小麦-白粒黑麦1RS.1BL易位系T956-13中抗条锈病新基因的图谱构建和精细定位

Wheat-rye 1RS.1BL translocation lines were used in wheat breeding programs worldwide. But due to the prevalence of new virulent pathotypes of stripe rust, the Yr9 gene lost the protective effect against the pathogens. It caused the 1RS.1BL translocation chromosomes were declined by the breeders and excluded from the wheat genome quickly. In the present study, a Chinese rye “Baili” was crossed with a wheat pure line A42912. A new 1RS.1BL translocation line T956-13 was obtained from the progeny of this cross. T956-13 exhibited high resistance to all prevalence virulent pathotypes of stripe rust, especially showed high resistance to CYR34. The wheat parent A42912 was highly susceptible to stripe rust. The resistant gene against to stripe rust must locate on the 1RS chromosome arm which was introduced into wheat genome by chromosome translocation. In this project we would like to construct a high-density genetic map of the novel resistance gene on 1RS chromosome arms. Characterization and mapping of new resistance genes were very important to wheat resistance breeding. Also, this project will provide new ideas, methods and materials for further application of alien genes in wheat breeding programs.

小麦-黑麦1RS.1BL易位在国内外被广泛应用于小麦遗传育种。但是由于条锈菌病原菌流行生理小种的变化，来源于德国Petkus黑麦的1RS.1BL易位染色体中所含的抗条锈病基因Yr9抗性丧失，导致1RS.1BL易位染色体被迅速排除出了小麦基因组。为了解决这一问题，申请人利用一个来源于中国的白粒黑麦和小麦纯系A42912为亲本，在其杂交后代中获得了一个新1RS.1BL易位系T956-13。T956-13对目前西南地区流行的条锈菌生理小种，尤其是对条中34号表现出了极高的抗性。由于其小麦亲本A42912高感条锈病，所以新抗病基因应位于新引入的来源于白粒黑麦的1RS染色体臂上。本研究拟对新抗条锈病基因进行精细定位和正式定名，绘制抗病基因高密度的遗传连锁图谱。对新抗条锈病基因的定位对小麦抗病育种有着重要的作用和意义，同时也为小麦育种中进一步利用外源基因提供新思路、新方法和新材料。

小麦是世界上最重要的粮食作物之一，而条锈病则是小麦最严重的病害之一，往往会造成小麦大面积减产。将小麦近缘物种的抗病基因导入小麦基因组，是提高小麦抗病能力的重要途径。在过去由于黑麦1RS.1BL易位系携带有抗条锈病基因Yr9，且农艺性状优秀，被广泛利用于世界小麦育种工作中。但是随着条锈菌生理小种的变异，Yr9逐渐失去抗性，这条易位染色体的利用受到了极大的影响。黑麦是异花授粉植物，可能存在大量的遗传多样性，将这些遗传多样性导入小麦，发掘1RS染色体上抗病基因的遗传多样性，可能是解决1RS染色体抗性丧失的有效途径。本项目通过远缘杂交，将来源于中国的白粒黑麦、威宁黑麦和矮杆黑麦与小麦杂交，获得了大量的纯合易位系，这些易位系对条锈病展现了极强的遗传多样性，其抗病等级从IT0至IT8均有分布。其中，来源于白粒黑麦的易位系表现出为高抗条锈病。本项目以高抗条锈病的白粒黑麦易位系为研究对象，通过分子细胞生物学手段证明一个新的抗条锈病单基因位于白粒黑麦1RS染色体上，该抗病基因对我国目前流行的全部条锈病生理小种均展现出免疫，该基因被暂时定名为YrRt1054。同时，利用已有的1RS.1BL易位系高密度遗传连锁图谱，探索1RS.1BL易位系的高产优质QTL位点。最终，发现并鉴定了10个不同性状（株高、千粒重、粒长、粒宽、粒径比、穗数、穗粒重、籽粒面积、籽粒周长、延绿）的主效稳定QTL，其中9个QTL是首次报道。本研究创制了多个抗病的新易位系，鉴定了来源于白粒黑麦的新抗条锈病基因，证明了1RS.1BL易位系在农艺性状上的优势，为该易位染色体在小麦育种中的进一步利用奠定了理论和物质基础。