小麦抗白粉病新基因Pm2b的精细定位及转移利用研究

KM2939 is a new wheat-Agropyron cristatum breeding line selected by our lab with significantly higher kernel number per spike and high powdery mildew resistance in the whole growing period. We identified a new powdery mildew resistance gene Pm2b in KM2939, and mapped it in a 1.8 interval in the deletion Bin 5DS-1-0-0.63 on chromosome arm 5DS. Pm2b has been used preliminary for marker-assisted breeding (MAS) and development of near-isogenic line (NIL). In order to promote fine mapping and transferred application of Pm2b in resistance breeding, focus will be given to the following areas: (1) to develop wheat-EST and SNP based markers combined comparative genomics and bulk segregant RNA-Seq (BSR-Seq) of F2:3 segregation families. These markers were used for constructing high-density genetic linkage map aiming at finely mapping Pm2b; (2) to predict candidate genes by functional analysis of differentially expressed genes from BSR-Seq; (3) to develop further MAS and NIL with higher recipient genome composition (RGC) using existing and new developed molecular markers. The results of this project will greatly facilitate map-based cloning and molecular design breeding of Pm2b.

KM2939是本实验室选育的穗粒数较高小麦-冰草新品系，全生育期高抗小麦白粉病。我们在KM2939 5DS染色体Bin 5DS-1-0-0.63上1.8 cM区间内发现了一个小麦抗白粉病新基因Pm2b，目前已将Pm2b进行了初步分子标记辅助选择育种和近等基因系创制。为推动Pm2b的精细定位和转移利用，本研究拟继续进行以下研究：(1)利用比较基因组学和转录组测序结合集群分离分析法(Bulked segregant RNA-seq, BSR-Seq)，开发基于小麦EST和SNP的分子标记，构建Pm2b高密度遗传连锁图谱，通过大规模分离群体的遗传连锁分析，精细定位Pm2b; (2)利用RNA-Seq差异表达的基因功能分析预测Pm2b的候选基因；(3)结合已有和新开发的分子标记，对Pm2b进行深入分子标记辅助选择育种和近等基因系创制。研究结果必将极大促进Pm2b的图位克隆和分子设计育种。

小麦白粉病是影响小麦产量和品质最主要的病害之一，抗病基因发掘和利用是控制小麦白粉病最经济有效的措施。KM2939是本实验室选育的穗粒数较高小麦-冰草新品系，全生育期高抗小麦白粉病。前期我们在KM2939 5DS染色体Bin 5DS-0-0.63上发现了一个小麦抗白粉病新基因Pm2b。为推动Pm2b的克隆和转移利用，本项目拟构建Pm2b高密度遗传连锁图谱，精细定位Pm2b，并根据转录组测序差异基因表达预测候选基因，最后对Pm2b进行分子标记辅助选择育种。取得以下结果：.（1）分子标记加密：利用比较基因组学分析，发现Pm2b定位区间对应于合成麦W7984 5D染色体上Scaffold1467689至1747548之间、粗山羊草5DS染色体的Scaffold5722.1-6420.1之间和二穗短柄草4号染色体上的7个直系同源基因；利用小麦660K基因芯片对Pm2b的石麦15近等基因系和石麦15进行扫描，通过差异SNP比对分析，在Pm2b定位区间内得到了131个与Pm2b关联的SNP位点；通过BSR-Seq差异SNP分析，在Pm2定位区间内得到了971个与Pm2b显著相关的SNP位点；.（2）精细定位：利用上述手段开发分子标记，加密了Pm2b遗传连锁图谱，对Pm2b进行了精细定位，最终将Pm2b精细定位到了XX cM区间内，对应XX Mb的物理区间。.（3）通过BSR-Seq分析了差异基因的表达模式，得到了在抗感亲本和抗感池间表现一致差异的基因1182个，得到了一个Pm2b可能参与的植物病原菌互通路，进一步在Pm2b定位区间注释得到了143功能基因，其中4个基因与植物抗病直接相关。.（4）利用已有和新筛选分子标记检测生产上的主栽品种，得到了7个可应用于Pm2b分子标记辅助选择育种的育种标记，利用这些分子标记选育一批具有优异农艺性状的抗病新品系，得到了在不同小麦背景下，背景恢复率达到99.0%的近等基因系。. 上述研究的开展必将大大促进Pm2b基因的克隆，为Pm2b抗病机制研究奠定基础。