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玉米茎腐病是一种严重的危害玉米生产的土传性病害,在世界各地玉米产区普遍发生。玉米茎腐病的病原菌比较复杂,我国以腐霉菌和镰刀菌为主。本实验用禾谷镰刀菌 (Fusariumgraminearum Schwade) 对亲本1145(抗病)和Y331(感病)及其分离后代群体(BC<,1>、BC<,2>、BC<,3>、F<,2>和DH系)进行连续三年的人工接种,采用分级方法测定抗性,结合多态性SSR标记对抗病基因进行QTL定位,在主效抗病QTL区域进一步发展标记对其进行精细定位,在不同的回交世代分析主效QTL的抗性效应,具体研究结果如下:
1.从630对SSR分子标记中筛选出扩增效果良好且亲本间表现多态性的SSR标记118对,对由47个高抗和47个高感BC<,1:2>家系植株组成的极端定位群体进行基因型鉴定。除了umc1800(位于第5条染色体)和umc1257(位于第7条染色体)外,其余的116个SSR分子标记能够被整合到遗传图谱中,最终构建的遗传连锁图总遗传距离为1633cM,分子标记平均遗传距离为14cM。
2.利用QTL CartographerV2.0软件和复合区间作图法对抗茎腐病基因进行QTL定位和分析。模拟运算1000次,当LOD>3.1时,全基因组扫描共检测到2个QTL,分别位于第1和第10染色体上,均表现为加性效应且增效基因均来自1145。其中位于第10条染色体上的QTL位点qSRR-1在SSR分子标记umc2349-umc1115之间,LOD值达到13.1,可以解释的表型变异为36.3%,是一主效QTL;位于第1条染色体上的QTL位点qSRR-2在SSR分子标记mmc0041-umc1774之间,LOD值达到3.8,可以解释表型变异的8.9%。
3.通过对BC<,2>、BE<,3>、F<,2>和DH系的进一步鉴定,发现当主效QTL区域的染色体片段都来自1145(基因型:qSRR-1//qSRR-1)或杂合 (基因型:qSRR-1//qSRr-1)时,抗病率都在70%以上;相反,当主效QTL区域基因型与Y331完全一致(基因型:qSRr-1//qSRr-1)时,抗病率小于30%,说明抗茎腐病主效OTL—qSRR-1的效应能稳定遗传。
4.通过网络资源搜索了qSRR-1区域内的所有序列信息(包括BAC末端、EST和IDP标记)。通过设计引物、亲本PCR扩增、序列多态性分析等,共发展了5个标记,分别是AI857162SR、AI861111SR、AI8571626SR、CB351276SR和AF0433464SR。加上现有的6个SSR标记,在qSRR-1区域内共有11个分子标记,这些标记可用来对主效QTL精细定位。
5.用qSRR-1区域内的11个分子标记筛选BC<,3>代群体,发现13种重组类型,共计25个重组单株。每个重组单株继续回交获得BC<,4>家系种子,将BC<,4>的种子分成两部分,一部分自交形成BC<,4>F<,2>群体用于进一步抗性鉴定;一部分将利用标记辅助选择发展BC<,5>代群体。通过对BC<,4>代每个个体的基因型和抗病性鉴定可以准确定位主效抗病QTL—qSRR-1,从而为主效抗病基因的克隆打下坚实的基础。