圆锥小麦抗麦长管蚜基因的遗传与表达分析

摘要：麦长管蚜( Sitobion avenae F.) 是我国小麦生产上的重要害虫,严重影响小麦产量和品质。选育和推广抗蚜品种是防治麦长管蚜最经济、安全、有效的措施之一。圆锥小麦S849是我国陕西柞水的地方品种，连续3年室内外苗期和成株期抗性鉴定抗蚜等级均为一级，表现高抗。本研究拟采用田间成株期和室内苗期相结合的抗蚜鉴定方法，对S849携带的抗麦长管蚜基因进行遗传分析（结果表明其抗蚜特性属于单基因显性遗传）；应用SSH、RT-PCR和电子克隆技术进行麦长管蚜抗性相关基因的分离、克隆；利用已有的SSR引物和筛选部分S849差异表达cNDA开发的EST-SSR引物，结合BSA法鉴定与抗蚜基因紧密连锁的分子标记。本研究以期了解小麦抗蚜品种与麦长管蚜互作过程中基因表达的特点，获得抗性相关基因及抗蚜基因的分子标记，为小麦抗蚜分子辅助育种奠定基础，研究结果对提高小麦抗蚜育种具有重要的理论和实践意义。

小麦是重要的粮食作物，麦蚜是小麦生产的主要害虫之一。近年来，以麦长管蚜为主的小麦穗蚜危害在黄淮海麦区及北方大部分麦区发生严重，影响着我国小麦的稳定生产，限制了产量和品质的提高。因此，研究和利用小麦抗麦长管蚜基因资源及其遗传机制是当前需要亟待解决的问题。本研究以兰麦（陕西柞水）为材料，对其麦长管蚜抗性进行了遗传分析，通过SSH-cDNA文库的构建和测序分析，对其抗蚜相关基因的差异表达进行了研究，对部分基因进行了克隆。主要研究结果如下：.兰麦（陕西柞水）全生育期均高抗麦长管蚜。兰麦（陕西柞水）分别与感麦长管蚜材料波兰305和Ps5杂交的F2代遗传分析表明，其对麦长管蚜的抗性由单显性基因控制，暂命名为Sa2。筛选出3个位于3B染色体上的SSR标记。.采用SSH技术构建了麦长管蚜侵食兰麦（陕西柞水）的苗期叶片cDNA文库。随机挑取600个阳性克隆测序获得586条EST序列，经聚类拼接后提交GenBank134条EST（JK716033~JK716166）。有106条EST找到同源性较高的蛋白（79.10%)，88条蛋白功能明确。经文库比对，得到麦长管蚜抗性相关蛋白29个。.利用半定量RT-PCR和实时荧光定量PCR分析了Lox2、CHUP1、BPI/LBP、PR-4、PP2C、PIP2、MDHAR和PI等8个差异表达基因在麦长管蚜侵食后波兰305与兰麦（陕西柞水）中的表达模式。两种方法分析的结果基本一致。麦长管蚜侵食后，在波兰305中，PI在12 hpi上调水平最高，其余各个基因均是在0hpi上表达量最大；在兰麦（陕西柞水）中，Lox2、BPI/LBP、PR-4和PP2C均在24 hpi上调水平最高，MDHAR和CHUP1基因在48 hpi上调水平最高，PIP2和PI分别在72 hpi和96 hpi上调水平最高。说明上述8个候选基因均属于麦长管蚜诱导的上调表达基因，参与小麦抗麦长管蚜反应，揭示了麦长管蚜侵食后24小时至48小时是小麦幼苗表现麦长管蚜抗性的关键时期。.应用电子克隆技术对文库中的PR-4的EST进行延伸，设计引物进行RT-PCR验证，测序结果分析表明，PR-4序列长度为781bp，有编码146个氨基酸的开放阅读框。该蛋白被定位在细胞质中，等电点为7.57，分子量为15.63KDa。同源序列分析表明小麦PR-4的蛋白序列与大麦的具有较近的亲缘关系。