抗赤霉病和条锈病小麦-披碱草易位系分子细胞遗传学鉴定

赤霉病和条锈病分别是由禾谷镰刀菌和条形柄锈菌小麦专化型引起的，是影响全球小麦产量的灾难性疾病。实践证明，发掘抗病基因，培育持久抗病品种是最为经济、有效和安全的防治手段。小麦近缘属种中含有丰富的条锈病和赤霉病抗源，应加强对其他更多近缘属物种抗病基因的发掘和利用。披碱草（Elymus repens，2n = 6x = 42，StStStStHH）是小麦育种过程中潜在的赤霉病和条锈病抗性种质资源（Zeng et al., 2013）。我们利用国审品种川农16（CN16）和小麦-披碱草部分双二倍体P1142-1-2杂交、回交，在后代筛选得到了两个小麦-披碱草易位系材料K15-1192-2和K15-1194-2。

K15-1192-2在减数分裂中期I的花粉母细胞染色体配对构型为：2n = 42 = 0.87Ⅰ+17.46Ⅱ（环状）+3.11Ⅱ（棒状）；K15-1194-2在减数分裂中期I的花粉母细胞染色体配对构型为：2n = 42 = 2.45Ⅰ+14.17Ⅱ（环状）+5.50Ⅱ（棒状）＋0.07Ⅲ。

同时利用H.bogdanii和Pse. strigosa的全基因组DNA为探针进行GISH分析，P1142-1-2含有42条小麦染色体，2条完整的St染色体，4条小麦-H-St大片段易位染色体和8条小麦-St双端部小片段易位染色体（图1）。利用E. repens的全基因组DNA为探针和J-11为封阻，GISH显示K15-1192-2含有40条普通小麦染色体和2条带有E. repens染色体片段的双端部易位染色体，K15-1194-2含有2条小麦-E. repens罗伯逊易位染色体和1条小麦-E. repens双端部易位染色体。进一步利用H.bogdanii和Pse. strigosa的全基因组DNA为探针进行GISH，FISH分析，结果显示K15-1192-2的易位片段来自于E. repens的St染色体，且位于两条3D染色体的双端部；K15-1194-2含有1对7DS/?StL的罗伯逊易位染色体和1条3D/?St的双端部易位染色体（图2）。

图1 P1142-1-2 GISH鉴定

图2 K15-1192-2和K15-1194-2 GISH、FISH鉴定

选用3DS和3DL染色体端部的特异SSR标记Xcfd64和Xcfd211进行了PCR验证，结果表明K15-1192-2无特异的扩增条带，K15-1194-2扩增出特异条带。选用7DL染色体的特异SSR标记Xwmc14和Xbarc111进行PCR验证，结果显示K15-1192-2存在特异的扩增条带，K15-1194-2没有扩增出特异条带。分子标记结果验证了细胞学结果的准确性。选用1St-7St的特异EST-SSR标记对两个易位系的外源染色体或片段进行同源群确定（Kong et al., 2018），结果显示3St特异标记在E. repens，P1142-1-2，K15-1192-2和K15-1194-2中扩增出特异条带，表明两个易位系材料的外源片段均来自于3St染色体（图3）。

图3 K15-1192-2和K15-1194-2及亲本EST-SSR鉴定

对两个易位系及其亲本进行赤霉病抗性鉴定，表明两个易位系均高抗赤霉病，与亲本P1142-1-2的抗性一致，而CN16表现出感病（图4）。条锈病成株期抗性鉴定表明P1142-1-2，K15-1192-2和K15-1194-2高抗混合小种CYR-32，CYR-33，CYR-34和V26/Gui22–14，CN16和SY95-71高感。条锈病苗期鉴定表明P1142-1-2，K15-1192-2和K15-1194-2高抗条锈病小种CYR-34，CN16、Crocus和SY95-71高感（图5）。

图4 K15-1192-2和K15-1194-2及亲本赤霉病鉴定

图5 K15-1192-2和K15-1194-2及亲本条锈病苗期鉴定

该结果于2019年12月27日发表在BMC Plant Biology杂志上(Molecular cytogenetic characterization of wheat–Elymus repenschromosomal translocation lines with resistance to Fusarium head blight and stripe rust)。该研究得到国家自然科学基金（No.31771781, 31971883）,国家重点研发计划（2016YFD0102000, 2017YFD0100905）资助。

文章链接:https://doi.org/10.1186/s12870-019-2208-x

参考文献

1. Zeng J, Cao W, Hucl P, Yang Y, Xue A, Chi D Fedak G. Molecular cytogentic analysis of wheat-Elymus repensintrogression line with resistance to Fusarium head blight. Genome. 2013; 56:75-82.

2. Kong LN, Song XY, Xiao J, Sun HJ, Dai KL, Lan CX, Singh PW, Yuan CX, Zhang SZ, Singh R, Wang HY, Wang XE. Development and characterization of a complete set of Triticum aestivum–Roegneria ciliarisdisomic addition lines. Theor Appl Genet. 2018; 131: 1793–806.