对75份北美主要燕麦品种(系)进行有效性验证。结果表明,KASP标记GMI＿ES05＿c14633＿290＿kom293和avgbs2＿184685.1.35＿kom304可成功用于PcMN的分子标记辅助选择育种。PcMN与MN841801中成株期抗性QTL QPc.crc-14D之间没有相互促进作用。四、燕麦苗期冠锈病主效抗性基因Pc98的遗传分析及其分子作图以携带冠锈病苗期主效抗性基因的燕麦六倍体野生物种Avena sterilis L.新材料CAV1979与普通栽培燕麦杂交获得的材料Temp＿Pc98为抗病亲本与两个感病亲本Bingo和Kasztan杂交构建2个不同遗传背景的F_(2:3)作图群体(Temp＿Pc98/Bingo和Temp＿Pc98/Kasztan),并通过加拿大冠锈菌优势生理小种DSGB对群体F_1、F_2单株、F_(2:3)家系及对应亲本进行苗期抗性表型鉴定。结果表明,Temp＿Pc98携带对冠锈菌生理小种DSGB具有苗期抗性的单显性基因,并正式命名为Pc98。基于6K芯片技术和GBS测序并结合群体抗性表型分析,构建了2张Pc98高密度分子连锁图谱,并获得4个与Pc98共分离分子标记GMI＿ES02＿lrc33175＿496＿kom372、GMI＿ES02＿lrc18492＿57＿kom373、avgbs2＿153634.1.45＿kom406和avgbs2＿153634.1.46＿kom409。利用已经构建好的六倍体燕麦整合分子标记遗传图谱进行比较分析,将Pc98定位到一致性图谱的Mrg20连锁群上约251 c M处。选取20个与Pc98紧密连锁SNP分子标记成功开发为KASP标记并对79份北美主要燕麦品种(系)进行有效性验证。结果表明,KASP标记GMI＿DS＿LB＿7494＿kom370和avgbs2＿153634.1.59＿kom410可成功用于Pc98的分子标记辅助选择育种。