小麦农家种成株期条锈病抗性QTL定位及其育种效应解析

条锈病是世界范围内严重影响小麦产量的重要病害。遗传和育种利用效应不清,加之不良性状连锁累赘是限制绝大多数已发掘小麦条锈病抗性基因在育种及生产中难以广泛应用的关键。前期研究发现,小麦农家种红芒麦子对我国当前小麦生产上流行的主要条锈菌生理小种及致病类群具有稳定的成株期抗性。本研究通过构建Avocet S×红芒麦子F1及F2和F2:3家系,利用分离群体分组分析法(bulked segregation analysis, BSA)并结合小麦55K SNP芯片及外显子测序技术,在7A和7D染色体上鉴定到2个来自红芒麦子的成株期条锈病抗性主效QTL(QYr.HM-7AL和QYr.HM-7DS),分别解释了11.64%~15.25%和24.33%~40.58%的表型变异。标记连锁分析、遗传和物理图谱综合分析发现,QYr.HM-7DS与已知成株期条锈病抗性基因Yr18呈高度共线性,表明该位点抗性效应来源于Yr18;而QYr.HM-7AL是一个控制小麦成株期条锈病抗性潜在新位点,并进一步开发了可用于跟踪选择该位点的KASP(kompetitive allele-specific PCR,竞争性等位基因特异性PCR)分子标记。利用绵麦1618×红芒麦子BC_1F_2遗传改良群体对来自红芒麦子成株期条锈病抗性主效QTL遗传效应及其与产量相关性状协同改良效应进行解析。结果发现,在绵麦1618遗传背景下,Yr18和QYr.HM-7AL的转育或聚合可显著降低条锈病危害,且对小麦穗长和分蘖数呈正向效应。上述研究结果表明,在小麦产量育种中可利用农家种红芒麦子进行成株期条锈病遗传改良。

利用集群分离分析结合高密度芯片快速定位小麦成株期抗条锈病基因YrC271

由国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)培育的春小麦高代选系C271对小麦条锈病保持抗性近40年。为明确C271的抗条锈病遗传组分,利用感病品种晋麦79与C271杂交构建含有229个F_(2:3)家系的遗传群体,并于2019年在陕西杨凌和四川江油进行成株期病害调查。运用集群分离分析(BSA)结合高密度660K芯片策略在3B染色体短臂上快速挖掘出大量的与抗病关联的SNP,利用等位基因特异的定量PCR标记(AQP)进行验证并作图,成功检测到一个效应值较大的QTL,可解释表型变异为22.7%~30.8%,暂命名为YrC271,位于标记AX-109001377和AX-111087256之间,约1.9 cM,对应的物理距离1.9 Mb。利用已公布的小麦基因组信息对该区间进行比较基因组分析,结果表明,与中国春基因组相比,不同材料间存在小片段的插入以及倒位现象,但总体共线性良好。同时利用1484份小麦660K分型数据对该区间进行单倍型分析,总体可分为5种区间单倍型,其中C271所在的单倍型组的抗性优于其他组。虽然C271不含有Yr30和Yr58连锁标记的阳性片段,但从相对遗传位置、条锈病抗性表现以及育种系谱看,YrC271与Yr30和Yr58都很类似,其关系需要进一步确认。对主效QTL定位来讲,芯片结合BSA策略可快速锁定目标QTL区域,再应用AQP技术既提高了作图效率,也降低了标记分析的成本,为高通量基因/QTL定位工作提供了借鉴。