蚂蚱麦抗麦长管蚜基因的初定位及兰麦抗蚜相关基因TtLOX的功能解析

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麦蚜是危害小麦生产的主要害虫之一,麦长管蚜(Sitobion avenae Fabricius)是我国北方麦区和黄淮麦区的优势麦蚜种群,严重影响小麦的产量和品质。但关于小麦麦长管蚜抗性基因和机理研究甚少,而抗蚜基因资源对于提高小麦品质和产量至关重要。为进一步研究小麦对麦长管蚜的抗性机制,本研究对抗蚜小麦品种蚂蚱麦(Mazhamai)和感蚜小麦品种西农1376(Xinong 1376)构建后代F2及F2:3遗传作图群体进行了麦长管蚜抗性鉴定,对蚂蚱麦的抗蚜基因进行了遗传分析,并基于SNP芯片技术及BSA分析方法确定了目标基因的候选区间;分离得到兰麦(陕西柞水)(Triticum turgidum,AABB)抗蚜相关基因Tt LOX,并对其进行了抗蚜功能验证。具体结果如下:遗传分析表明蚂蚱麦抗蚜基因的遗传方式为单基因控制的显性遗传,F2单株及F2:3株系的抗感比均符合1:2:1的卡方分布且均呈现出抗感双峰的质量性状信号;并对F2:3群体筛选极端抗感单株混池进行55K基因分型芯片检测,结果表明差异SNPs在6A、7A、2B和5A染色体上高度富集,且在6A染色体上分布最多,进一步对6A染色体上的差异SNP进一步富集,得到了几个候选区域。同源克隆得到脂氧合酶Tt LOX基因。该基因的开放阅读框为2787 bp,编码928个氨基酸残基,分子量105.45k DA。生物信息学分析表明该基因属于13-脂氧合酶(13-LOX)超家族成员,其蛋白序列与多种植物的脂氧合酶蛋白序列高度相似;亚细胞定位将该基因定位于细胞核和细胞膜上;表达分析表明该基因在抗蚜小麦兰麦中表达量高于感蚜小麦波兰305(Triticum turgidum);外施茉莉酸甲酯处理结果表明,该基因与小麦抗麦长管蚜相关,且参与茉莉酸合成途径,下游产物茉莉酸甲酯负调控该基因的表达;病毒诱导的基因沉默(virus induced gene silencing,VIGS)实验对该基因进行沉默,调查结果表明沉默该基因后植株抗蚜能力明显降低。蚂蚱麦抗麦长管蚜基因的遗传分析和55K芯片分型以及Tt LOX基因的成功克隆和抗蚜功能验证,为进一步分离小麦的抗蚜基因和选育抗蚜品种提供了新的遗传资源,对解析小麦抗麦长管蚜机制提供了新的途径和思路。
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