麦族抗条锈病基因wks的克隆、遗传转化及其应用

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1、山东农业大学博士学位论文麦族抗条锈病基因WKS的克隆、遗传转化及其应用姓名：姜辉申请学位级别：博士专业：作物遗传育种指导教师：付道林20120615山东农业人学博Ij学位论文中文摘要小麦条锈病，俗称“黄疸病"，在全世界范围内对小麦产量构成严重威胁。条锈病的防治可以通过抗病育种，品种合理布局，化学防治和适期播种等栽培措施来解决。其中抗病育种是最为合理，最为经济有效地防治方法，抗病育种主要包括抗病资源的发现及应用。本研究以实验室保存的1580份麦族种质为材料，用已经克隆的成株期高温抗条锈病基因Yr36的功能标记进

2、行了筛选，分析了野生二粒小麦中Yr36基因(也称为WheatKinase—STARTI，WKSl基因)的等位变异；并用同源克隆的方法对野生二粒以外的WKSI和其同源基因WKS2(统称WKS基因)进行分离，将从长穗偃麦草里克隆的WKSI基因转化受体材料小麦品种Bobwhite进行基因的功能分析；同时运用分子标记辅助育种的方法，将YrlO，Yrl8和Yr36基因聚合到山东和河南的17个主栽小麦品种中，以期创造优异的抗病种质资源，改善黄淮冬麦区的抗病基因结构。主要结果如下：1．用于筛选的麦族种质材料包括普通小麦、合

3、成小麦、粗山羊草、野生一粒、野生二粒、大麦、顶芒山羊草、高大山羊草、沙融山羊草、簇毛麦、长穗偃麦草、百萨薄冰草、鹅观草。WKS基因只存在于野生种当中，在栽培种均未检测到。WKSl和WKS2仅同时在野生二粒中检测到，255份野生二粒中170份含有WKS基因；WKSl在长穗偃麦草和百萨薄冰草中检测到；WKS2单独存在于顶芒山羊草中，66份项芒山羊草中14份检测到WKS2。2．根据基因序列设计转座子特异标记，并对含有Yr36基因的野生二粒进行检测发现，所有野生二粒中均含有LINE转座子原件；同时利用Ecotilli

4、ng技术对WKS基因的功能区域Kinase和START区域近行等位变异分析，均未检测到等位变异位点，以上两点说明Yr36基因非常保守。3．用同源克隆的方法克隆了长穗偃麦草、百萨薄冰草和顶芒山羊草中的WKS基因，序列分析发现长穗偃麦草、百萨薄冰草中WKSl的相似度达到99．69％，其eDNA与野生二粒WKSl之间的相似性达到了98．99％。顶芒山羊草中的WKS2基因与野生二粒中的WKS2相似性达到96．34％。4．将长穗偃麦草中的WKSl基因构建表达载体，与含有Bar基因的质粒用基因枪的方法进行共转化，转化的幼

5、胚愈伤数为4197个，分化愈伤数1630个，再生苗1862株，除草剂Basta抗性苗206株，Bar基因阳性苗l19株，WKSI阳性苗91株，结实单株20株。对来TI世代的9个株行的87棵单株进行Bar基因和WKSI基因检测，发现两基因麦族抗条锈璃壮冈WKS的克隆，遗传转化及其戍J叶J间有分离，其中三棵只含有WKSI基因。5．利用已经克隆的三个不同类型的抗条锈病基因YrlO，Yrl8和Yr36的功能分子标记对中国的652份普通小麦进行检测发现，YrlO和Yrl8存在于中国的各个麦区，其主要来源是南大2419，

6、但是分布不均衡。Yr36基因中国小麦中均不存在。选取了山东和河南两省17个品种，利用回交育种和分子聚合育种的方法，将该三个基因聚合到每一个材料当中。目前，进行到BClFl代，在不同的遗传背景下，三个抗病基因效果是不同的，但是总体上基因的导入可明显的提高感病材料的抗性水平。关键词：小麦；条锈病；分子标记辅助选择：WKS；Yr36山东农业人学博Ij学化论文Cloning，Transformation，andDeploymentofTriticeaeWKSGenesforStripeRustResistanceAb

7、stractStriperust，causedbyPucciniastriiformisWest．￡sp．tritici，Pst，isoneofthemostseriousdiseasesglIobalwide．Epidemicsofstriperustcouldberelievedbyusingresistantcultivars，chemicalcontrolandcultivationstrategies．Asthemosteconomicalandeco·friendlymethod，disease-

8、resistancebreedingtakestheadvantageofthenaturalanddegeneratedresistancepooltoimprovecurrentcultivars．Inthisstudy,therustresistancegene阳6(alsocalledWheatKinase·．S尉尺丁1，WKSl)，whichconfereshilghtemperature