小麦-华山新麦草新种质抗小麦全蚀病新基因及其分子标记的发掘

Wheat take-all disease, caused by Gaeumannomyces graminis var. tritici, is one of the most devasting diseases worldwide. In recent years, damage of take-all disease has significantly increased in many wheat-grown regions of China. Therefore, wheat breeders and plant pahologists have given more and more attention on this disease. Use of host-plant resistance is considered to be the most practical and effective means for controlling the disease; however, resistance breeding has been hindered due to a lack of effective resistance genes to take-all in wheat. Therefore, identification of take-all resistance genes in wheat relatives and genetic studies have become essential. In recent years, one of the endemic wheat relative species in China, Psathyrostachys huashanica Keng, is highly resistant to take-all fungus and proven to be a valuable source of resistance.We have gained some germplasm of resistance to take-all disease from wheat - huashanica ,and constructed genetic populations of F2, BC1 and recombinant inbred lines (RILs).By using high-density SNP chip and RNA- Seq technology, this project will focus on the mapping of take-all disease resistance genes,identify 8-10 SNP markers of co-segregating or tightly linked with resistance genes，found 1-2 candidate genes,and create new disease-resistant intermediate materials. These studies will broaden the genetic bases of wheat, increase genetic diversity, and promote improvement of wheat varieties for take-all resistance.

小麦全蚀病是由禾顶囊壳真菌小麦变种引起的世界性、毁灭性病害，近年在我国各小麦主产区发生面积和危害程度呈明显加重趋势，严重影响小麦产量和质量。由于小麦中缺乏有效的抗源而阻碍了抗病品种的选育，因而在小麦近缘种中发掘全蚀病抗性基因及其遗传研究已刻不容缓。研究表明，我国一个特有种华山新麦草高抗小麦全蚀病，为全蚀病研究和利用提供了珍贵的抗源。本研究在已获得小麦-华山新麦草抗全蚀病种质材料和构建出的遗传群体基础上，拟利用高密度SNP芯片技术对抗病基因进行精细定位，获得与抗病基因紧密连锁或共分离的SNP标记8-10个，利用这些紧密连锁的标记检测相关材料，验证标记的有效性；结合RNA-Seq技术发现全蚀病抗性候选基因2-3个，对其中1-2个基因进行功能验证；建立高效的全蚀病分子标记辅助选择体系，创制5个全蚀病的抗病新种质，对于拓宽小麦遗传基础、增加品种遗传多样性、促进小麦品种改良具有重要意义。

小麦全蚀病是近年在我国各小麦主产区发生面积和危害程度呈明显加重趋势的世界性、毁灭性病害，严重影响小麦产量和质量，因小麦中缺乏有效的抗源，而在小麦-华山新麦草杂交后代中具有高抗小麦全蚀病材料，这为全蚀病研究和利用提供了珍贵的抗源。本研究在已获得的小麦-华山新麦草抗全蚀病种质材料和构建出的遗传群体基础上，结合全蚀病抗病性接种鉴定，综合利用基因组原位杂交（GISH）、多色荧光原位杂交（mc-FISH）、分子标记（EST-STS、SSR、SNP）和形态学性状评价等手段，从染色体水平和DNA水平分析了抗病材料的染色体组成、外源染色体同源群归属以及外源成份的分布规律，开发与抗病基因紧密连锁或共分离的SNP 标记，结合RNA-Seq技术发现全蚀病抗性候选基因，进行功能验证，建立全蚀病分子标记辅助选择体系，创制全蚀病的抗病新种质。.通过课题组四年系统地研究，完成了项目主要目标任务，取得了一系列研究成果：利用植物数量性状遗传体系“主基因+多基因”混合遗传模型分离分析法对全蚀病的抗性进行最优遗传模型分析，结果显示全蚀病抗性属于数量性状遗传，受到2对主基因+微效多基因共同控制，其最优遗传模型为2MG-ADI（2对主基因-加性-显性-上位性）；结合集群分离分析法（BSA）和小麦660K SNP基因芯片筛选与抗病相关的特异性SNP、KASP标记开发和遗传图谱构建，在2AS和5BS定位到两个抗病QTL基因，命名为TAH.nwafu-2AS和TAH.nwafu-4BS，开发并验证了全蚀病抗性基因特异性SNP 标记和KASP标记12个。持续利用杂交、自交、回交、辐射诱变等方法从小麦-华山新麦草后代材料中筛选和创制出高抗全蚀病的新种质12份，结合常规育种，选育新品系6个，审定小麦新品种1个，获陕西省科学技术奖1项，获得植物新品种权2项和专利1项。初步建立了全蚀病分子标记辅助选择体系。该研究结果对于拓宽小麦遗传基础、增加品种遗传多样性、促进小麦全蚀病抗病育种具有重要意义。.发表核心论文15篇，其中SCI收录论文7篇，待发表9篇。培养博士研究生3名，硕士研究生10名。项目投入经费64万元，支出48.72349万元，各项支出基本与预算相符，剩余15.276511万元，剩余经费计划用于本项目研究后续支出。