中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (1): 52-64.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.01.005
李子萌1(), 袁婵1(), 张宇庆2, 任妍3, 刘鹏鹏4, 严珊珊1, 袭梦涵1, 穆培源4, 兰彩霞1()
收稿日期:
2023-07-07
接受日期:
2023-09-05
出版日期:
2024-01-01
发布日期:
2024-01-10
通信作者:
联系方式:
李子萌,E-mail:18206462811@163.com。袁婵,E-mail:yuanchan9606@163.com。李子萌和袁婵为同等贡献作者。
基金资助:
LI ZiMeng1(), YUAN Chan1(), ZHANG YuQing2, REN Yan3, LIU PengPeng4, YAN ShanShan1, XI MengHan1, MU PeiYuan4, LAN CaiXia1()
Received:
2023-07-07
Accepted:
2023-09-05
Published:
2024-01-01
Online:
2024-01-10
摘要:
【目的】中国是世界上最重要的小麦生产国和消费国之一,确保小麦产量稳定对我国粮食安全具有重要意义。小麦白粉病是限制小麦产量的重要因素之一。选育抗病品种是控制该病害最经济、有效环保的途径,挖掘新成株抗性基因/位点为选育持久抗病小麦品种提供依据。【方法】由国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)培育的普通小麦品系Arableu#1在苗期对白粉病表现为感病,而成株期呈现高水平抗性。为深入解析其抗病遗传机制,利用Arableu#1与高感品系Apav#1杂交,构建一个含有142个家系的F5重组自交系群体,采用基因分型测序(genotyping-by-sequencing,GBS)平台测序,获得4 298个在亲本间具有多态性的分子标记,并进行群体检测,所获基因型用于构建整个群体的遗传连锁图。【结果】结合白粉病连续2年田间表型和基因型数据,使用IciMapping 4.1对田间病害严重度、病程曲线下面积(AUDPC)和病害多年平均严重度(MFDS)等性状进行QTL定位分析,在该群体中定位了4个来自Arableu#1的白粉病成株抗性位点,分别位于染色体1BL、5BL、6BS和7BL上,以及2个来自Apav#1的抗性位点,分别位于染色体2DS和4BL上,可解释白粉病表型变异介于3.1%—28.5%。6个位点聚合时的群体平均病害严重度达到各位点组合中的最低水平,QPm.hzau-1BL、QPm.hzau-4BL、QPm.hzau-5BL和QPm.hzau-7BL 4个位点聚合后的效应仅次于6个位点同时存在。【结论】将2个新位点QPm.hzau-5BL和QPm.hzau-7BL的两翼分子标记开发成KASP标记,经对570份世界各地育成品种或地方品种检测,2个位点单独存在或聚合在一起时均表现出不同程度的白粉病抗性,且这两个位点在我国小麦材料中的分布频率较CIMMYT的小麦种质中低。获得1个可能同时聚合6个白粉病抗性位点家系,其田间白粉病抗性可达近免疫水平。
李子萌, 袁婵, 张宇庆, 任妍, 刘鹏鹏, 严珊珊, 袭梦涵, 穆培源, 兰彩霞. 普通小麦Arableu#1白粉病成株抗性遗传解析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(1): 52-64.
LI ZiMeng, YUAN Chan, ZHANG YuQing, REN Yan, LIU PengPeng, YAN ShanShan, XI MengHan, MU PeiYuan, LAN CaiXia. Genetic Analysis of Adult Plant Resistance to Powdery Mildew in Common Wheat Arableu#1[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(1): 52-64.
表1
Arableu#1×Apav#1重组自交系群体抗白粉病成株抗性QTL检测"
数量性 状位点 QTL | 性状 Traits | 遗传位置 Genitic position (bp) | 左标记 Left marker | 右标记 Right marker | 物理位置 Physical position (bp) | 阈值 LOD | 表型变异 贡献率 PVE (%) | 加性效应 Adda |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
QPm.hzau- 1BL | PM2020HNAUb | 82 | 5411162|F|0-35:A>C | 1132278|F|0-20:C>T | 669241198-673742433 | 10.1189 | 17.0074 | 108.7386 |
PMMc | 82 | 5411162|F|0-35:A>C | 1132278|F|0-20:C>T | 669241198-673742433 | 16.3082 | 19.3908 | 5.3090 | |
PM2020HNad | 89 | 4005037 | 5324108|F|0-18:A>G | 669241098-669316590 | 14.0842 | 22.0558 | 10.5464 | |
PM2019HNb | 100 | 1112007 | 100041322|F|0-38:A>G | 674392512-675401897 | 20.6815 | 19.1550 | 10.0301 | |
PM2019HNa | 101 | 100041322|F|0-38:A>G | 100084210|F|0-16:A>G | 675401829-680220849 | 15.7207 | 22.9672 | 7.2837 | |
PM2019HNAU | 102 | 100041322|F|0-38:A>G | 100084210|F|0-16:A>G | 675401829-680220849 | 17.5926 | 18.2297 | 98.5048 | |
QPm.hzau- 5BL | PMM | 101 | 1091498|F|0-37:C>T | 1125898|F|0-46:T>C | 571213585-571321896 | 3.4217 | 12.6502 | 3.5605 |
PM2019HNa | 105 | 4990348 | 4992023|F|0-12:C>T | 564159095-565507647 | 4.1067 | 12.4673 | 4.9577 | |
PM2019HNb | 105 | 4990348 | 4992023|F|0-12:C>T | 564159095-565507647 | 4.0420 | 12.2839 | 6.5241 | |
PM2019HNAU | 105 | 4990348 | 4992023|F|0-12:C>T | 564159095-565507647 | 4.4736 | 13.5031 | 68.8906 | |
QPm.hzau- 6BS | PM2019HNAU | 181 | 1019642|F|0-23:A>G | 2275142 | 291067175-346802356 | 6.6477 | 5.582 | 54.3958 |
PM2019HNb | 185 | 3021981 | 3027047|F|0-12:T>C | 249498029-250762293 | 16.6672 | 14.599 | 9.4876 | |
PM2019HNa | 186 | 3027047|F|0-12:T>C | 3958061 | 249498029-271823336 | 5.3738 | 6.5224 | 3.9575 | |
QPm.hzau- 7BL | PM2019HNa | 447 | 3023211|F|0-16:G>T | 1048655 | 750120578 | 6.7070 | 7.042 | 4.1106 |
PM2019HNb | 447 | 3023211|F|0-16:G>T | 1048655 | 750120578 | 13.3810 | 19.306 | 9.4272 | |
PM2019HNAU | 447 | 3023211|F|0-16:G>T | 1048655 | 750120578 | 18.5323 | 13.6867 | 89.1064 | |
PM2020AU | 456 | 1110896 | 2277387 | 744194196-739539181 | 4.7959 | 6.5277 | 62.9146 | |
QPm.hzau- 2DS | PM2020HNa | 40 | 100077941|F|0-49:C>G | 1093454|F|0-34:G>A | 22163592-22160735 | 4.7886 | 7.7274 | -6.5343 |
PM2019HNb | 59 | 4910771|F|0-64:A>G | 1112583 | 22290086-391305793 | 4.4180 | 3.0742 | -4.6587 | |
QPm.hzau- 4BL | PM2019HNb | 88 | 4989722|F|0-15:T>C | 1231372 | 526935193-541900628 | 12.5201 | 9.9972 | -8.3699 |
PM2020HNb | 88 | 4989722|F|0-15:T>C | 1231372 | 526935193-541900628 | 9.9310 | 17.9438 | -8.3873 | |
PM2020HNAU | 88 | 4989722|F|0-15:T>C | 1231372 | 526935193-541900628 | 14.7970 | 28.5337 | -165.1792 | |
PMM | 88 | 4989722|F|0-15:T>C | 1231372 | 526935193-541900628 | 14.3437 | 17.1539 | -5.8169 |
表2
Arableu#1中成株抗白粉病位点效应以及多位点互作分析"
源 Source | 家系个数 No. of RILs | 平均病害严重度 MFDS | Ⅲ型SS Type Ⅲ SS | 均方 Mean square | F 值 F value | Pr>F |
---|---|---|---|---|---|---|
YEAR | 465.64513 | 465.64513 | 2.77 | 0.0972 | ||
None | 3 | 65.42 | ||||
QPm.hzau-2DS | 3 | 61.25 | 1666.98 | 1666.98 | 9.93 | 0.00 |
QPm.hzau-4BL | 2 | 60.35 | 13073.84 | 13073.84 | 77.87 | <.0001 |
QPm.hzau-7BL | 2 | 53.75 | 5313.59 | 5313.59 | 31.65 | <.0001 |
QPm.hzau-6BS | 4 | 48.23 | 5111.97 | 5111.97 | 30.45 | <.0001 |
QPm.hzau-5BL | 4 | 43.75 | 4592.06 | 4592.06 | 27.35 | <.0001 |
QPm.hzau-1BL | 5 | 43.50 | 11287.23 | 11287.23 | 67.23 | <.0001 |
QPm.hzau-1BL×QPm.hzau-2DS | 4 | 43.00 | 17860.56 | 5953.52 | 43.67 | <.0001 |
QPm.hzau-4BL×QPm.hzau-6BS | 1 | 38.75 | 29892.48 | 14946.24 | 77.27 | <.0001 |
QPm.hzau-1BL×QPm.hzau-2DS×QPm.hzau-5BL | 5 | 34.13 | 1062.37 | 531.18 | 3.91 | 0.02 |
QPm.hzau-1BL×QPm.hzau-5BL | 1 | 32.50 | 1195.99 | 1195.99 | 8.49 | 0.00 |
QPm.hzau-5BL×QPm.hzau-6BS×QPm.hzau-7BL | 2 | 31.88 | 1956.69 | 1956.69 | 10.12 | 0.00 |
QPm.hzau-5BL×QPm.hzau-7BL | 5 | 31.25 | 896.09 | 896.09 | 4.63 | 0.03 |
QPm.hzau-2DS×QPm.hzau-4BL×QPm.hzau-6BS | 1 | 25.94 | 1959.85 | 979.93 | 5.07 | 0.01 |
QPm.hzau-1BL×QPm.hzau-2DS×QPm.hzau-6BS | 12 | 23.34 | 962.25 | 481.13 | 3.54 | 0.03 |
QPm.hzau-1BL×QPm.hzau-4BL×QPm.hzau-6BS | 2 | 20.31 | 1992.52 | 996.26 | 7.34 | 0.00 |
QPm.hzau-1BL×QPm.hzau-2DS×QPm.hzau-4BL×QPm.hzau-6BS | 4 | 16.44 | 7944.25 | 1134.89 | 8.32 | <.0001 |
QPm.hzau-2DS×QPm.hzau-4BL×QPm.hzau-5BL×QPm.hzau-7BL | 2 | 14.38 | 2822.06 | 564.41 | 4.01 | 0.00 |
QPm.hzau-2DS×QPm.hzau-4BL×QPm.hzau-5BL | 2 | 14.06 | 19505.16 | 3901.03 | 27.70 | <.0001 |
QPm.hzau-2DS×QPm.hzau-4BL×QPm.hzau-5BL×QPm.hzau-6BS | 2 | 13.75 | 2019.21 | 403.84 | 2.87 | 0.01 |
QPm.hzau-1BL×QPm.hzau-2DS×QPm.hzau-4BL×QPm.hzau-7BL | 1 | 12.50 | 10420.55 | 1488.65 | 10.92 | <.0001 |
QPm.hzau-1BL×QPm.hzau-5BL×QPm.hzau-6BS×QPm.hzau-7BL | 2 | 12.50 | 10264.40 | 1283.05 | 9.11 | <.0001 |
QPm.hzau-1BL×QPm.hzau-2DS×QPm.hzau-4BL×QPm.hzau-5BL | 2 | 12.45 | 6065.47 | 866.50 | 6.36 | <.0001 |
QPm.hzau-1BL×QPm.hzau-2DS×QPm.hzau-4BL | 1 | 11.38 | 19394.83 | 4848.71 | 35.56 | <.0001 |
QPm.hzau-1BL×QPm.hzau-4BL×QPm.hzau-5BL×QPm.hzau-7BL | 1 | 7.50 | 839.91 | 419.96 | 3.09 | 0.05 |
QPm.hzau-1BL×QPm.hzau-2DS×QPm.hzau-4BL×QPm.hzau-5BL×QPm.hzau-6BS×QPm.hzau-7BL | 1 | 4.20 | 14531.45 | 1096.72 | 8.37 | <.0001 |
[1] |
doi: 10.1126/science.1183700 pmid: 20150489 |
[2] |
doi: 10.1111/ppa.1984.33.issue-3 |
[3] |
doi: 10.3389/fgene.2022.819844 |
[4] |
|
[5] |
doi: 10.1007/s00122-007-0518-0 |
[6] |
doi: 10.1094/Phyto-72-746 |
[7] |
doi: 10.1007/s00122-020-03681-2 |
[8] |
|
[9] |
doi: 10.1007/s00122-021-04019-2 |
[10] |
司冠, 赵智勇, 包海柱, 曹梦琳, 毕红园, 高军. 小麦抗白粉病种质资源现状及抗性基因研究进展. 宁夏农林科技, 2022, 63(6): 14-20.
|
|
|
[11] |
doi: 10.1007/s00122-019-03291-7 |
[12] |
李玮, 宋国琦, 张荣志, 李玉莲, 张淑娟, 高洁, 李根英. 小麦几个多效抗病基因的利用现状及展望. 麦类作物学报, 2018, 38(7): 791-797.
|
|
|
[13] |
doi: 10.1007/s00122-016-2827-7 pmid: 27858103 |
[14] |
|
[15] |
|
[16] |
doi: 10.1111/tpj.12319 pmid: 23998490 |
[17] |
|
[18] |
|
[19] |
doi: S0168-9452(17)30945-7 pmid: 29576064 |
[20] |
|
[21] |
|
[22] |
doi: 10.1094/Phyto-78-457 |
[23] |
INTERNATIONAL WHEAT GENOME SEQUENCING CONSORTIUM IWGSC. Shifting the limits in wheat research and breeding using a fully annotated reference genome. Science, 2018, 361(6403): eaar7191.
|
[24] |
|
[25] |
doi: 10.1007/s00122-008-0760-0 |
[26] |
doi: 10.1007/s00122-014-2430-8 |
[27] |
doi: 10.1111/pbr.2006.125.issue-6 |
[28] |
doi: 10.1007/s001220051149 |
[29] |
doi: 10.1016/S2095-3119(13)60297-X |
[30] |
doi: 10.1007/s11032-009-9358-8 |
[31] |
doi: 10.1007/s10681-011-0620-x |
[32] |
doi: 10.1139/g88-103 |
[33] |
doi: 10.1007/s00122-018-3058-x pmid: 29392374 |
[34] |
doi: 10.1007/BF00220862 |
[35] |
doi: 10.1007/BF00265353 pmid: 24232217 |
[36] |
doi: 10.1139/g99-141 |
[37] |
doi: 10.1007/s00122-014-2445-1 |
[38] |
doi: 10.1007/s10681-007-9494-3 |
[39] |
doi: 10.1007/s00122-008-0743-1 |
[40] |
|
[41] |
|
[1] | 王宇, 宋一凡, 张荣, 牟海萌, 孙丽芳, 付凯霞, 武紫君, 黄青青, 徐应明, 李鸽子, 王永华, 郭天财. 土壤施用钝化剂与复合微生物肥对冬小麦镉积累的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(1): 126-141. |
[2] | 周警卫, 叶博伟, 张朋飞, 张宇庆, 郝敏, 尹毓若, 袁婵, 李志康, 李顺达, 夏先春, 何中虎, 张宏军, 兰彩霞. 国内外153份小麦种质条锈病抗性鉴定与评价[J]. 中国农业科学, 2024, 57(1): 18-33. |
[3] | 刘志勇, 张怀志, 白斌, 李俊, 黄林, 徐智斌, 陈永兴, 刘旭, 曹廷杰, 李淼淼, 陆平, 吴秋红, 董玲丽, 韩玉林, 殷贵鸿, 胡卫国, 王西成, 赵虹, 闫素红, 杨兆生, 畅志坚, 王涛, 杨武云, 刘登才, 李洪杰, 杜久元. 中国小麦抗条锈病基因育种利用现状与策略[J]. 中国农业科学, 2024, 57(1): 34-51. |
[4] | 白斌, 张怀志, 杜久元, 张晓洋, 何瑞, 伍玲, 张哲, 张耀辉, 曹世勤, 刘志勇. 西北条锈菌源区冬小麦育种抗条锈病基因的利用现状与策略[J]. 中国农业科学, 2024, 57(1): 4-17. |
[5] | 覃凤, 汪小飞, 吴臻, 胡一波, 王小琴, 张家伟, 蔡铁. 集雨种植模式下种植密度与行距配置对小麦茎秆糖积累及倒伏性能的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(1): 65-79. |
[6] | 彭海霞, 卡得艳, 张天星, 周梦蝶, 吴林楠, 辛转霞, 赵惠贤, 马猛. 过量表达小麦TaCYP78A5增加花器官的大小[J]. 中国农业科学, 2023, 56(9): 1633-1645. |
[7] | 魏永康, 杨天聪, 臧少龙, 贺利, 段剑钊, 谢迎新, 王晨阳, 冯伟. 基于无人机多光谱影像特征融合的小麦倒伏监测[J]. 中国农业科学, 2023, 56(9): 1670-1685. |
[8] | 张旭, 韩金妤, 李晨晨, 张丹丹, 吴启蒙, 刘胜杰, 焦韩轩, 黄硕, 李春莲, 王长发, 曾庆东, 康振生, 韩德俊, 吴建辉. 结合基因关联和转录组分析鉴定小麦成株期抗条锈病位点YrZ501-2BL的候选基因[J]. 中国农业科学, 2023, 56(8): 1429-1443. |
[9] | 韩紫璇, 房静静, 武雪萍, 姜宇, 宋霄君, 刘晓彤. 长期秸秆配施化肥下土壤团聚体碳氮分布、微生物量与小麦产量的协同效应[J]. 中国农业科学, 2023, 56(8): 1503-1514. |
[10] | 马胜兰, 况福虹, 林洪羽, 崔俊芳, 唐家良, 朱波, 蒲全波. 秸秆还田量对川中丘陵冬小麦-夏玉米轮作体系土壤物理特性的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(7): 1344-1358. |
[11] | 南瑞, 杨玉存, 石芳慧, 张礼宁, 米彤茜, 张立强, 李春艳, 孙风丽, 奚亚军, 张超. 小麦源库优异种质的鉴定与源库类型的划分[J]. 中国农业科学, 2023, 56(6): 1019-1034. |
[12] | 常春义, 曹元, Ghulam Mustafa, 刘红艳, 张羽, 汤亮, 刘兵, 朱艳, 姚霞, 曹卫星, 刘蕾蕾. 白粉病对小麦光合特性的影响及病害严重度的定量模拟[J]. 中国农业科学, 2023, 56(6): 1061-1073. |
[13] | 王箫璇, 张敏, 张鑫尧, 魏鹏, 柴如山, 张朝春, 张亮亮, 罗来超, 郜红建. 不同磷肥对砂姜黑土和红壤磷库转化及冬小麦磷素吸收利用的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(6): 1113-1126. |
[14] | 王脉, 董清峰, 高珅奥, 刘德政, 卢山, 乔朋放, 陈亮, 胡银岗. 小麦苗期根系性状的全基因组关联分析与优异位点挖掘[J]. 中国农业科学, 2023, 56(5): 801-820. |
[15] | 周文期, 张贺通, 何海军, 龚佃明, 杨彦忠, 刘忠祥, 李永生, 王晓娟, 连晓荣, 周玉乾, 邱法展. 调控玉米株高和穗位高候选基因Zmdle1的定位[J]. 中国农业科学, 2023, 56(5): 821-837. |
|