西藏小麦地方品种曲白春抗条锈病基因Yrqbc的精细定位与应用

Wheat stripe rust is one of the most important disease which can serious threat wheat production. The arise and rapidly propagation of new strain V26 of Puccinia strifformis f. sp. tritici brings the great threat to wheat production safety. Qubaichun is a wheat landrace from Tibet. It showed a good resistance to strain V26 for several years by artificial induced inoculation in Chengdu, Sichuan province. In this study, our purpose is to draw the high precision genetic linkage map of Yrqbc by using the two constructed genetic population. First, the rough location of Yrqbc could be quickly find by using wheat 660K SNP chip and the F2 small population. Second, comparative genomics strategy is used to develop the new markers from rice and Brachypodium distachyon. Third, BSA+RAN-seq method could find the differential expressed genes which can be used for developing molecular marker. Intigration these markers could draw the high precision genetic linkage map, which could be used for map-base gene cloning of Yrqbc. Meanwhile, the genetic markers tighly linked could be used for breeding the V26 resistant wheat varieties (lines). This work could provide new material for resistant wheat breeding and enrich the Wheat stripe rust resistance gene resources. Furthermore, the results can resolve the rapidly spread of V26 and used for map-based cloning of Yrqbc gene.

小麦条锈病是我国小麦生产上发生的主要病害，严重威胁小麦生产。V26系列菌系的出现及其快速大面积传播给小麦安全生产带来新的重大威胁。曲白春为西藏地方小麦品种，近年来连续在四川成都种植，经人工接种V26菌系，均表现为全生育期抗病（抗病程度为免疫）。本研究将利用已经构建的2个曲白春遗传群体，综合多种方法绘制该抗病基因的高精度遗传连锁图谱。首先利用小麦660K SNP芯片快速粗定位目标基因（F2小群体）、进一步利用比较基因组和BSR-seq等技术开发新的抗条锈病基因的分子标记（F2大群体），完成该抗病基因的精细定位。并利用上述获得的紧密连锁的分子标记应用于辅助选择，培育新的抗条锈病品种（系）。本项目的完成，将为小麦抗条锈病育种提供新的抗源材料，丰富小麦条锈病抗性基因资源；有助于解决V26菌系迅速蔓延的问题，同时可为下一步图位克隆该基因打下基础。

本研究以西藏小麦地方品种曲白春为实验材料，对曲白春的抗性基因进行遗传分析和克隆。遗传分析结果表明：曲白春含有两个抗性基因，一个为ASR抗性基因，一个为APR抗性基因。田间调查发现：曲白春是一个可用于育种的优异种质资源。主要结果包括：. 1.遗传分析发现：曲白春抗性由两对独立的显性核基因控制：一个为APR基因，一个为ASR基因。田间调查发现曲白春有干叶尖现象，通过Yr18功能标记验证，确认曲白春中的APR抗性基因为Yr18。另一个ASR基因未知，命名为Yrqbc。. 2.通过构建遗传群体，筛选SSR标记，将Yrqbc定位于2BL染色体。通过共线性分析，DArT标记分析，BSR-Seq分析和660K芯片分析等一系列标记加密策略，最终将Yrqbc定位到分子标记A009200和A009192之间的5.1cM遗传间隔，其中距离Yrqbc最近的标记为A009200，遗传距离为0.1cM。. 3.Yrqbc与Yr5都位于2BL，且这两个基因都与SSR标记Xwmc175连锁，Yrqbc可能是Yr5。利用Yr5功能标记及测序验证发现Yrqbc与Yr5一致。. 4.利用Yr5和Yr18的功能标记检测其在小麦中的应用情况，结果显示：271个国内品种（系），仅有一个品种（系）携带具有抗性的Yr5基因，其它均为不具有抗性的Yr5等位变异；有11个品种带有Yr18基因，仅占品种（系）的4%；4个品种同时含有Yr18和Yr5等位变异；没有品种（系）同时具有Yr5和Yr18。其余的52个品种（系）中也没有Yr5，仅有10个品种带有Yr18，8个品种带有Yr5等位变异。该结果表明曲白春具有极大的育种潜力，可用于改良小麦品种的条锈病抗性。. 5.利用曲白春与主栽小麦品种进行回交育种，将两个抗病基因（Yr5和Yr18）同时导入这些品种中进行抗病性改良育种。调查结果显示，Yr5和Yr18的聚合效应可以提高品种抗性，并且不会影响其它农艺性状。这表明曲白春可用于主栽品种的抗病改良。. 综上所述，“自然聚合”了全生育期抗性基因Yr5和成株期抗性基因Yr18的小麦地方品种曲白春具有良好的条锈病持久抗性，合理利用其抗病基因对于提高我国小麦条锈病抗性具有重要意义。