小麦生产不断受到许多病害的挑战,其中由小麦条锈病(Pst)引起的条锈病是最重要的病害之一。防治条锈病最经济、最环保的策略是培育抗病品种。2023年3月在Theoretical and Applied Genetics发表了一篇“High density mapping of wheat stripe rust resistance gene QYrXN3517‑1BL using QTL mapping, BSE‑Seq and candidate gene analysis”的文献,主要讲述了XINONG-3517 (XN3517)对条锈病高抗。为了解其抗条锈病遗传结构,对AvS (AvS)×XN3517 F6 RIL种群在5种田间环境下的条锈病严重程度进行了评价。利用GenoBaits Wheat 16k 芯片对亲本和RIL进行基因分型。在染色体臂1BL、2AL、2BL和6BS上检测到来自XN3517的4个稳定QTL,分别命名为QYrXN3517-1BL、QYrXN35172AL、QYrXN3517-2BL和。基于小麦660k阵列和BSE-Seq,1BL染色体上最有效的QTL很可能与已知的成株期植物抗性基因Yr29不同,并被定位到一个1.7cM的区域。QYrXN3517-6BS鉴定为Yr78, QYrXN35172AL可能与QYr.caas-2AL或QYrqin.nwafu-2AL相同。研究结果如下:
1.表型结果
AvS (AvS)×XN3517 F6 RIL的IT和最大疾病严重程度(MDS)数据均呈正态分布(图1)表明XN3517的抗性是定量遗传的,IT和DS两两比较的相关系数分别为0.68 ~ 0.89和0.72 ~ 0.90 (P < 0.001)。IT和DS的广义遗传度均为0.94,重复间缺乏显著差异表明,抗性是表型变异的主要来源。
2.QTL分析
利用5个大田环境的IT和DS数据进行QTL分析,4个稳定的QTL分别位于1BL、2AL、2BL和6BS染色体臂上,分别命名为QYrXN3517-1BL、QYrXN3517-2AL、QYrXN3517-2BL和QYrXN3517-6BS。同时也利用BSE-Seq数据中的△snp - index,我们检测到与ICIM方法相同的目标区域(图2)。所有QTL均来自XN3517。
3.QTL组合
在田间试验的基础上,将QTL分为12个基因型组,研究了单个QTL和QTL组合的效应。同时具有QYrXN3517-1BL、QYrXN3517-2AL、QYrXN3517-2BL和QYrXN3517-6BS四个QTL的RIL比其他所有对XN3517抗性水平几乎相同的组更具抗性。
QYrXN3517-1BL在16 K -2430 (668,939,708 bp)和16 K -2443 (680,192,269 bp)标记之间,通过16k芯片进行基因分型,最初定位于10.8 cM,基于BSE-Seq和660 K阵列数据,利用9个新的AQP显著标记进行精细定位,同时添加了之前鉴定的标记csLV46G22 (Yr29)和ucw.k31 (QYr.ucw-1BL)的遗传图谱。QYrXN3517-1BL和QYr.ucw-1BL和Yr29分别出现在不同的遗传区域和物理区域。最后是QYrXN3517-1BL,两侧是最近的标记AX-89744149和nwafu.a5位于1.7 cM的遗传区间,利用nwafu.a5对760个小麦品种进行分型,有57个抗性较高的小麦品种/育种品系携带相同的nwafu.a5等位基因。其中包括陕西品种西农1376 (XN3517的亲本之一)、小燕81、西农889和西农223。
4.QYrXN3517-1BL候选区域的注释基因和表达分析
标记AX89744149和nwafu.a5之间的336 kb候选区域。包括12个高置信度(HC)注释基因。这12个基因产生的蛋白包括1个核苷酸结合蛋白(NB)和富亮氨酸重复(LRR)蛋白、1个gdsl样脂肪酶/酰基水解酶超家族蛋白、4个脂质转移蛋白、2个多元醇转运蛋白、1个TFIIIC的B-block结合亚基、1个试剂和溴相邻同源(BAH)结构域蛋白、1个pfkb样碳水化合物激酶家族蛋白和1个心磷脂合成酶B。