野生二粒小麦抗白粉病基因发掘、精细定位和图位克隆

小麦白粉病是影响小麦安全生产的重要病害，野生二粒小麦是小麦抗白粉病基因重要种质资源，发掘野生二粒小麦中的抗白粉病基因，并导入普通小麦品种中应用于育种实践，对培育抗白粉病小麦新品种有重要意义。本研究拟通过抗病性遗传分析和分子标记定位，从野生二粒小麦中发掘对我国白粉病菌优势小种具有良好抗性的抗白粉病基因。在初步分子标记定位抗白粉病基因的基础上，利用水稻和短柄草基因组序列，开展比较基因组学研究，利用小麦、短柄草和水稻基因组区段的共线性关系，开发小麦EST基础上的多态性标记，构建抗白粉病基因高密度遗传连锁图谱。利用大规模抗病性分离群体对抗白粉病基因进行精细遗传定位，并根据比较基因组学分析结果，进行染色体登陆，筛选小麦BAC基因组文库，通过染色体步移，构建抗白粉病基因物理图谱。经BAC序列分析，图位克隆抗白粉病基因候选基因，利用遗传转化和VIGS等手段验证抗白粉病基因功能。

由Blumeria graminis f.sp. tritici (Bgt)引起的小麦白粉病是严重影响小麦安全生产的重要病害，在全国各麦区均有发生，且在黄淮等小麦主产区呈日益严重的趋势，已经成为小麦生产上危害面积最大的病害。野生二粒小麦（Triticum dicoccoides）是硬粒小麦和普通栽培小麦的祖先种，蕴含丰富的白粉病抗性基因资源。发掘其抗白粉病基因，并对其抗性进行深入的遗传学分析、分子标记定位、精细定位、图位克隆和功能解析，对研究小麦白粉病抗性机理、解析寄主抗性基因与病原菌互作机制、揭示小麦抗白粉病基因遗传进化和开展小麦抗白粉病遗传改良和分子育种均具有重要意义。本研究对野生二粒小麦与普通小麦杂交和连续回交后代抗白粉病品系WE4、WE24、I216和I219进行了抗病性遗传分析和分子标记定位，分别明确了其中含有的Pm4 (2AL)、Pm36 (5BL)等位点抗白粉病基因。还对实验室前期发现的来源于野生二粒小麦抗白粉病基因MlIW170（定位于2BS）和具有广谱抗性的Ml3D232（定位于5BL）进行了精细定位和图位克隆研究，分别构建了硬粒小麦品系81086A／野生二粒小麦IW170和普通小麦品系薛早／野生二粒小麦与普通小麦回交后代品系3D232大规模F2:3分离群体，在对抗白粉病基因MlIW170和Ml3D232初步分子标记定位的基础上，通过对其所在染色体区段与水稻和短柄草直系同源基因组区域的比较基因组分析，开发了基于比较基因组分析的新EST分子标记，构建了高密度饱和遗传连锁图谱。根据精细遗传定位结果，筛选硬粒小麦品种 Langdon 和实验室构建的野生二粒小麦品系TZ-2 BAC 基因组文库, 进行染色体登陆和步移，构建了全长分别为880kb和551kb覆盖小麦抗白粉病基因MlIW170基因组区间和Ml3D232基因组区间的BAC物理图谱，将MlIW170和Ml3D232分别定位于0.16cM和0.035cM的遗传区间。通过BAC测序和序列注释分析，发现MlIW170位于富含抗病基因类似序列（RGA）的基因组区间，有大量的基因重复；通过候选基因预测，初步确定了抗白粉病基因Ml3D232的候选基因B1，通过构建互补载体和超表达载体，利用转基因技术，初步验证了B1基因具有抗白粉病的功能，为后续Ml3D232基因功能验证和广谱白粉病抗性机理研究奠定了基础。