专利名称：一种分子标记辅助回交提高小麦抗赤霉病扩展的方法
技术领域：
本发明一种分子标记辅助回交快速提高小麦抗赤霉病扩展性的方法，属于作物分子育种领域，专用于小麦抗赤霉病扩展种质的选育与鉴定。
背景技术：
小麦是世界上最重要的粮食作物之一，其产品对人类的食品安全不可或缺。由禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum Schwabe)引起的赤霉病是小麦生产上的一种重要病害, 广泛发生于温暖潮湿和半潮湿地区。其危害包括不育、种子饱满度降低，致使产量严重下降，一般减产10 15%，有时可高达50%。病麦粒中还含有毒素(主要是脱氧雪腐镰刀菌烯醇，D0N)，食用后会直接危害人、畜的健康。由于全球气候变暖和耕作制度的改变，赤霉病正从传统的流行麦区如长江中下游麦区、南部沿海麦区、黑龙江东部麦区逐渐向其它麦区如华北的山东、山西、河南、河北，西南的四川，西北的宁夏、甘肃、青海等省份扩展。近十年来，即使加强了对赤霉病的防治，我国平均每年仍有30万吨以上的小麦因该病而受损。 2003年，安徽省小麦赤霉病发病面积达1，500万亩，产量损失约6亿公斤，同年江苏省也发生赤霉病大流行。近五年来，在长江中下游麦区，赤霉病发生异常频繁，都达到了中等偏重的程度。鉴于小麦赤霉病对粮食安全和食品安全构成的严重威胁，提高小麦对赤霉病的抗性成为亟待解决的重大科学问题。小麦对赤霉病的抗性包含五种类型抗扩展(type I)、抗扩展(type II)、降解毒素(type III)、降低籽粒病粒率(type IV)和减少产量损失或耐病性(type V)。其中抗扩展是到目前为止研究的最多的一种抗性类型，在降低赤霉病对小麦产量和品质的影响中起着重要的作用。但是，高抗赤霉病的小麦种质资源非常匮乏，目前许多抗扩展遗传研究都集中在苏麦3号及其衍生系上。望水白是我国特有的抗赤霉病种质，其抗赤霉病扩展表现甚至要优于苏麦3号。在望水白的3B染色体上存在I个主效抗扩展QTL Qfhs. nau_3B，在各次实验中均可以解释20%以上的表型变异(Ma et al. 2005)。运用回交手段对一些优良小麦品系的个别缺点进行改良是一个十分有效的措施。 但是对于小麦赤霉病抗性的改良来说存在很多困难首先，小麦赤霉病抗性是一种非常复杂的数量性状，由多基因控制且受环境条件影响较大，表型鉴定非常困难。其次，小麦赤霉病是一种穗部病害，要等到开花后才能评价是否抗病，而此时已无法直接配置杂交组合。再次，有些抗赤霉病QTL属于隐性遗传，回交一代后必须自交一代，鉴定出抗病单株后才能继续回交。因此，采用传统的回交育种方法改良小麦的赤霉病抗性费时费力，这严重阻碍了抗源在抗赤霉病育种中的有效利用。
发明内容
本发明的目的在于针对背景技术提出的技术问题提供一种育种周期短、效率高的分子标记辅助选择培育抗赤霉病扩展小麦新品系的方法，该方法能快速有效地改良现有品系的赤霉病抗性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下—种分子标记辅助回交提高小麦抗赤霉病扩展的方法，包括以下步骤I)以携带抗扩展QTL的重组自交家系为供体，以综合性状优良但感赤霉病的小麦品系为受体，进行常规有性杂交，所得的杂种F1代再与轮回亲本回交，得到回交一代BC1F1 分离群体，种植于田间；2)在苗期提取BC1F1分离群体中各单株的DNA，并利用与目标QTL紧密连锁的SSR 标记进行PCR检测，选择含有目标QTL的杂合型单株继续与轮回亲本杂交获得BC2F1分离群体；3)在苗期提取BC2F1分离群体中各单株的DNA，继续利用与目标QTL紧密连锁的 SSR标记进行PCR检测，筛选含有目标QTL的杂合型单株；再选择分布于整个小麦基因组的 150对SSR标记对含有目标QTL的单株进行背景回复率分析，选择背景回复率最高的单株继续回交获得BC3F1分离群体；4)重复步骤3)，获得携带目标QTL且背景回复率最高的BC3F1目标单株后自交获得BC3F2分离群体，种植于田间；5)在苗期提取BC3F2分离群体中各单株的DNA，重复步骤3)，选择携带目标QTL且背景回复率最高的纯合单株自交，获得BC3F3纯合家系；6)将中选BC3F3纯合家系与轮回亲本一起种植于田间进行多环境抗性表型鉴定。上述的分子标记辅助回交提高小麦抗赤霉病扩展的方法，所述PCR检测的方法包括以下步骤I)用SDS法提取各世代群体中单株的DNA。2)利用与目标QTL Qfhs. nau_3B紧密连锁的两侧SSR标记ZMB67和HBE383对上述基因组DNA进行PCR扩增。3)对PCR扩增产物进行聚丙烯酰胺凝胶电泳，分析带型。在供体亲本中ZMB67的扩增条带为110bp，HBE383的扩增条带为245bp。凡呈现有与供体亲本相同大小的DNA条带的单株即为目标单株。上述的分子标记辅助回交提高小麦抗赤霉病扩展的方法，利用随机选择的SSR标记进行背景选择包括以下步骤I)根据小麦遗传图谱(Xue SL, Zhang ZZ, Lin F，Kong ZX, Cao Y, Li CJ, Yi HY, Mei MF, Zhao DM，Zhu HL, Xu HB, Wu JZ, Tian DG，Zhang CQ, Ma ZQ (2008)A high-density intervarietal map of the wheat genome enriched with markers derived from expressed sequence tags. Theor Appl Genet 117 :181-189)每隔 20_30cM选择一个标记， 共选择了分布于21条染色体的150对SSR标记用于目标单株的PCR扩增；2)对PCR扩增产物进行凝胶电泳，分析带型，计算背景回复率；携带有最多的与受体亲本完全一致带型的单株即为目标单株，用于下一代回交或自交。上述的分子标记辅助回交提高小麦抗赤霉病扩展的方法，所述的供体为从南大 2419 X望水白重组自交系群体中选出的携带抗扩展QTL Qfhs. nau-3B的家系SSD129 ;所述的受体为绵阳99-323，所述的轮回亲本为绵阳99-323。本发明技术方案的详细步骤为I)根据Qfhs. nau-3B的两侧标记ZMB67和HBE383的标记基因型资料从南大2419 X望水白重组自交系群体中选择携带目标QTL的株系SSD129作为供体亲本，选择来自四川的一个大穗、大粒新品系绵阳99-323作为轮回亲本，进行常规有性杂交，所得的杂种F1 代再与轮回亲本回交，得到回交一代BC1F1分离群体，种植于田间。2)在苗期提取分离群体中各单株的DNA，并利用SSR引物ZMB67和HBE383进行 PCR检测，选择含有目标等位基因的杂合型单株继续与轮回亲本杂交获得BC2F1分离群体。 所用引物的序列信息如下表I引物序列信息
权利要求
1.一种分子标记辅助回交提高小麦抗赤霉病扩展的方法，其特征是包括以下步骤1)以携带抗扩展QTL的重组自交家系为供体，以综合性状优良但感赤霉病的小麦品系为受体，进行常规有性杂交，所得的杂种F1代再与轮回亲本回交，得到回交一代BC1F1分离群体，种植于田间；2)在苗期提取BC1F1分离群体中各单株的DNA，并利用与目标QTL紧密连锁的SSR标记进行PCR检测，选择含有目标等位基因的杂合型单株继续与轮回亲本杂交获得BC2F1分离群体；3)在苗期提取BC2F1分离群体中各单株的DNA，继续利用与目标QTL紧密连锁的SSR标记进行PCR检测，筛选含有目标QTL的杂合型单株；再选择分布于整个小麦基因组的150对 SSR标记用于对含有目标QTL的单株进行背景回复率分析，选择背景回复率最高的单株继续回交获得BC3F1分离群体；4)重复步骤3)，获得携带目标QTL且背景回复率最高的BC3F1目标单株后自交获得 BC3F2分离群体，种植于田间；5)在苗期提取BC3F2分离群体中各单株的DNA，重复步骤3)，选择携带目标QTL且背景回复率最高的纯合型单株自交，获得BC3F3纯合家系。
2.根据权利要求I所述的分子标记辅助回交提高小麦抗赤霉病扩展的方法，其特征是所述PCR检测的方法包括以下步骤1)用SDS法提取各世代群体中单株的DNA。2)利用与目标QTLQfhs. nau-3B紧密连锁的两侧SSR标记ZMB67和HBE383对上述基因组DNA进行PCR扩增。3)对PCR扩增产物进行聚丙烯酰胺凝胶电泳，分析带型。在供体亲本中ZMB67的扩增条带为llObp，HBE383的扩增条带为245bp。凡呈现有与供体亲本相同大小的DNA条带的单株即为目标单株。
3.根据权利要求I所述的分子标记辅助回交提高小麦抗赤霉病扩展的方法，其特征是利用随机选择的SSR标记进行背景选择包括以下步骤1)根据小麦遗传图谱选择分布于21条染色体的150对SSR标记用于目标单株的PCR 扩增；2)对PCR扩增产物进行凝胶电泳，分析带型，计算背景回复率；携带有最多的与受体亲本完全一致带型的单株即为目标单株，用于下一代回交或自交。
4.根据权利要求I所述的分子标记辅助回交提高小麦抗赤霉病扩展的方法，其特征是所述的供体为从南大2419X望水白重组自交系群体中选出的携带抗扩展QTL Qfhs. nau-3B的家系SSD129 ;所述的受体为绵阳99-323，所述的轮回亲本为绵阳99-323。
全文摘要
本发明公开了一种分子标记辅助回交提高小麦抗赤霉病扩展的方法。以携带抗扩展QTL的重组自交家系为供体，以综合性状优良但感赤霉病的品系为受体，进行杂交并回交。在每个回交世代利用与目标QTL紧密连锁的两侧标记进行前景选择，同时利用分布于整个小麦基因组的150对SSR标记对携带有目标QTL的单株进行背景选择，选择背景回复率最高的单株用于下一代回交。连续回交3代再自交2代后可以获得抗性得到明显改善，其它性状与轮回亲本基本一致的近等基因系。本发明通过提取回交后代苗期叶片的DNA，并进行标记基因型分析，可获得目标单株，有效解决了表型选择中赤霉病抗性易受环境条件影响以及抗病表型要到开花期才能鉴定的问题；同时还能减少群体规模，降低育种成本，快速有效地改良小麦品系的抗赤霉病扩展性。
文档编号A01H1/02GK102599047SQ201210085179
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月28日 优先权日2012年3月28日
发明者李国强, 薛树林, 郜忠霞, 马正强 申请人:南京农业大学