长穗偃麦草抗叶锈病基因Lr19的图位克隆及与Fhb7的聚合利用

Lr19 from Thinopyrum elongatom is still an excellent resistance gene to wheat leaf rust even it has been applied in wheat breeding for about 50 years. However, it could not be mapped by a normal way due to its heterogeneous chromosome status from wheat. Fortunately, we have primarily mapped Lr19 and a major Fusarium head blight resistant gene of Fhb7 on a linked region of 7E long arm using a RIL population of wheat- Thinopyrum substitution lines, 7el1（7D）and 7el2（7D). Thus, in this study, we plan to continue the fine mapping of Lr19 by creation F2 populations between 7el1（7D）and 7el2（7D）as well as 7ei（7D). The molecular makers will be mainly developed on base of the E genome assembly in my lab. We plan to firstly map Lr19 within a genetic distance about 0.1cM. Then the physical map will be constructed by BAC library and 10Xgenomics and pacbio sequencing, which will finally allow the cloning of Lr19. Moreover, we had proved that the Linked genome region harboring Lr19 and Fhb7 did not contain any gene negatively affecting the wheat yield traits when translocated into wheat. Thus, it is also plan to pyramid these two genes in wheat- Thinopyrum substitution line firstly, and then create the translocation lines by Chinese spring Ph1b mutant, which only contain the short fragment of E gnome harboring single Lr19 or the double resistant genes by marker-assisted selection

Lr19是最优异的叶锈抗源之一，抗性保持近50年，世界范围内鲜有生理小种突破其抗性。遗憾的是，远缘杂交仅将含Lr19的长穗偃麦草染色体大片段转移至普通小麦，难以遗传解析和精准利用。本课题组曾成功利用小麦-长穗偃麦草异代换系创制作图群体，首次将Lr19定位在7E长臂末端3cM区间内，证明其与抗赤霉病主效基因Fhb7紧密连锁。本项目拟继续构建20000株分离群体，依据本实验室组装的长穗偃麦草E基因组，开发分子标记，首先将其精细定位至500K以内，然后筛选亲本BAC文库，结合Gemcode等测序技术构建目标区间物理图谱，最终完成Lr19的图位克隆、功能验证，并初步解析其遗传进化机制。在此基础上，利用ph1bph1b促进7E染色体与小麦7D染色体的交换，分子标记辅助选择含Lr19单基因、Lr19和Fhb7双基因的短片段易位系，将这两个具有巨大应用价值的基因聚合，创制兼抗叶锈、赤霉病的育种新材料。

根据项目计划书，本项目主要是利用双亲群体对长穗偃麦草广谱抗叶锈基因Lr19进行精细定位，通过搭建亲本的物理图谱实现该基因的图位克隆和功能验证，并利用染色体工程实现该基因的单基因以及与Fhb7的聚合利用，创新小麦抗性种质资源。. 任务期内，严格按照项目申报书和计划书实施，进展顺利，完成了所有既定研究任务和目标。共创建20000余株作图群体，实现了长穗偃麦草抗叶锈基因Lr19的精细定位，组装了二倍体长穗偃麦草基因组并构建了亲本的BAC文库，搭建了目标基因所在基因组区间的物理图谱1.2M，成功获得Lr19的候选基因，并利用小麦遗传转化和EMS突变体实现了候选基因的功能验证。同时，完成了Lr19的抗谱鉴定、遗传机制解析，初步完成其广谱抗性分子机制解析。利用远缘杂交手段，将其从长穗偃麦草7E染色体转移至普通小麦D基因组背景，成功打破了其与叶黄素基因PSY的连锁，创制了广谱抗叶锈病且农艺性状优良的7E/7D 短片段易位系。另外，实现了Lr19与抗赤霉病基因Fhb7的分子聚合，创制了兼抗赤霉病和叶锈病的优异种质资源，成功完成所有项目既定的研究内容。另外，除本项目涉及的既定研究任务外，该基因的广谱抗性分子机制正在深入研究中，并获得重要进展。. 本项目支持下，共发表8篇标注本项目的SCI论文，其中1区5篇，3篇为第一标注。获得直接与本项目相关的国家发明专利1项，创新种质资源30份。项目组成员中，培养国家级人才1人，培养博士研究生3人，硕士研究生4人。