利用鹅观草高密度遗传图谱定位抗条锈病基因YrK1007

Stripe (yellow) rust, caused by Puccinia striiformis f. sp. tritici (Pst), is one of the most serious diseases in wheat production worldwide. Disease-resistant grasses can serve as a germplasm resource to breed resistant varieties of wheat. Roegneria kamoji Keng (2n=6x=42, StStYYHH) is a perennial species in genus Roegneria of the tribe Triticeae, which is a member of the tertiary gene pool of common wheat and provides a useful source of new genetic variation for forage grass and wheat improvement. At present, chromosomes in R. kamoji have been successfully introduced into common wheat. In order to better understand and utilization of R. kamoji, we create the F2 population from R. kamoji cv. Gansi No.1 (highly susceptible to stripe rust) and R. kamoji ‘ChuanZhong’(good resistance to stripe rust), using 660k wheat SNP chip and high throughput transcript sequencing (RNA-seq) technologies to construct high density genetic map of R. kamoji. Then locate the stripe rust resistance gene YrK1007 in R. kamoji, and develop the specific markers of R. kamoji.

条锈病是小麦最为常见的病害，流行频率高、范围广、爆发性强，严重时导致麦地绝收。小麦野生近缘属种含有许多普通小麦所没有的抗条锈病基因，可用于选育持久抗病小麦品种。鹅观草（R. kamoji Keng）是小麦族鹅观草属植物，多年生，六倍体，含StYH基因组，具多花多粒、耐湿、高抗赤霉病等特性，是麦类作物重要的种质资源，也是一种优良的牧草。目前已成功将鹅观草染色体导入普通小麦中。为更好地了解和利用鹅观草这一种质资源，本项目利用“赣饲1号”鹅观草（高感条锈病，2n=42，StYH基因组）ד川中”鹅观草（高抗条锈病，2n=42，StYH基因组）F2代群体，利用660K小麦SNP芯片和高通量转录组测序（RNA-seq）技术，构建鹅观草高密度遗传图谱，对鹅观草抗条锈病基因YrK1007基因进行分子定位，同时开发鹅观草特异标记。该工作为发掘小麦条锈病抗性资源、解析鹅观草抗条锈病特性的遗传学机制奠定基础。

鹅观草是小麦族多年生物种，是一种优良牧草，也是栽培小麦的三级基因源。鹅观草具有多粒、耐湿、抗赤霉病、抗条锈病等多种优良特性。因此，挖掘鹅观草抗病基因对小麦抗病育种具有重要实际应用价值。本项目利用160份对条锈病具不同抗性的鹅观草不同牧草品种之间的杂种F2代群体[“赣饲1号”鹅观草（高感条锈病）ד川中”鹅观草（高抗条锈病）]为研究材料，利用55 K小麦SNP基因芯片、SLAF-seq和高通量转录组测序（BSR-seq）技术，对其抗条锈病基因YrK1007基因进行分子定位。主要结果如下：（1）55 K小麦SNP基因芯片分析将YrK1007初步定位于第一连锁群上标记AX-111575769和标记AX-109554178间遗传距离为2.3cM片段上，LOD值为2.56，解释了6.29％的表型变异。（2）BSR-seq分析结果将该基因定位于5St染色体的370Mb处，并得到一个与抗病基因相关联的KASP标记Chr5St- 892，其与YrK1007抗病基因的遗传距离为14.4cM。（3）利用EMS诱变获得391份感病植株M3代（ZY1007，抗病亲本），用于下一步MutRenSeq分析及群体构建（突变体与野生型杂交），进行YrK1007的快速定位与克隆分析。由于没有鹅观草（六倍体，StYH基因组）的参考基因组，因此对其抗病基因的定位与克隆存在较大难度。幸运的是BSR-seq分析结果将YrK1007基因定位于5St染色体组上，而本项目成员前期已通过全基因组测序获得了小麦族St基因组的参考基因组，为进一步精细定位分析YrK1007基因打下了良好的基础。下一步我们将利用160份F7高世代群体及200份F2验证群体[ZY14026（高感条锈病）× ZY007（高抗条锈病）]，开发与YrK1007抗病基因紧密连锁的分子标记，进行精细定位，为克隆该基因打下基础。