小麦-单芒山羊草抗条锈病新种质的创制、鉴定及利用效应研究

Wheat three rusts are the most important diseases to wheat production,explore new resistance gene and breed new resistant varieties is the most ecomomical, effective and environmental approach. Aegilops uniaristata, a good gene resource for wheat breeding, is proved to be nearly immune to wheat stripe rust and stem rust. In order to transfer its stripe and stem rust resistances to wheat, we developed a series of new germplasm which possess Ae. uniaristata chromatin，from which, a stripe rust and stem rust resistant wheat-Ae. uniaristata partial amphiploid and a stripe rust resistant addition line AU-53 are indentified. Primary molecualr and cytogenetic evidences indicate that AU-53 posssess a new gene different from Yr17. In the present research, AU-53 will be meticulously identified by the integrated cytogenetic and molecular methods. In the meanwhile, Chinese Spring ph1b gene mutant will be crossed to AU-53 to induce stripe rust resistant wheat-Ae. uniaristata small chromosomal segment translocation. The translocation will be geneticly analysed to obtain the co-segrated molecular marker with the resistanc gene, providing new gene resource for wheat breeding program. Furthermore,the germplasm will be screened to obtain stem rust resistant addition line. The stripe and stem rust resistances will be transferred to high-yeild wheat backgrounds, providing new resistance gene sources for breeding new wheat variety.

小麦锈病是小麦生产中最重要的病害之一，发掘抗性新基因并培育抗病新品种是最为经济、有效和环保的方法。经鉴定，我们发现单芒山羊草近免疫小麦条锈病和秆锈病。为转移和利用其抗性基因，我们利用染色体工程方法创制了一批含单芒山羊草染色质的新种质,并从中鉴定出了近免疫条锈病和秆锈病的小麦-单芒山羊草部分双二倍体，以及近免疫小麦条锈病的小麦-单芒山羊草附加系AU-53。初步的分子细胞学证据显示，AU-53中附加的单芒山羊草染色体属于第一同源群。本项目拟采用细胞遗传和分子生物学技术对AU-53进行精确鉴定，并以AU-53为基础，以ph1b基因缺失突变体为工具，创制出抗条锈病小麦-单芒山羊草小片段易位系。对抗条锈病易位系进行遗传分析，获得与抗病基因共分离的分子标记用于辅助育种工作。同时，继续筛选这批新种质获得抗秆锈病附加系。将单芒山羊草条锈病和秆锈病抗性导入高产小麦遗传背景中，为小麦新品种培育提供新的抗性基因

单芒山羊草高抗多种小麦病害，是小麦改良的优异基因源。创制并鉴定一套包括小麦-单芒山羊草双二倍体、部分双二倍体、附加系、代换系和易位在内的小麦-单芒山羊草中间材料，对评价和利用该物种具有重要意义。本研究建立了单芒山羊草种子蛋白标记、染色体标准C分带、原位杂交（FISH）带型及EST水平分子标记。利用上述方法鉴定了小麦-单芒山羊草双二倍体和1N-7N附加系。分子与细胞遗传结果发现，单芒山羊草1N-7N染色体臂比、C带带型及FISH带型各不相同，可用于小麦背景中单芒山羊草染色体的辨识；从5370个引物/限制性内切酶组合中筛选建立了单芒山羊草单染色体分子标记42个，可用于小麦背景中单芒山羊草染色质追踪；用种子蛋白标记、原位杂交和分子标记鉴定出了涉及1N和1D染色体的小麦-单芒山羊草染色体易位系，将小麦条锈病抗病基因定位在1NS上，为小麦抗病育种提供了基因资源。但是，利用获得的7个1N染色体标记对抗感杂交群体分析，发现获得的分子标记均不与抗病基因连锁或共分离，即7个标记均是1NL特异标记，因而，需要利用其它分子手段获得1NS标记。研究还发现，（GAA)8是单芒山羊草异染色质的重要组成部分，充实了对山羊草异染色质组成的认识。从分子标记定位结果和小麦的比较基因组分析发现，单芒山羊草物种染色体发生了重排现象，且不同倍性含N染色体的物种在进化中发生了序列插入和删除现象，该现象与物种的倍性以及物种的居群均具有关联性。对鉴定的这套材料进行农艺性状和品质性状进行调查或测定，结果发现，单芒山羊草2N和5N染色体上含有矮秆基因；1N和7N染色体上含有密穗基因；4N染色体导入小麦能够显著提高千粒重、籽粒蛋白含量和湿面筋含量等小麦品质性状；为后续研究提供了重要的研究素材。