一作解读|TAG:两个小麦抗黑森瘿蚊(Hessianfly)新基因H35和H36的定位

小麦研究联盟推荐搜索

小麦黑森瘿蚊
GBS
分子标记
柏贵华
小麦黑森瘿蚊Mayetiola destructor(Say)属双翅目,瘿蚊科。原产于西亚新月地带,后随其寄主茎秆传播至世界其他地区。现主要分布于欧洲,西亚,北美和南非等小麦种植区,在我国新疆地区也有发现。黑森瘿蚊会导致小麦叶鞘和叶片生长异常,植株生长受阻,最终导致植株死亡,从而严重影响小麦的产量。目前,黑森瘿蚊已成为美国小麦生产上最严重的害虫之一。
美国硬红冬小麦品系SD06165对黑森瘿蚊具有高效、稳定的抗性。为了定位SD06165携带的抗虫基因,将其与不抗虫品种OK05312进行杂交,通过单粒传法得到群体大小为154个株系的F5:6重组自交系群体(RIL)。利用GBS(Genotyping-by-sequencing)技术对该RIL群体进行基因分型,结合两季表型数据进行抗虫QTL定位。
表型鉴定于2018年春季和秋季在堪萨斯州立大学温室中进行。通过统计每个家系的抗虫植株数目和植株总数,计算各家系的抗虫植株比例作为表型数据进行QTL定位。两季鉴定结果显示,抗虫亲本SD06165对小麦黑森瘿蚊表现出73.7%和78.5%的部分抗性;不抗虫亲本OK05312则对黑森瘿蚊表现完全感染(Fig. 1)。在RIL群体中有超过64.3%植株对黑森瘿蚊表现出高感(<10%抗性)。统计结果显示,该定位群体抗性由多个基因控制。
Fig. 1 Frequency distribution of the percentage of Hessian fly resistant lines in the population of SD06165/OK05312 evaluated in 2018 spring (Rep. I) and fall (Rep. II) and the mean over the two experiments.
GBS分析共检测到10,045个SNP位点,筛选其中1709个缺失率小于20%的SNP位点构建遗传连锁图谱。最终得到一张由44个连锁群组成、含有1671个SNP位点、覆盖小麦21条染色体的遗传连锁图。利用该遗传图谱检测到两个QTL位点,分别位于3B和7A染色体。
为了弥补GBS缺失数据并校对GBS基因型结果,分别将两个QTL附近的SNP转化成KASP标记。最后,3BS染色体上的17个SNP位点和7AS染色体上的8个SNP位点成功转化成KASP标记。25个KASP标记替换对应的GBS-SNP后重新构建遗传图谱并进行QTL定位。定位结果显示,3BS染色体QTL被定位在GBS-SNP SDOK-M6771和KASP-SNP SDOKSNP2371之间,区间大小为3.0 cM,可以解释23.82-36.00%的表型变异(Fig. 2,Table 1)。根据中国春参考基因组序列(IWGSC 2018),该QTL位于3B染色体664,035 -4,310,482 bp的物理区间。该区间包含100个高可信度参考基因,其中11个基因可能与抗虫能力相关。7AS染色体QTL被定位在一个11.1 cM的区间之内,侧翼标记为KASP-SNP SDOKSNP8760和GBS-SNP SDOK-M5043,可以解释8.50-13.07%的表型变异。通过比较前人报道结果,3BS和7AS染色体上没有抗黑森瘿蚊的基因被定位和报道。因此,我们将3BS染色体QTL命名为H35,7AS染色体QTL命名为H36
Fig. 2 Linkage groups corresponding tochromosome arms 3BS and 7AS that carry the two QTLs for Hessian fly resistance.
Table 1 Chromosome locations, flanking markers, Log of odd (LOD) value, phenotypic variation explained (PVE) and additive effect (Add) of the wheat Hessian fly resistance QTLs mapped in SD06165/OK05312 RIL population.
利用与两个QTL紧密连锁的分子标记SDOKSNP7679和SDOKSNP1618的基因型数据,可以将RIL群体分成四种不同的基因型(aabb,aaBB,AAbb和AABB)。其中‘A’和‘B’分别代表H35H36的抗性等位基因。在156个株系的RIL群体中,有36个RIL家系为aabb基因型,其抗性为1.11-5.97%;有38个RIL家系为aaBB基因型,其抗性为1.45-13.16%;有40个RIL家系为AAbb基因型,其抗性为26.38-29.63%;有40个RIL家系为AABB基因型,其抗性为57.50-68.50%(Fig. 3)。上述结果表明,仅携带H36抗性等位基因的株系,对黑森瘿蚊抗性很低;仅携带H35抗性等位基因的株系对黑森瘿蚊的抗性较高;而同时携带两个抗性等位基因的株系,其抗虫性显著高于H35H36的抗性之和。由此可见,H35H36的抗虫效应并非简单相加,而是存在基因间互作现象。
Fig. 3 Comparison of the mean Hessian fly resistance ratings (%) of different resistance gene combinations in the recombinant inbred population evaluated in two experiments.
该研究从小麦品系SD06165中定位了两个新的抗虫基因H35H36,不仅丰富了抗虫基因资源,而且紧密连锁的KASP标记可以在小麦育种工作中有效检测这两个抗虫基因,加速这两个基因在育种过程中的应用以及与其它抗性基因的聚合。
2020年5月20日,这一研究成果在线发表在Theoretical and Applied Genetics上(https://doi.org/10.1007/s00122-020-03602-3),论文题目为“Identification of two novel Hessian fly resistance genes H35 and H36 in a hard winter wheatline SD06165”。论文第一作者是赵兰飞博士,美国堪萨斯州立大学柏贵华教授是该论文的通讯作者。论文其他主要参与者还包括美国堪萨斯州立大学的Nader Ragab Abdelsalam博士、许云峰博士、陈明顺教授,西北农林科技大学冯毅博士和山东农业大学孔令让教授。
(0)

相关推荐