北京大学现代农业研究院陈时盛团队精细定位小麦抗秆锈病基因Sr8155B1并分析候选基因

近日,北京大学现代农业研究院陈时盛团队在The Crop Journal在线发表了题为“High-resolution genetic mapping and identification of candidate genes for the wheat stem rust resistance gene Sr8155B1”的研究论文,精细定位了来源于四倍体硬粒小麦(T. durum)的抗秆锈病基因Sr8155B1并且分析了潜在的候选基因。该研究为拓宽了秆锈病抗性基因的多样性,为小麦抗病育种提供了新抗源。


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小麦秆锈病是一种严重的小麦真菌病害,威胁全球小麦的安全生产。近年来,在世界多个小麦主产区内出现了强毒性秆锈菌生理小种:Ug99及其变种,以及多个非Ug99类型的强毒性小种。这些毒性小种造成了秆锈病的爆发流行,在非洲、欧洲、中亚地区造成了非常严重的小麦产量损失。面对秆锈病的危害,培育抗病小麦品种是控制该病害最经济、有效、环保的策略。

本研究首先进行了抗谱分析,证明了抗病基因Sr8155B1对我国6个秆锈菌毒性小种都表现出近免疫抗性(图1A)。利用硬粒小麦品系8155-B1与感病材料Rusty构建分离群体,在2530个单株的F2分离群体中,通过连锁遗传分析成功将Sr8155B1定位在一个0.06 cM的染色体区域内,在已测序的硬粒小麦Svevo参考基因组中对应的物理区间是1.57 Mb(图1B)。

Svevo参考基因组在候选区间内存在32个高可信注释基因,通过差异表达分析和抗感亲本间多态性比较,推测3个CC-NBS-LRR基因和3个受体蛋白激酶可能为潜在的Sr8155B1候选基因(图2A)。qRT-PCR实验也验证了候选基因确实存在显著的差异表达。


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为了探索本研究开发的分子标记在育种中潜在应用价值,利用Sr8155B1的两对侧翼标记和两对共分离标记对78份栽培四倍体小麦(T. dicoccon)进行检测,结合这些材料的抗病表型分析,推测其中5份T. dicoccon 材料(CItr 14916, PI 197486, PI 197492, PI 197493, PI 387683)可能携带Sr8155B1抗性单倍型。为了进一步确认这5份材料是否携带Sr8155B1,分别将这5份T. dicoccon材料与感病亲本Rusty构建F2分离群体,群体表型分析和基因型鉴定,发现其中三份CItr 14916、PI 197492、PI 197493符合单基因控制,且与Sr8155B1侧翼标记共分离,推测它们含有Sr8155B1(图2B)。

此外,由于Sr8155B1定位区间内存在已知基因Sr8,利用6个我国秆锈菌小种对抗病亲本8155-B1和单基因系ISr8a-R进行抗谱分析,发现ISr8a-Ra都表现出感病,而8155-B1都表现出近免疫抗性,推测Sr8155B1Sr8为不同基因或不同等位基因

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北京大学现代农业研究院陈时盛研究员和美国明尼苏达大学Matthew N. Rouse教授为本文的共同通讯作者;北京大学现代农业研究院王建李洪雨沈涛为论文共同第一作者。该研究得到国家重点研发计划项目青年科学家项目(2022YFD1201300),山东省重点项目(ZR202211070163)等相关经费的资助。