利用全基因组连锁和关联分析技术定位小麦条锈病成株抗性QTL

Stripe rust,caused by Puccinia striiformis f. sp. tritici,is a devastating disease in common wheat (Triticum aestivum L.) worldwide.Gansu Longnan region,where a lot of spores are spread out to the main wheat production areas to lead to prevelence of stripe rust, is the largest over-summering area and birthplace of yellow rust toxicity varieties in China,so it is the most important region to control stripe rust in our country. Use of resistant wheat cultivars is the most friendly and economical way to control the disease. Identification of adult-plant resistance (APR) genes and their closely linked molecular markers is very important for efficient use of APR to stripe rust and development of durably resistant wheat cultivars in breeding programs. The aims of this project are to identify the quantitative trait loci (QTL) for APR to stripe rust in a natural population of 150 Gansu winter wheat varieties and one F6 recombinant inbred line (RIL) population derived from the cross of Mingxian169×Hostfast. The wheat 90K SNP chips will be used to analyze the materials, and QTLs will be identified using genome-wide linkage analysis and linkage disequilibrium (LD) association mapping approaches. The APR QTL numbers, QTL interaction effects and their chromosomal locations will be detected. The present study is to provide genes, germplasms and molecular markers for marker-assisted selection of durable resistance to stripe rust in wheat breeding.

由条锈菌（Puccinia striiformis f. sp. tritici）引起的小麦条锈病是世界范围内的重要病害，甘肃陇南地区是我国小麦条锈菌最大的越夏区和策源地，为小麦主产区条锈病的流行提供大量的菌源，陇南麦区是我国条锈病防治的关键地带。培育抗病品种是防治小麦条锈病最经济、安全、有效的措施。发掘成株抗性基因及其紧密连锁的分子标记，是有效利用成株抗性、培育持久抗性品种的重要手段。 本项目拟应用小麦90K SNP芯片分析一个由150个甘肃冬小麦品种组成的自然群体和一个F6重组自交系（铭贤169×Holdfast）群体，结合全基因组连锁和关联分析技术进行条锈病成株抗性QTL定位。目的是明确研究材料的成株抗性QTL数目、QTL间互作效应及其所在染色体位置，发掘新的条锈病成株抗性基因和抗源及其紧密连锁的分子标记，为持久抗性小麦品种选育提供基因、资源和分子育种工具。

培育持久抗病品种是控制小麦条锈病最经济有效和环境友好的方法。发掘小麦成株期抗性基因及其紧密连锁的分子标记是有效利用成株抗性、培育持久抗性品种的重要手段。本研究以重组自交系和自然群体为材料，以连锁分析结合关联分析方法鉴定小麦条锈病成株期抗病位点，为抗病育种提供材料和方法。结果表明：（1）利用660K芯片、集群分离分析法（Bulked Segregate Analysis，BSA）、SSR标记及竞争性等位基因特异性PCR标记（Kompetitive Allele Specific PCR, KASP）分型技术对重组自交系（Recombinant Inbred Lines，RIL）群体铭贤169/Holdfast进行田间条锈病成株期QTL分析，在5AL上定位到一个条锈病成株抗性QTL位点QYr.gaas-5A，在所有环境下均存在，可解释6.5-9.3%的表型变异，QYr.gaas-5A侧翼标记分为Ax-109948955和Ax-108798241，距离分别为0.5和1.1 cM。在7AL上定位到一个稳定的条锈病成株抗性QTL QYr.gaas-7A，在甘谷2015和2016两个环境中存在，可解释6.2%和7.3%的表型变异，QYr.gaas-7A两侧标记分别为Ax-110361069和Ax-108759561，距离分别为0.5和0.7 cM。对携带和无QYr.gaas-5A和QYr.gaas-7A的单株进行分析，发现携带的单株的MDS要显著低于未携带的。（2）对120份种质构成的自然群体进行90K SNP芯片基因分析和田间条锈病最大严重度（Maximum Disease Severity，MDS）鉴定后进行全基因组关联分析，发现19个抗性位点，可解释表型变异的8.7-16.8%，大部分位于A（10）和B（7）染色体，D染色体仅2个，其中9个是新的抗条锈性位点。通过对QTL所在遗传位点分析，在1AL染色体抗性位点置信区间内存在一个泛素-蛋白连接酶（3 ubiquitin-protein ligase KEG），7AS上处存在一个 F-box蛋白， IWB10785（3AS）和IWB12438（6BL）编码病害抗性蛋白RPP13，对于生物和非生物胁迫抗逆性具有重要作用。研究中发现的优异种质和标记可在抗条锈病育种中充分应用。