小麦赤霉病主效抗性新基因QFhb.hyz-7D的精细定位和效应分析

小麦赤霉病严重威胁我国的粮食安全和食品安全，但目前育种上主要利用或可利用的Fhb1等少数主效抗性基因在病害严重流行年份不足以有效降低危害，而绝大部分已定位的QTL因效应较小或无紧密关联的标记又难以利用。我们首次在高抗赤霉病小麦地方品种海盐种7D染色体上定位了一个新的主效抗病基因Qfhb.hyz-7D，该基因在其它小麦品种中未见报道。本项目在前期工作的基础上，利用由育成品种和地方品种组成的自然群体、次级分离群体和NILs，结合关联分析和连锁分析以及高通量SNP、DArT标记等生物技术手段对目标基因进行精细定位，筛选和开发可靠的位点特异鉴别标记；分析该基因在自然群体中可能的分布、等位变异以及在抗扩展和抗毒素积累方面的效应；剖析目标基因在不同遗传背景下单基因水平上的效应以及与Fhb1等已知主效抗赤基因的可累加性和互作。相关研究结果对克隆目标基因、探析抗性机理和培育高抗赤霉病小麦品种具有重要意义。

小麦赤霉病是由禾谷类镰刀菌引起的世界性小麦主要病害之一。本项目的主要研究内容是对海盐种等中国小麦地方品种的赤霉病抗性QTL/基因进行定位，开发紧密关联的标记，分析这些位点的等位变异和效应及其在小麦育种群体中的分布，为分子标记辅助育种和培育抗病品种奠定基础。主要研究结果如下：1）以海盐种主效基因Qfhb.hyz-7D区域的2个关键SSR标记Xwmc702和Xwmc121对380个品种进行了分析，有14个品种（系）在目标基因区与海盐种具有相同的单倍型；进一步扩大作图群体，将该定位于Xcfd46 -Xwmc702之间；2）对高抗赤霉病小麦地方品种黄方柱中的抗赤霉病QTL进行了定位，发现3BS和7AL染色体上携带主效QTL，前者与Fhb1位点重合，解释23.1-35.6%的表型变异，后者解释15.9-18.2%的表型变异；3）通过构建次级分离群体和开发新标记，将黄方柱Fhb1定位在分子标记X2214与X2357之间；4）温室条件下对192个品种的赤霉病抗性进行接种鉴定以及关联分析，共筛选到高抗品种66份，中抗品种46份；有11个标记与赤霉病抗性关联；同时在3季大田环境下评估了上述品种的赤霉病抗性，并进行了关联分析，也发现11个标记至少在两季试验中重现。这些显著的标记位点上均存在2个以上的等位变异。根据等位变异对赤霉病抗性表型的贡献，将不同等位变异分为有利、不利和无效等位变异。不同位点的有利和不利等位变异共同决定了品种的赤霉病抗性表型。提出在育种过程中在引入有利变异的同时需要剔除不利等位变异，会大大提高提高抗赤育种效率和育成品种的赤霉病抗性水平；5）初步明确了黑麦1RS染色体很可能携带赤霉病扩展抗性相关基因，可以与赤霉病主效QTL Fhb1累加；6）克隆了1个与赤霉病感病性关联的基因TaS410，该基因在携带Fhb1的抗病品种中沉默，而在不携带Fhb1的感病品种中表达，并开发了1个InDel和1个dCAPs标记，可用于标记辅助选择；7）对海盐种、黄方柱和宁7840三个高抗赤霉病品种进行EMS诱导，筛选到赤霉病相关突变体，这些突变体对挖掘赤霉病基因、解析抗感机制以及抗赤育种都有重要的意义。通过杂交和诱变，选育了10多份综合农艺性状显著改善的高抗赤霉病小麦品系。上述研究结果可进一步促进主效赤霉病抗性基因的挖掘和克隆、抗性机制解析和抗病品种培育。