發(fā)布時間：2020-08-01 09:32

【摘要】：玉米(Zea mays L.)是我國種植面積最大、總產(chǎn)量最高的農(nóng)作物。玉米南方銹病是由多堆柄銹菌(Puccinia polysora Underw.)引起的世界性氣流傳播病害,其發(fā)生與氣候條件緊密相關,尤其與臺風的活動路徑關系較為密切,具有一定的突發(fā)性和爆發(fā)性,在生產(chǎn)實踐中很難進行有效防控。種植和利用抗病品種是控制南方銹病最安全、經(jīng)濟有效的措施,但目前生產(chǎn)上絕大數(shù)的主栽品種感南方銹病,因此選育抗性品種或?qū)ΜF(xiàn)有優(yōu)良品種進行抗性改良,是玉米育種的一個重要目標。優(yōu)異的抗性種質(zhì)資源是進行抗病育種的重要物質(zhì)基礎。為避免抗源單一而造成未來抗性喪失的風險,需篩選不同背景來源且具有穩(wěn)定抗性的優(yōu)異種質(zhì)資源,并進行抗病基因挖掘與定位。本課題主要研究結(jié)果如下:第一,抗南方銹病種質(zhì)資源的篩選。2013~2015年間,在廣西南寧和北京昌平對903份玉米種質(zhì)資源進行了抗南方銹病的鑒定與評價,并利用SSR標記對篩選出的部分具有穩(wěn)定抗性的材料進行了遺傳多樣性分析。結(jié)果表明,在903份種質(zhì)中,8份自交系在廣西南寧和北京昌平均對南方銹病表現(xiàn)高抗(HR),占總鑒定種質(zhì)的0.88%;29份材料表現(xiàn)為抗病(R),占比3.2%,包括27份自交系和2份農(nóng)家種;中抗種質(zhì)(MR)100份,占比11.1%;感病(S)和高感(HS)種質(zhì)分別為181和585份,占鑒定材料的20.0%和64.8%。由此可見,玉米資源中高抗南方銹病的種質(zhì)較為匱乏,在不同地點均表現(xiàn)高抗的材料是難得的抗源。不同地理來源的玉米種質(zhì)對南方銹病的抗性水平存在較大差異,其中抗性資源較為豐富的是源自內(nèi)蒙古和山西的種質(zhì)。第二,南方銹病抗性種質(zhì)進行遺傳多樣性分析。42對多態(tài)性SSR引物在50份抗銹病材料中,共擴增出141條帶,多態(tài)性條帶139個,多態(tài)位點百分率(PPB)為98.58%。平均等位基因數(shù)(Na)1.98,平均有效等位基因數(shù)(Ne)1.59,平均Nei's基因多樣性(H)0.34,平均多態(tài)性信息含量(PIC)0.78,平均Shannon's信息指數(shù)(I)0.51;通過UPGMA聚類分析,50份抗病材料被劃分到2大類群中,其中第1類群包含5個亞群,表現(xiàn)出較高的遺傳多樣性,為抗病育種中抗源的選擇和利用提供參考信息。第三,玉米抗南方銹病QTL定位。以感病自交系黃早四為母本,抗病自交系W456為父本,構(gòu)建F_2群體。采用人工接種鑒定的方法對兩個親本、F_1、F_2群體及對照品種進行表型鑒定和遺傳分析,推斷W456對南方銹病的抗性是由隱性基因控制。利用218個SSR標記,分析240個F_2單株的基因型,構(gòu)建含有200個SSR位點的遺傳連鎖圖,形成10個連鎖群,連鎖圖總長度3331cM,標記間平均距離16.6cM。使用QTL IciMapping V4.1軟件中的完備區(qū)間作圖法對玉米南方銹病抗病QTL進行分析。結(jié)果檢測到6個控制南方銹病的QTL位點:qSCR3、qSCR7、qSCR8-1、qSCR8-2、qSCR9和qSCR10,分別位于3、7、8、9和10號染色體上,其中8號染色體上有兩個位點,鄰近標記分別為umc2105和umc1729、umc1066和bnlg2271、umc1904和umc1984、umc1984和bnlg1651、umc1957和bnlg1401、umc2034和umc1291,標記區(qū)間在5~19 cM之間。單個QTL的表型貢獻率在2.61%~24.19%之間,共可以解釋表型變異的62.3%,其中3個QTL貢獻率大于10%,位于10號染色體上的QTL貢獻率最大,可解釋表型變異的24.19%,并將其定位區(qū)間進一步縮小到2.51 cM內(nèi),與兩側(cè)標記的距離分別是2.15cM和0.36cM。初步定位得到10號染色體上存在抗南方銹病的主效QTL位點,可為抗病品種的培育提供參考。第四,玉米抗南方銹病基因定位。本研究利用全基因組重測序分析黃早四×5364 F_2群體中抗南方銹病相關遺傳變異,結(jié)果共得到2個與抗病性狀相關的侯選區(qū)域,總長度為14.96 Mb,關聯(lián)區(qū)域內(nèi)共注釋到抗性相關基因1,415個,其中非同義突變SNP位點基因395個,移碼突變基因114個,位于4號和10號染色體上。功能富集分析發(fā)現(xiàn),與細胞進程相關的基因有145個,占總注釋基因數(shù)的42.27%,推斷其中可能存在抗病相關遺傳變異。本研究通過全基因組重測序直接篩選與抗病相關的遺傳變異,并對關聯(lián)基因進行生物學分析,對揭示南方銹病抗性遺傳機制具有重要意義。
【學位授予單位】：河南師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S435.13
【圖文】：

圖 2-1 玉米南方銹病病原菌夏孢子 Pathogen summer spores of southern廣西南寧和北京昌平試驗基地排列，采用單行種植的方法。0～25 株左右，每 50 行設自交系行正常田間管理。期進行人工接種鑒定。接種采用×104個孢子/mL 的懸浮液，加宜的傍晚時分進行噴霧接種。

Tab. 2-1 Evaluation standard of the resistance to southern corn rust病情級別 抗性 癥 狀 描 述1 HR 葉片上無病斑或僅有無孢子堆的過敏性反應3 R 葉片上有少量孢子堆，占葉面積少于 25%5 MR 葉片上有中量孢子堆，占葉面積 26～50%7 S 葉片上有大量孢子堆，占葉面積 51～75%9 HS 葉片上有大量孢子堆，占葉面積 76～100%，葉片枯死從 903 份被鑒定的玉米資源中共篩選出丹 3130、164、冀 186 等 8 份在廣西南寧京昌平兩地均是高抗南方銹病的種質(zhì)，占鑒定數(shù)的 0.9%，均為自交系；29 份種質(zhì)（16 H7、赤 H16 等）表現(xiàn)抗病，占總鑒定材料數(shù)的 3.2%，包括 27 份自交系和 2 份農(nóng)（表 2-2）；100 份種質(zhì)表現(xiàn)中抗、181 和 585 份資源分別表現(xiàn)為感病和高感，占鑒料的 11.1%、20.0% 和 64.8%。

遺傳相似系數(shù)Genetic similarity coefficient圖 3-2 基于 SSR 標記的抗南方銹病玉米材料的聚類分析2 Dendrogram of maize germplasm with resistance to southern rust clusteredusing UPGMASSR markes

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