【摘要】：小麥(Triticum aestivum L.)是中國最重要的三大糧食作物之一,小麥的安全生產(chǎn)直接關(guān)系到人類的糧食安全。然而病蟲害等生物脅迫的發(fā)生嚴(yán)重制約小麥總產(chǎn)的提高,條銹病作為小麥上最主要的病害之一,常年引起10%左右的產(chǎn)量損失。培育和種植抗病品種是防治小麥條銹病最為經(jīng)濟、環(huán)保、有效的措施,因此廣泛收集、挖掘、轉(zhuǎn)育抗病材料具有重要的社會效益和經(jīng)濟效益。為了充分利用品種抗病性來防治條銹病,本研究一方面利用161份來自世界各地的小麥抗條銹病材料,在五年兩個環(huán)境下進行成株期條銹病抗性鑒定。同時利用660K SNP芯片對這161份小麥材料進行全基因組掃描,分析了這些小麥材料的群體結(jié)構(gòu)和連鎖不平衡,結(jié)合條銹病鑒定的表型數(shù)據(jù),完成了全基因組關(guān)聯(lián)分析。另一方面,將篩選出來的小麥優(yōu)良抗源互麥15和Chakwal 86分別和感病小麥品種銘賢169進行雜交構(gòu)建了重組自交系群體,通過SSR分子標(biāo)記、SNP生物芯片和KASP技術(shù)構(gòu)建抗病遺傳圖譜,結(jié)合兩年三地的成株期條銹病嚴(yán)重度數(shù)據(jù)進行QTL位點的定位。本研究主要取得了以下結(jié)果:1.通過對來自全球的161份小麥材料在陜西楊凌和甘肅天水開展了5年(2013-2018年)的小麥成株期條銹病抗性鑒定,發(fā)現(xiàn)高代系的反應(yīng)型和嚴(yán)重度均低于主栽品種和農(nóng)家種,表明育種家對小麥成株期條銹抗病性越來越重視。綜合10個環(huán)境的表型數(shù)據(jù),以所有鑒定中的最高反應(yīng)型和最大嚴(yán)重度作為供試材料的最終表型數(shù)據(jù),篩選到了47份高抗且抗病性穩(wěn)定的材料,可以直接應(yīng)用在小麥抗條銹病育種中。2.利用660K SNP芯片對161份小麥進行全基因組掃描,群體結(jié)構(gòu)分析表明,這些材料可分為8個亞群。結(jié)合10個環(huán)境下的嚴(yán)重度表型數(shù)據(jù),完成了成株期條銹病抗性全基因組關(guān)聯(lián)分析。在12條染色體上鑒定到18個至少在4個環(huán)境下都能出現(xiàn)的穩(wěn)定QTL。與已報道的QTL位點比較,本研究鑒定到的QYr.nwafu-2D.1、QYr.nwafu-2D.3、QYr.nwafu-5D、QYr.nwafu-6D和QYr.nwafu-7D共5個QTL可能是新的成株期抗條銹病位點,有待后續(xù)驗證。3.小麥抗病品種互麥15和小麥感病材料銘賢169構(gòu)建了重組自交系作圖群體。通過90K SNP芯片和KASP技術(shù),在小麥品種互麥15中定位到3個QTL位點。QYrhm.nwafu-2BC定位在2B染色體的著絲粒區(qū)域,是一個在所有環(huán)境中都穩(wěn)定存在的主效QTL,貢獻(xiàn)了47.2%的表型變異,此QTL與GWAS定位的QTL QYr.nwafu-2B.2位置相近,可以看作是同一個QTL位點。在互麥15的3BS和4BL染色體上定位了2個微效QTL。4.小麥品種Chakwal 86和感病材料銘賢169構(gòu)建了128個家系的重組自交系作圖群體。通過35K SNP芯片的全基因組掃描,在Chakwal 86的1BL和3BS染色體上均定位了一個主效QTL,與已報道的QTL位點對比,1BL上的QTL可能是Yr29/Lr46,3BS上的位點QYrcw.nwafu-3BS可能是一個新位點。該位點可能是因為稀有變異或效應(yīng)值不夠大等原因未能在GWAS分析中檢測到。同時,QYrcw.nwafu-3BS位點的側(cè)翼標(biāo)記都開發(fā)成為了易于開展大規(guī)模分子輔助育種的KASP標(biāo)記供生產(chǎn)使用。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S435.121.42
【圖文】：

西北農(nóng)林科技大學(xué)博士學(xué)位論文材料頂三葉的抗病反應(yīng)型(Infect Type，IT)和嚴(yán)重度（Disease Severity，DS）。其中反應(yīng)型參照 0-9 級標(biāo)準(zhǔn)記載(Line et al. 1992)；嚴(yán)重度參照李振岐(2002)的方法記載，包含八個等級：1%、5%、10%、20%、40%、60%、80%、100%。相鄰的兩次鑒定間隔 5天左右，所有材料調(diào)查并記錄 2-3 次，最終將所有鑒定結(jié)果中的最高反應(yīng)型和最大嚴(yán)重度作為該材料的表型值。2.1.4 數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析使用 R（Version 3.6.0）：相關(guān)性分析用 R 包 cor，熱圖繪制使用 heatmap.2，直方圖用 R 包 PerformanceAnalytics，作圖使用 R 包 QQplot2。非參數(shù)秩和檢驗使用 R包 DescTools 的 Nemenyi 檢驗。最優(yōu)線性無偏（BLUP）分析使用 R 包 lme4。2.2 結(jié)果與分析2.2.1 供試小麥材料反應(yīng)型分析

圖 2-2 不同品種在楊凌（A）和天水（B）的成株期反應(yīng)型頻率分布Figure 2-2 Frequency distribution of infection type of the materials in Yangling (A) and Tianshui (B).2.1.1 不同環(huán)境下反應(yīng)型的相關(guān)性分析對陜西楊凌及甘肅天水地區(qū) 5 年的 10 組反應(yīng)型數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)任意反應(yīng)型數(shù)據(jù)之間的相關(guān)系數(shù)都達(dá)到了極顯著水平。相關(guān)性最低的是 2014 年楊凌地 2015 年楊凌地區(qū)與 2018 年天水地區(qū)之間的反應(yīng)型數(shù)據(jù)，都是 0.74。相關(guān)性最高楊凌地區(qū) 2017 年和 2018 年兩年間的反應(yīng)型數(shù)據(jù)，達(dá)到了 0.95（圖 2-3）。結(jié)果成株期反應(yīng)型受環(huán)境影響較小。

圖 2-2 不同品種在楊凌（A）和天水（B）的成株期反應(yīng)型頻率uency distribution of infection type of the materials in Yangling (A) a下反應(yīng)型的相關(guān)性分析及甘肅天水地區(qū) 5 年的 10 組反應(yīng)型數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析間的相關(guān)系數(shù)都達(dá)到了極顯著水平。相關(guān)性最低的是 20地區(qū)與 2018 年天水地區(qū)之間的反應(yīng)型數(shù)據(jù)，都是 0.74。17 年和 2018 年兩年間的反應(yīng)型數(shù)據(jù)，達(dá)到了 0.95（圖 受環(huán)境影響較小。

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