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利用精细定位和转录组分析鉴定来自偏凸山羊草2NvS上的小麦成株期抗条锈病候选基因

作者: 刁圣轩   审稿人:魏育明     时间: 2024-05-11 点击次数:


小麦条锈病是由条形柄锈菌(Puccinia striiformisf. sp.tritici,Pst)引起的威胁小麦生产的主要病害之一,培育抗病品种是防控该病害最为经济、环保、有效的途径。由于条锈菌致病性变异快,毒性小种不断出现,导致生产上栽培小麦品种的抗性寿命非常短。进一步挖掘条锈病抗性基因资源,实现条锈病抗性有效基因的多样化布局,培育持久抗病性小麦新品种是当前小麦抗病育种亟需解决的关键问题。

近日,四川农业大学小麦研究所联合悉尼大学植物育种研究所在Theoretical and Applied Genetics杂志在线发表了题为“Identification of candidate genes for adult plant stripe rust resistance transferred fromAegilops ventricosa2NvS into wheat via fine mapping and transcriptome analysis”的研究论文,作者通过剩余杂合方法构建了近等基因系群体。基于NIL构建的大群体和特异性分子标记来筛选2NvS片段的重组单株,结合精细定位和转录组分析潜在的候选基因。

来自偏凸山羊草的2NvS片段以携带持久条锈病抗性基因Yr17而被世界各国广泛应用于小麦育种。该研究通过分子标记检测发现,创新种质K13-868是一个携带来自偏凸山羊草2NvS片段的易位系,该易位系对我国当前小麦生产上流行的主要条锈菌生理小种和致病类群具有稳定的成株期抗性。为发掘和解析其携带的抗性基因,利用K13-868与感病亲本SY95-71杂交构建的214个重组自交系群体,基于外显子捕获测序技术并结合人工条锈菌诱导多环境成株期条锈病抗性表型分析,将控制K13-868成株期条锈病抗性主效QTL定位于2AS染色体上的标记InDel_2.87KP2A_34.29之间,暂命名为QYr.868-2AS(图1)。进一步通过剩余杂合策略构建由6389个单株组成的精细定位群体,利用开发的分子标记进行重组子筛选,将QYr.868-2AS物理区间锚定于19.36-33 Mb之间(图2)。基于近等基因系转录组分析发现QYr.868-2AS通过触发植物先天免疫反应赋予了对条锈病的抗性(图3)。锚定区域内生物信息学分析发现2个潜在候选基因TraesJAG2A03G00588940编码一个蛋白激酶和TraesJAG2A03G00590140编码核苷酸结合的富含亮氨酸重复序列蛋白,它们均在成株期对小麦条锈菌侵染的响应强于苗期(图4)。进一步利用开发的该QTL共显性InDel标记InDel_31.05分析了1996年以后审定的四川麦区259个育成小麦品种,发现超过40%的小麦品种均携带该基因(图5),此外,使用InDel_31.05VENTRUP/LN2标记对119个澳大利亚品种进行检测,结果表明44个品种含有2NvS片段。表明该成株期条锈病抗性基因被广泛应用于小麦条锈病抗性育种中。对NILs的农艺性状评价结果表明,2NvS片段抵消了条锈病对产量的不利影响,而不会对所评价的农艺性状产生负面影响(图6)。上述研究为进一步克隆QYr.868-2AS提供了重要参考。

图1重组自交系群体条锈病抗性鉴定及初定位

图2QYr.868-2AS精细定位

图3近等基因系转录组分析

图4候选基因分析

图52NvS片段上抗性位点QYr.868-2AS在育成品种中的检测

图6条锈病胁迫下近等基因系农艺性状评价

 

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