Tìm kiếm và lập bản đồ gen Yr62 và QTL hiệu ứng nhỏ cho khả năng kháng nấm hại vàng lá ở lúa mì mùa xuân PI 192252

Theoretical and Applied Genetics - Tập 127 - Trang 1449-1459 - 2014
Yan Lu1,2, Meinan Wang3, Xianming Chen3,4, Deven See3,4, Shiaoman Chao5, Jinxue Jing1
1State Key Laboratory of Crop Stress Biology in Arid Areas and College of Plant Protection, Northwest A&F University, Yangling, People’s Republic of China
2Department of Plant Pathology, Washington State University, Pullman, USA.
3Department of Plant Pathology, Washington State University, Pullman, USA
4US Department of Agriculture, Agricultural Research Service, Wheat Genetics, Quality, Physiology and Disease Research Unit, Pullman, USA
5US Department of Agriculture, Agricultural Research Service, Cereal Crops Research, Fargo, USA

Tóm tắt

Tài liệu này báo cáo một gen mới (Yr62) và một QTL hiệu ứng nhỏ cho khả năng kháng tiềm năng lâu dài đối với bệnh nấm hại vàng lá và tính hữu ích của các dấu hiệu Yr62 cho tuyển chọn dựa trên dấu hiệu gen. Bệnh nấm hại vàng lá, do Puccinia striiformis f. sp. tritici (Pst) gây ra, là một căn bệnh tàn phá đối với lúa mì trên toàn thế giới. Tính khả năng kháng của giống lúa mì mùa xuân PI 192252 đã cho thấy một mức độ cao về khả năng kháng ở cây trưởng thành dưới nhiệt độ cao (HTAP) đối với bệnh nấm hại vàng lá trong quá trình đánh giá giống trong 8 năm tại bang Washington. Để làm rõ cơ sở di truyền của khả năng kháng, PI 192252 đã được lai với giống 'Avocet nhạy cảm'. Một quần thể lai 150 dòng F5 tái tổ hợp đã được phát triển bằng cách sử dụng quy trình giảm giống ngẫu nhiên. Các xét nghiệm về bệnh nấm hại vàng lá đã được thực hiện với các chủng Pst được lựa chọn trong điều kiện nhà kính và trong điều kiện hiện trường dưới sự nhiễm trùng tự nhiên. Dữ liệu về diện tích tương đối dưới đường cong tiến trình bệnh (rAUDPC) cho thấy sự phân phối liên tục, cho thấy rằng khả năng kháng HTAP của PI 192252 được kiểm soát bởi các loci tính trạng số lượng (QTL). Hai QTL đã được xác định trong PI 192252, giải thích 74,2% tổng biến thiên phong phú cho rAUDPC. Hai QTL này đã được lập bản đồ trên nhiễm sắc thể 4BL (QYrPI192252.wgp-4BL) và 5BS (QYrPI192252.wgp-5BS) với các dấu hiệu SSR và SNP, giải thích lần lượt 40-60% và 22-27% của biến thiên phong phú qua bốn điều kiện môi trường. Vì QTL hiệu ứng lớn trên 4BL khác với các gen Yr đã được đặt tên trước, và được di truyền như một gen đơn, nó được đặt tên là Yr62. Các allele của dấu hiệu SSR Xgwm192 222 và Xgwm251 133 xung quanh Yr62 khác với các allele trong các giống lúa mì khác nhau, gợi ý rằng những dấu hiệu này có thể hữu ích trong việc tuyển chọn dựa trên dấu hiệu gen để đưa Yr62 vào các giống thương mại.

Từ khóa

#gen Yr62 #QTL #khả năng kháng #bệnh nấm hại vàng lá #lúa mì mùa xuân #PI 192252

Tài liệu tham khảo

Agenbag GM, Pretorius ZA, Boyd LA, Bender CM, Prins R (2012) Identification of adult plant resistance to stripe rust in the wheat cultivar Cappelle–Desprez. Theor Appl Genet 125:109–120 Bansal U, Forrest K, Hayden M, Miah H, Singh D, Bariana H (2011) Characterisation of a new stripe rust resistance gene Yr47 and its genetic association with the leaf rust resistance gene Lr52. Theor Appl Genet 122:1461–1466 Cavanagh CR, Chao S, Wang S, Huang BE, Stephen S, Kiani S, Forrest K, Saintenac C, Brown-Guedira GL, Akhunova A, See D, Bai G, Pumphrey M, Tomar L, Wong D, Kong S, Reynolds M, da Silva ML, Bockelman H, Talbert L, Anderson JA, Dreisigacker S, Baenziger S, Carter A, Korzun V, Morrell PL, Dubcovsky J, Morell MK, Sorrells ME, Hayden MJ, Akhunov E (2013) Genome-wide comparative diversity uncovers multiple targets of selection for improvement in hexaploid wheat landraces and cultivars. Proc Natl Acad Sci USA 110:8057–8062 Chen XM (2005) Epidemiology and control of stripe rust [Puccinia striiformis f. sp. tritici] on wheat. Can J Plant Pathol 27:314–337 Chen XM (2007) Challenges and solutions for stripe rust control in the United States. Aust J Agric Res 58:648–655 Chen XM (2013) Review article: high-temperature adult-plant resistance, key for sustainable control of stripe rust. Am J Plant Sci 4:608–627 Chen XM, Line RF (1992a) Identification of stripe rust resistance genes in wheat cultivars used to differentiate North American races of Puccinia striiformis. Phytopathology 82:1428–1434 Chen XM, Line RF (1992b) Inheritance of stripe rust resistance in wheat cultivars used to differentiate races of Puccinia striiformis in North America. Phytopathology 82:633–637 Chen XM, Line RF (1995a) Gene action in wheat cultivars for durable high-temperature adult-plant resistance and interactions with race-specific, seedling resistance to stripe rust caused by Puccinia striiformis. Phytopathology 85:567–572 Chen XM, Line RF (1995b) Gene number and inheritability of wheat cultivars with durable, high-temperature, adult-plant resistance and race-specific resistance to Puccinia striiformis. Phytopathology 85:573–578 Chen XM, Penman L, Wan AM, Cheng P (2010) Virulence races of Puccinia striiformis f. sp. tritici in 2006 and 2007 and development of wheat stripe rust and distributions, dynamics, and evolutionary relationships of races from 2000 to 2007 in the United States. Can J Plant Pathol 32:315–333 Endo TR, Gill BS (1996) The deletion stocks of common wheat. J Hered 87:295–307 Hao YF, Chan ZB, Wang YY, Bland D, Buck J, Brown-Guedira G, Johnson J (2011) Characterization of a major QTL for adult plant resistance to stripe rust in US soft red winter wheat. Theor Appl Genet 123:1401–1411 He ZH, Lan CX, Chen XM, Zou YC, Zhuang QS, Xia XC (2011) Progress and perspective in research of adult-plant resistance to stripe rust and powdery mildew in wheat. Sci Agric Sin 44:2193–2215 Jagger LJ, Newell C, Berry ST, MacCormack R, Boyd LA (2011) The genetic characterisation of stripe rust resistance in the German wheat cultivar Alcedo. Theor Appl Genet 122:723–733 Johnson R (1981) Durable resistance: definition, genetic control, and attainment in plant breeding. Phytopathology 71:567–568 Kosambi DD (1944) The estimation of map distances from recombination values. Ann Eugen 12:172–175 Lin F, Chen XM (2007) Genetics and molecular mapping of genes for race-specific all-stage resistance and non-race-specific high temperature adult-plant resistance to stripe rust in spring wheat cultivar Alpowa. Theor Appl Genet 114:1277–1287 Line RF (2002) Stripe rust of wheat and barley in North America: a retrospective historical review. Annu Rev Phytopathol 40:75–118 Line RF, Chen XM (1995) Successes in breeding for and managing durable resistance to wheat rusts. Plant Dis 79:1254–1255 Line RF, Qayoum A (1992) Virulence aggressiveness, evolution, and distribution of races of Puccinia striiformis (the cause of stripe rust of wheat) in North America, 1968-87. U.S. Department of Agriculture Technical Bulletin No. 1788, the National Technical Information Service, Springfield, p 44 Liu J, Chang ZJ, Zhang XJ, Yang ZJ, Li X, Jia JQ, Zhan HX, Guo HJ, Wang JM (2013) Putative Thinopyrum intermedium-derived stripe rust resistance gene Yr50 maps on wheat chromosome arm 4BL. Theor Appl Genet 126:265–274 Lu YM, Lan CX, Liang SS, Zhou XC, Liu D, Zhou G, Lu QL, Jing JX, Wang MN, Xia XC, He ZH (2009) QTL mapping for adult plant resistance to stripe rust in Italian common wheat cultivars Libellula and Strampelli. Theor Appl Genet 119:1349–1359 Melichar JPE, Berry S, Newell C, MacCormack R, Boyd LA (2008) QTL identification and microphenotype characterization of the developmentally regulated yellow rust resistance in the UK wheat cultivar Guardian. Theor Appl Genet 117:391–399 Milus EA, Line RF (1986) Number of genes controlling high temperature adult-plant resistance to stripe rust in wheat. Phytopathology 76:93–96 Qayoum A, Line RF (1985) High-temperature, adult-plant resistance to stripe rust of wheat. Phytopathology 75:1121–1125 Riede CR, Anderson JA (1996) Linkage of RFLP markers to an aluminum tolerance gene in wheat. Crop Sci 36:905–909 Sears ER (1966) Nullisomic–tetrasomic combinations in hexaploid wheat. In: Riley R, Lewis KR (eds) Chromosome manipulations and plant genetics. Oliver and Boyd, Edinburgh, pp 29–45 Sears ER, Sears LMS (1978) The telocentric chromosomes of common wheat. In: Ramanujan S (ed) Proceedings of the 5th International Wheat Genet Symposium Indian Society of Genetics and Plant Breeding. Indian Agri Res Inst, New Delhi, pp 389–407 Sharma-Poudyal D, Chen XM, Wan AM, Zhan GM, Kang ZS, Cao SQ, Jin SL, Morgounov A, Akin B, Mert Z, Shah SJA, Bux H, Ashraf M, Sharma RC, Madariaga R, Puri KD, Wellings C, Xi KQ, Wanyera R, Manninger K, Ganzález MI, Koyda M, Sanin S, Patzek LJ (2013) Virulence characterization of international collections of the wheat stripe rust pathogen, Puccinia striiformis f. sp. tritici. Plant Dis 97:379–386 Somers DJ, Isaac P, Edwards K (2004) A high-density microsatellite consensus map for bread wheat (Triticum aestivum L.). Theor Appl Genet 109:1105–1114 Sourdille P, Singh S, Cadalen T, Brown-Guedira GL, Gay G, Qi L, Gill BS, Dufour P, Murigneux A, Bernard M (2004) Microsatellite-based deletion bin system for the establishment of genetic-physical map relationships in wheat (Triticum aestivum L.). Funct Integr Genomics 4:12–25 Suenaga K, Singh RP, Huerta-Espino J, William HM (2003) Microsatellite markers for genes Lr34/Yr18 and other quantitative trait loci for leaf rust and stripe rust resistance in bread wheat. Phytopathology 93:881–890 Voorrips RE (2002) MapChart: software for the graphical presentation of linkage maps and QTLs. J Hered 93:77–78 Wan AM, Chen XM (2012) Virulence, frequency, and distribution of races of Puccinia striiformis f. sp. tritici and P. striiformis f. sp. hordei identified in the United States in 2008 and 2009. Plant Dis 96:67–74 Wang S, Basten JC, Zeng ZB (2010) Windows QTL Cartographer 2.5. Department of Statistics, North Carolina State University, Raleigh Wang MN, Chen XM, Xu LS, Cheng P, Bockelman H (2012) Registration of 70 common spring wheat germplasm lines resistant to stripe rust. J Plant Regist 6:104–110 Wellings CR, Boyd LA, Chen XM (2012) Resistance to stripe rust in wheat: Pathogen biology driving resistance breeding. In: Sharma I (ed) Disease resistance in wheat. CAB International, Wallingford, pp 63–83 William HM, Singh RP, Huerta-Espino J, Palacios G, Suenaga K (2006) Characterization of genetic loci conferring adult plant resistance to leaf rust and stripe rust in spring wheat. Genome 49:977–990 Yang J, Bai G, Shaner GE (2005) Novel quantitative trait loci (QTL) for Fusarium head blight resistance in wheat cultivar Chokwang. Theor Appl Genet 111:1571–1579 Zwart RS, Thompson JP, Milgate AW, Bansal UK, Williamson PM, Raman H, Bariana HS (2010) QTL mapping of multiple foliar disease and root-lesion nematode resistances in wheat. Mol Breed 26:107–124