The Crop Journal | 劉志勇課題組發掘出小麥抗白粉病新基因Pm64

2020-10-07 小麥研究者

第五屆中國科協優秀科技論文遴選計劃入選論文

中國科學院遺傳與發育生物學研究所劉志勇研究員課題組與中國農業大學孫其信教授團隊合作在The Crop Journal第7卷第6期發表了題為 「Wheat powdery mildew resistance genePm64 derived from wild emmer (Triticum turgidum var.dicoccoides) is tightly linked in repulsion with stripe rust resistance geneYr5」 的論文，報導了從野生二粒小麥中發掘出的小麥抗白粉病新基因Pm64，建立了與其緊密連鎖的分子標記，並確定了其與抗條銹病基因Yr5的遺傳關係。研究結果不僅有助於圖位克隆該抗白粉病基因，更為通過遺傳重組創製Pm64與Yr5緊密連鎖的兼抗白粉病和條銹病新種質和兼抗小麥新品種培育提供了理論依據。

條銹病和白粉病是小麥重要的病害，在一個品種中聚合多個抗病基因可培育兼抗和多抗小麥品種。作者利用中國農業大學楊作民教授創製的野生二粒小麥與普通小麥雜交和連續回交後代導入系WE35與攜帶抗條銹病基因Yr5的品系S2199構建分離群體，同時對兩種病害抗性基因進行了研究。其中WE35品系苗期和成株期分別表現對小麥白粉病菌系E09中等和高度的抵抗，但對條鏽菌小種CYR32高感；而S2199對白粉病菌系E09高度感染，但對條鏽菌小種CYR32高抗（圖1）。

圖 1 小麥品系WE35和S2199 接種白粉病菌系E09和條銹病菌小種CYR32後15天的表型

作者首先通過遺傳分析證明WE35對白粉病的抗性受一個抗白粉病新基因Pm64控制，與抗條銹病基因Yr5呈互斥緊密連鎖，並通過分子標記將其定位於小麥2BL染色體Bin 2BL4-0.50–0.89區段。之後利用普通小麥中國春和野生二粒小麥Zavitan該基因組區段的序列信息進一步開發分子標記，將Pm64定位於分子標記WGGBH1364和WGGBH612之間0.55 cM的遺傳區間，對應於15 Mb的基因組區段，含有7個預測的NBS-LRR和21個Ser/Thr蛋白激酶編碼基因，為Pm64基因的精細定位和圖位克隆奠定了基礎。

研究發現抗白粉病基因Pm64與抗條銹病基因Yr5呈緊密互斥連鎖，在644個F2單株的分離群體中未檢測到Pm64與Yr5發生重組，這可能與該基因組區段基因密度偏低，重組交換率低有關；也可能是Pm64與Yr5物理距離非常近，二者在小的分離群體中難以檢測到重組；另外也可能是由於Pm64來自野生二粒小麥，Yr5來自斯卑爾脫小麥，在2BL的該基因組區段基因組序列差異較大，遺傳重組受到抑制有關。目前課題組已經通過增大分離群體，藉助分子標記輔助選擇篩選該基因組區域的重組個體，輔助以白粉病和條銹病菌人工接種苗期和田間成株期鑑定，創製出了Pm64與Yr5發生重組且呈緊密連鎖的兼抗白粉病和條銹病新種質（圖2）。

圖2 Pm64與Yr5基因緊密連鎖兼抗白粉病和條銹病新種質的抗性表現

該項研究工作得到了科技部十三五重點研發專項（2017YFD0101004）和中國科學院科技服務網絡計劃（STS）項目（KFJ-STS-ZDTP-024）支持。

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