小麦抗条锈病基因YrKK的精细定位和候选基因预测

Wheat stripe rust is an important wheat disease and can cause significant yield losses in China. During the last few years, stripe rust has become more serious in the major wheat production regions with changed climate. Fine mapping of wheat stripe rust resistance genes will provide effective genes for controlling stripe rust with genetic manipulation and establish a foundation for researching molecular mechanism of stripe rust resistance and obtaining durable resistance based on biotechnology. Results from previous research showed that a new stripe rust resistance gene YrKK was identified in wheat cultivar Kenya Kudu and mapped on chromosome 2BS. The two closest flanking SSR loci were Xgwm148 and Xwmc474 with genetic distances of 3.6 cM and 1.8 cM from YrKK, respectively. In the present study, high throughput SNP chips, transcriptome sequencing, comparative genomics and Exome Capture will be used for fine mapping and forecasting candidate gene of YrKK. The results will played an important roll in further cloning and using the gene in wheat breeding program.

小麦条锈病是影响我国小麦生产的重要病害之一，其分布广泛、危害性大，且近年来有逐渐加重之势。精细定位小麦抗条锈病基因可为通过基因操作控制我国小麦条锈病提供抗病基因，同时为研究小麦条锈病的抗病机理、利用生物技术手段获得小麦对条锈病的持久抗性奠定基础。前期研究结果表明小麦品种Kenya Kudu携带一个新的抗条锈病基因YrKK，位于2BS染色体，Xgwm148 和Xwmc474是位于YrKK两侧距离最近的SSR位点，分别为3.6和1.8cM。本研究拟利用630K的SNP芯片、转录组测序、比较基因组学技术以及外显子组捕捉技术对YRKK进行精细定位，并对YrKK的候选基因进行预测。本研究结果将为该基因的进一步克隆和利用奠定基础。

小麦条锈病和叶锈病是影响我国小麦生产的重要叶部病害，培育和利用抗病品种是防治该病害最安全有效的途径。明确我国小麦材料的抗病遗传基础及持久抗病品种的遗传机制，为通过抗病育种控制我国小麦锈病奠定理论基础，同时在我国和国外小麦中发掘和定位新的抗锈病基因可以丰富我国的抗病基因库，为通过基因操作控制小麦锈病提供抗源。前期研究结果表明小麦品种Kenya Kudu携带一个新的抗条锈病基因YrKK，位于2BS染色体，Xgwm148和Xwmc474是位于YrKK两侧距离最近的SSR位点，分别为3.6和1.8cM。本研究利用660K SNP芯片对Kenya Kudu/PBW343的重组自交系（RIL）进行了扫描，分析发现在2B染色体有约500个SNP标记表现多态性，但经同中国春小麦参考序列比对发现表现多态性的SNP标记位置与YrKK不同。利用55K SNP芯片对Kenya kudu/郑州 5389的F2:3群体进行扫描，结合2017年和2018年的最终严重程度（FDS，%）表型数据，使用IciMapping软件进行了连锁作图。结果表明，在3A、5D、6A、6B和7D染色体上的5个基因位点被确定，但在2B染色体上未发现基因位点。结果显示目前YrKK基因在中国可能已丧失抗病性，可能是由于环境变化，或是条锈菌种不同。设计了219个紧密连锁的SSR标记，其中9个标记在RIL中表现多态性，根据使用Map Manager QTX软件对被检测标记的基因图谱分析，gwm148和Hebau4位于YrKK的两端，遗传距离分别为2.9cM和2.8cM。本研究还利用147个中国小麦福豫3号/郑州5389的F2:6 RIL家系对该群体中的成株抗叶锈和条锈QTL进行了定位，利用小麦55K SNP芯片技术和SSR分子标记对RIL群体和亲本进行基因分型，结合田间抗性鉴定结果利用IciMapping软件采用复合区间作图法对该群体进行QTL定位，共检测到了11个抗条锈QTL和5个抗叶锈QTL。其中，位于1BL、2BS、3AL和5AL染色体上的4个QTL对叶锈和条锈均表现抗性。另外，开发了与QYr.hebau-7DL紧密连锁的SSR标记。定位的抗病基因及其连锁的分子标记能够用小麦抗锈育种。本项目在国内外核心期刊发表研究论文全文6篇，其中SCI收录4篇；核心期刊2篇。培养了博士生1名。