以簇毛麦6VL染色体结构变异体物理定位抗秆锈病基因Sr52

Stem rust is one of the most devastating diseases of wheat crops globally. The emergence of a highly virulent Pgt race in Uganda in 1999, commonly known as Ug99, has become a threat to global wheat production. The cultivated wheat gene pool has a narrow genetic base for resistance to Ug99 and up to 90% of world’s wheat cultivars are considered Ug99 susceptible. Sr52, which confers resistance to Ug99, has been located on the long arm of 6V chromosome of Haynaldia villosa, the wild relative of cultivated wheat. This gene is a new source of resistance to Ug99 and may be useful in wheat improvement. In this proposal, a structural aberrant pool of chromosome 6VL involving different regions of chromosome 6VL including the translocations, deletions and introgressions will be induced through an integrated technique of homoeologous chromosome pairing system (ph1b gene mutant) and ionizing-irradiation. The 6VL genome sequences by flow sorting and next generation sequencing of the 6VL telosomic addition line will be used for the development of alien chromosome 6VL specific molecular markers. Seedling and adult plant resistance of these structural aberrants will be evaluated in the field and greenhouse in Kenya. The structural aberrants will be characterized for their chromosome constitution by marker analysis and for their stem rust resistance. The Sr52 gene will be further mapped to a smaller fragment region of chromosome 6VL. The outcomes of this research will lay solid foundation for the utilization of Sr52 gene in cloning the target gene as well as the wheat breeding program.

小麦秆锈病是一种世界性病害，其强毒新小种Ug99对我国小麦生产构成了巨大的潜在威胁。我国现有品种秆锈病抗源比较单一，特别是能抵抗Ug99的更少。簇毛麦6VL染色体上携有抗Ug99的Sr52基因，是拓宽小麦品种抗秆锈病遗传基础的新种质。本项目以创制的小麦-簇毛麦T6VL/6AS易位系为基础，借助染色体分拣和高通量测序相结合，开发簇毛麦6VL专化分子标记；对中国春ph1b突变体和电离辐射结合法诱致的簇毛麦6VL结构变异体进行分子标记鉴定，获得片段大小不同的易位系、缺失系和渐渗系；与肯尼亚国家农业研究院合作，在Ug99病发地进行抗病性的田间和温室鉴定；根据异染色体结构变异系的多年抗性鉴定结果，结合分子标记分析，将Sr52基因定位在6VL更小的染色体区段。本研究结果可为克隆Sr52基因提供新材料，还可为小麦Ug99抗病育种提供新种质。

簇毛麦6VL染色体上携有抗Ug99的Sr52基因，是拓宽小麦品种抗秆锈病遗传基础的新种质。为了对此基因进行物理定位，本课题分别基于簇毛麦4VS和6VS染色体分拣测序数据，开发了簇毛麦染色体特异的寡聚核苷酸探针并构建其FISH核型；基于簇毛麦基因组survey测序数据和表达序列标签，设计了466对引物，最终筛选到簇毛麦6VL染色体特异的分子标记127对；在电离辐射后代和染色体配对控制体系中国春 ph1bph1b 后代中，利用原位杂交和分子标记技术筛选到涉及簇毛麦6VL染色体的结构变异体60份；利用开发的80个6VL染色体特异的IT分子标记对53份涉及簇毛麦6VL染色体纯合结构变异体进行分子标记分析，根据扩增结果，构建了6VL染色体物理图谱。利用包含与Sr52基因紧密连锁的分子标记CINAU1532的有无，利用最小的纯合顶端易位系WLL9，将簇毛麦6VL上的Sr52基因定位在6VL染色体566.00-573.88Mb区间之内。利用与Sr52基因紧密连锁的分子标记CINAU1532的序列信息，比对到簇毛麦的参考基因组，对目标区段的基因进行了预测。该区段总共包含245个高可信度的基因，其中18个基因属于典型的NBS-NLR类抗病基因。本研究筛选到的能特异追踪簇毛麦6VL染色体的分子标记，将为小麦育种中的分子标记辅助选择提供依据；所创造的携有重要功能基因的小片段易位系可为小麦育种提供新的种质资源；所创造的系列外源染色体结构变异体库为发掘簇毛麦6VL染色体上的优异基因提供基础材料，并可有目的的实现外源目标基因向普通小麦中的转移；同时，本研究中开发外源染色体特异分子标记的技术策略可为小麦其他近缘物种易位系的研究和利用提供参考。 .项目执行期间，共筛选到能特异追踪簇毛麦6VL 染色体的分子标记96个；鉴定出涉及簇毛麦6VL染色体的纯合结构变异体60份；通过构建的簇毛麦6VL染色体的物理图谱以及与Sr52基因紧密连锁的分子标记CINAU1532的序列信息，结合簇毛麦的参考基因组，将簇毛麦6VL染色体上的抗秆锈病基因定位于簇毛麦6VL染色体566.00-573.88M区间之内；共发表论文5篇，其中 SCI 论文4 篇，申请专利1项，培养博士研究生和硕士研究生共8名。