基于BSA差异表达序列的小麦成株期抗条锈病QTLs精细作图

Identifying and cloning genes/QTLs are very important for understanding the mechanism of adult plant resistance. Recombination inbred lines (RILs) and near-isogenic lines (NILs) which derived from resistant parent Xingzi9104 and susceptible parent AvS and Mingxian169 are used in this study. For the purpose of acquiring key differential expression genes involved in adult plant resistance to stripe rust, we combine previous results from transcriptome sequencing, RNA-seq, wheat SNP chip, comparative genetic genomics and bio-information with BSA analysis method; develop new markers, establish high density genetic linkage map and finish fine mapping of the resistant genes. And then analyze the expressed genes mapped in the target region, obtain the QTLs that showed adult plant resistance; explore the technological method involved in fine mapping of QTLs with BSA analysis, provide a sound basis for studying the mechanism of QTLs in adult plant resistance.

发掘成株期抗条锈病关键基因对于解析小麦成株期抗病网络，揭示抗病机制具有重要意义。本项目以成株期抗条锈小麦品种兴资9104为材料，前期已完成其抗条锈转录组测序，创制了重组自交系群体，初步定位了抗病QTLs。在此基础上，本研究将筛选、创制抗/感成对的近等基因系(NILs)，采用集群分离分析（BSA）策略，利用RNA-seq，结合前期转录组结果，分析、鉴定抗病差异表达序列；利用遗传群体对差异序列进行染色体定位，获得在功能上相关且染色体位点相近的序列，寻找小麦抗病关键基因；利用小麦SNP芯片建立目标区域高密度标记图谱，并结合比较基因组学和生物信息学等手段，设计开发新的分子标记，实现抗病基因的精细作图。本项目试图将抗病差异表达序列、抗病性表现、染色体定位和精细作图联系起来，探索基于BSA差异表达的精细定位抗病QTLs的技术体系，为快速、准确鉴定真正成株期抗病关键基因，揭示小麦成株期抗病机制奠定基础。

发掘成株期抗条锈病关键基因对于解析小麦成株期抗病网络，揭示抗病机制具有重要意义。本项目以兴资9104等多个成株期抗条锈小麦抗源为材料，创制了一系列重组自交系群体和近等基因系材料，采用集群分离分析（BSA）策略，利用RNA-seq等基因分型技术，分析、鉴定抗病差异表达序列；利用遗传群体对差异序列进行染色体定位，获得在功能上相关且染色体位点相近的序列，寻找小麦抗病关键基因；利用小麦SNP芯片建立目标区域高密度标记图谱，并结合比较基因组学和生物信息学等手段，设计开发新的分子标记，实现抗病主效QTL的精细作图，试图将抗病差异表达序列、抗病性表现、染色体定位和精细作图联系起来，探索基于BSA差异表达的精细定位抗病QTLs的技术体系。获得如下主要结果：1）建立了基于小麦iselect 90K SNP芯片的兴资9104/Avocet S群体的高密度遗传连锁图谱，在12条染色体上定位到位27个与小麦成株期抗条锈病相关的QTL，其中在2B染色体上发现一个新的主效抗病QTL，定名为Qyrxz.nwafu_2B.3，在5个环境中其效应值达到13.7872~36.4159%；同时发现， 小麦3BS染色体的Qyrxz.nwafu_3B位点与成株期抗白粉病位点QPmxz.nwafu_3BS为同一区间，其对条锈病和白粉病的抗性效应值分别为4.9219~23.6857%和7.8769~12. 5723%，认为该QTL为兼抗性位点，因此在小麦抗病育种中具有重要价值。2）针对2BL主效抗条锈QTL（QYrxz.nwafu_2B），构建大分离群体，根据目标区段SNP标记，开发KASP标记，筛选重组交换单株，建立了基于BSA 的RNA-seq差异表达技术体系，并结合遗传定位结果及小麦参考基因组信息，开发分子标记，进行精细作图，已将目标区段锁定在2B:676024022-677356979 (1.32Mb) 物理区间，依据小麦参考基因组注释信息，在该区间内注释到15个基因，结合BSA-seq差异表达结果，分析鉴定了候选基因；3）开发了多个用于成株期抗锈性育种中辅助选择分子标记。 .本项目完成了兴资9104成株期抗条锈病主效QTL的精细定位，为进一步克隆该QTL，揭示成株期抗病机制奠定基础；完成了多个抗源的发掘工作，开发了主效QTL的辅助选择标记，为我国小麦抗病育种不仅提供了抗源，同时提供了育种选择手段。