抗病基因在野生馬鈴薯種中的多態(tài)性和進(jìn)化.pdf

1、馬鈴薯是有巨大的次生基因資源的作物,資源中有很多重要的性狀能用于馬鈴薯育種.晚疫病是馬鈴薯種植區(qū)最大的問(wèn)題之一,在北歐和西歐國(guó)家,馬鈴薯生長(zhǎng)中使用大量的藥物。因此,抗病育種是馬鈴薯育種的重點(diǎn).本文用核苷酸結(jié)合位點(diǎn)圖譜研究了茄屬的系統(tǒng)發(fā)育和抗病基因標(biāo)記的發(fā)掘,這些標(biāo)記有可能被育種公司應(yīng)用.論文還利用很多茄種資源詳細(xì)研究了兩個(gè)晚疫病抗病基因Rpi-blbl和Rpi-blb2的多態(tài)性和進(jìn)化. 第二章，利用100多份基因庫(kù)資源47個(gè)種,

2、評(píng)估了核苷酸結(jié)合位點(diǎn)圖譜在系統(tǒng)發(fā)育重建的可能性.比較分支系統(tǒng)和表型分析結(jié)果,核苷酸結(jié)合位點(diǎn)圖譜和擴(kuò)增片斷長(zhǎng)度多態(tài)性圖譜產(chǎn)生相似的系統(tǒng)發(fā)育樹,表明核苷酸結(jié)合位點(diǎn)圖譜能夠用于系統(tǒng)發(fā)育重建.核苷酸結(jié)合位點(diǎn)圖譜系統(tǒng)發(fā)育樹不能明顯區(qū)分出抗病基因資源和非抗病基因資源.馬鈴薯種的共分離片斷序列分析表明,91﹪的共分離片斷同源性在95﹪0以上,說(shuō)明核苷酸結(jié)合位點(diǎn)圖譜非同源相似程度低(第三章). 第三章，報(bào)告了抗病基因位點(diǎn)遺傳多態(tài)性的變化.遺傳多

3、態(tài)性輕微增加,這在很大程度上是因?yàn)橐吧鸟R鈴薯種被用于了馬鈴薯的育種.通過(guò)結(jié)合核苷酸結(jié)合位點(diǎn)圖譜標(biāo)記和品種的系譜及表型分析發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)候選抗性基因標(biāo)記.由于核苷酸結(jié)合位點(diǎn)圖譜的低非同源相似程度,這些標(biāo)記也被用于馬鈴薯種和品種之間的比較,其中,這些馬鈴薯種貢獻(xiàn)了抗病基因標(biāo)記給馬鈴薯品種.一個(gè)標(biāo)記有可能來(lái)自種Solanum vernei,因?yàn)榇藰?biāo)記既存在于S.vetnei資源中,也存在于系譜中有S.vernei的馬鈴薯品種中.此標(biāo)記的存在也與

4、品種的表型數(shù)據(jù)相關(guān). 第四章，描述了兩個(gè)晚疫病抗病基因Rpi-bibl and Rpi-blb2的等位基因發(fā)掘.這兩個(gè)抗病基因起源于S.bulbocastanum種.通過(guò)判斷Rpi-blbl側(cè)翼區(qū)RGAl-blb andRGA3-blb的存在與否,第四章還分析了Rpi-blbl基因家族的結(jié)構(gòu).RGAl-bLlb序列高度同源,不僅存在于所有研究的結(jié)薯馬鈴薯種中而且還存在于非結(jié)薯馬鈴薯種S.etubercosum,S.fernall

5、dezianum和S.paIustre,這些表明RGAl-blb在結(jié)薯馬鈴薯種和非結(jié)薯馬鈴薯種的分化之前就已經(jīng)存在.相對(duì)而言,RGA3-bIb的位點(diǎn)發(fā)生頻率較低.在兩個(gè)種s.bulbocastanum和Solanum stoloniferLIm中發(fā)現(xiàn)了高度同源的Rpi-blbl(>99.5﹪).Solal3tim stolonifertlm是屬于分類單元seriesLongipedicellata中的一個(gè)四倍體種.在幾個(gè)以含有Rpi-b

6、lbl同源類似物抗病植株為親本的F1群體中發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)顯性抗病基因Rpi-stol,Rpi-pltl,Rpi-pta l andRpi-pta2.另外,與Rpi-blbl相同,Rpi-stol和Rpi-pltl也位于8號(hào)染色體.我們認(rèn)為,以上四個(gè)基因和來(lái)自于s.bulbocastanum的Rpi-blbl有共同的祖先.分離數(shù)據(jù)也表明,在三個(gè)分離群體中各含有另外一個(gè)未知的晚疫病抗病基因.和Rpi-blbl不同的是,在所有研究的材料中都沒(méi)有發(fā)

7、現(xiàn)Rpi-blb2等位基因. 第五章，分析了Rpi-blbl和Rpi-bib2在種S.bulbocastan和近緣種S.cardiopllyllum的發(fā)生頻率和多態(tài)性.在24份墨西哥資源中發(fā)現(xiàn)了高度保守的Rpi-blbl等位基因,在來(lái)自危地馬拉的資源中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)Rpi-blbl等位基因.隨機(jī)選取Rpi-blbl等位基因,序列分析識(shí)別到了19個(gè)單元型, Rpi-blbl屬于進(jìn)化慢的Ⅱ型抗病基因(第四章和第五章).所有推定的感病Rpi

8、-blb l序列均相同,意味著單個(gè)突變事件產(chǎn)生了這個(gè)感病位點(diǎn).只是在8份S.bulbocastal3H111資源中發(fā)現(xiàn)了Rpi-blb2等位基因,并且所有的Rpi-blb2等位基因具有相同的序列.所有這些表明Rpi-blb2進(jìn)化發(fā)生在不久以前(第四章和第五章). 第六章在系統(tǒng)發(fā)育和進(jìn)化的基礎(chǔ)上討論了論文的研究結(jié)果.基因Rpi-blbl最先在種s.bulbocastarmm中被發(fā)現(xiàn)和克隆,這個(gè)種不能直接用于與栽培馬鈴薯的雜交.論文

9、的研究結(jié)果表明,有功能的Rpi-blbl等位基因也存在于能與栽培馬鈴薯直接雜交的種s.stoloniferum中. 因此,相對(duì)于來(lái)源于s.bulbocastarum的Rpi-blb l抗病基因,來(lái)源于s.stololliferum的Rpi-blbl等位抗病基因Rpi-sto1能夠較為容易轉(zhuǎn)入栽培馬鈴薯中.我們預(yù)測(cè)在其他的原生種中其它抗病基因也有可能有類似情況,即:抗病基因同源類似物存在于相對(duì)較為高級(jí)的種中,而這些種又能比較容易的應(yīng)用于育