论文题目：大麦5H短臂成株叶锈病抗性分子标记研究
研究生姓名：刘凤楼
专业名称：作物遗传育种学
研究方向：分子育种
研究生类别：博士生
指导教师：王辉教授 李承道 研究员
答辩时间：2010年5月26日下午4:30
答辩地点：永利集团会议室
主席：张改生教授 作物遗传育种
委员：
吉万全教授 作物遗传育种学
陈耀锋教授 作物遗传育种学
赵慧贤教授 生物化学与分子生物学
王保通教授 植物病理学
摘要：
论文以澳大利亚大麦成株叶锈病抗性品种Pompadour 和WI3407为材料，利用比较基因组学及电子克隆的方法，研究大麦5HS成株叶锈病抗性基因区域与水稻，小麦及二穗短柄草基因组的共线性关系，构建该基因的高密度图谱及一致性图谱，开发利用新的分子标记进行抗性材料的后代筛选，为该抗性基因的分子克隆奠定基础，为分子辅助选育大麦成株叶锈病抗性品种提供理论依据。
主要研究内容及结果如下：
1．大麦5HS Bin1，Bin2区域与小麦EST数据库比对结果显示该区域在小麦基因组中的共线性区域分布在小麦第五染色体群5AS, 5BS 5DS。推断5HS Bin1，Bin2在小麦基因组中的共线性区域可能位于5AS3-0.75-0.98，5BS6-0.81-1.00 和5DS2-0.78-1.00区段。与二穗短柄草基因组比对结果显示，该基因组中存在大麦5HS Bin1，Bin2的共线性区域并确定该区域位于二穗短柄草第四染色体Bd4。推断Bd4:725573…779015可能是大麦5HS Bin2对应的共线性区段。
2．利用Pompadour×Stirling杂交产生的292 DH群体，运用防卫基因同源物（DGH）策略，结合测序及SSCP分析精细定位Pompadour 5HS成株叶锈病抗性基因。在本研究分析的115对引物中共有17个标记定位到Pompadour成株叶锈病抗性基因区域，涵盖了36.3 cM的染色体区段，平均每两个标记间的遗传距离为2.1 cM。定位在这一区段的标记中包含8个SNP标记,4个插入缺失标记，4个显性标记和1个SSR标记。定位的4个防卫基因同源物（DGH）标记BM134523，BE490728，BE498794及BE403373均源自小麦第五染色体群5AS3-0.75-0.98区段，其中BE490728是一个多拷贝EST。Pompadour 5HS成株叶锈病抗性基因（LR-APR）解释82%的表型变异，定位在距离端粒约17cM处，显性基因EBmag0833 和bPb-0837 为旁侧标记，分别定位在距离LR-APR1.3cM和0.7cM处。另外5个标记：MWG835，bPb-2872，Mact426，GBS0412 和K08520也分别定位到了距离成株叶锈病抗性基因5cM以内的区域。
3．将本研究中5HS新定位的4个小麦DGH（BM134523，BE490728，BE498794，BE403373）及大麦标记bPb-2872，Mact426，K08520，K02762重新整合到2009年最新的大麦Integrated-5H图谱中构建新的5HS Bin1，Bin2，Bin3整合图谱。运用该整合图谱，比较分析Pompadour 5HS成株叶锈病抗性基因与该区域已定位的成株叶锈病抗性基因Rphq4（Vada），初步推断定位在5HS的Vada与Pompadour中的成株叶锈病抗性基因是两个不同的基因。
4．利用WI3407×Baudin 杂交产生的164 DH群体和本研究中分析的115对引物对WI3407的成株叶锈病抗性基因进行探索分析。表型鉴定结果表明，该群体中含有一个控制成株叶锈病抗性的主效基因。标记初步定位分析显示，10个标记在该群体中有多态性；WI3407的成株叶锈病抗性基因位于5HSMWG502和Mact426标记间，距离最近的标记Mact426 3.7cM，解释97%的表型变异，加性效应为38.9。回归分析表明Mact426 能够解释88%的表型变异（P<0.0001）。初步确定WI3407中成株叶锈病抗性基因位于Bin2 区域。
5．以WABAR2482×Pompadour杂交的457个F2后代为材料，根据F2代表型鉴定结果，初步验证Pompadour 5HS成株叶锈病抗性基因的遗传方式。结果显示，457株F2分离群体抗感分明，其中328株被归类为抗病植株，129株为感病植株，卡方检验符合3:1的分离比例。推断Pompadour中新发现的5HS成株叶锈病抗性基因为主效显性基因。为发掘现有标记中能够应用于Pompadour F2后代初步检测分析的分子标记，展开了标记与F2后代叶锈病抗性的相关分析。结果表明：在所筛选的标记中，仅有共显性EST-SNP标记K08520对WABAR2482×Pompadour杂交的F2代材料有效。该标记共检测出了109株抗性亲本纯合体；115株感病亲本纯合体；233株杂合子。利用F2代表型分离结果对标记K08520进行验证分析发现，该标记与Pompadour 5HS成株叶锈病抗性高度相关（r="0.82）。结果表明共显性EST-SNP标记K08520" 可以运用于Pompadour 5HS成株叶锈病抗性基因后代杂合体及纯合体的筛选，能够应用于田间抗病材料的初步筛选。此外，本研究发展了2000株WABAR2482×Pompadour杂交的F3 代为构建Pompadour 5HS LR-APR基因的重组自交系、图位克隆该基因奠定基础。
6．结合来源不同的叶锈病抗性材料Vada，Pompadour及WI3407成株叶锈病抗性基因及DGH定位分析结果，推测5HS Bin1，Bin2，Bin3可能是一个抗性基因和DGH的富集区域。
