摘要 锈病,包括叶锈病、条锈病/黄锈病和秆锈病,严重影响小麦 (Triticum aestivum L.) 的产量,每年造成巨大的经济损失。培育和推广具有遗传抗性的品种是控制这些疾病最有效和可持续的方法。小麦育种者用于选择抗锈病的遗传工具包已迅速扩展,利用最新的基因组学、作图和克隆策略鉴定了大量基因位点。本综述的目的是建立一个小麦基因组图谱,全面总结已报道的与抗锈病相关的基因位点。我们的图谱总结了过去二十年 170 篇出版物中针对三种锈病绘制的数量性状基因位点 (QTL) 和特征基因。根据最新的小麦参考基因组 (IWGSC RefSeq v2.1),总共有 920 个 QTL 或抗性基因被定位在小麦的 21 条染色体上。有趣的是,26 个基因组区域包含多个锈病基因座,表明它们可能对两种或多种锈病具有多效性。我们讨论了一系列利用这些丰富的遗传信息来有效利用抗性来源的策略,包括利用基因组信息来堆叠理想的和多个 QTL,以开发具有增强的抗锈病小麦品种。
。cc-by-nc-nd 4.0国际许可证未通过同行评审获得证明)是作者/资助者,他已授予Biorxiv授予Biorxiv的许可,以永久显示预印本。它是此预印本的版权持有人(该版本发布于2024年4月1日。; https://doi.org/10.1101/2024.03.27.583983 doi:biorxiv Preprint
我们采用了三种方法来定位抗黄锈病基因 Yr7,并确定小麦中相关的 SNP。首先,我们使用传统的 QTL 定位方法,即双单倍体 (DH) 群体,并将 Yr7 定位到 2B 染色体的低重组区域。为了精细定位 QTL,我们使用了关联定位面板。两个群体都进行了 SNP 阵列基因分型,允许根据常见的分离 SNP 进行 QTL 比对和全基因组关联扫描。对跨越 QTL 间隔的关联面板进行分析,将间隔缩小到单个单倍型块。最后,我们使用对抗性和易感性 DH 群体进行测序定位,以识别间隔中与之前建议的 Yr7 候选基因具有高同源性的候选基因,并以更高的多态性密度填充 Yr7 间隔。我们强调了将测序映射结合起来的强大功能,它提供了区间内基于基因的分离多态性的完整列表,并具有关联映射面板的高重组、低 LD 精度。我们的测序映射方法适用于任何性状,我们的结果验证了该方法在小麦中的有效性,在小麦中,通过近乎完整的参考基因组序列,我们能够定义一个包含致病基因的小区间。
1 谷物和工业作物研究中心,农业经济研究与分析委员会 (CREA),意大利福贾,2 生命科学系,摩德纳和雷焦艾米利亚大学,雷焦艾米利亚,意大利,3 土壤、植物和食品科学系 (Di.SSPA),巴里“Aldo Moro”大学,意大利巴里,4 国际玉米和小麦改良中心 (CIMMYT),墨西哥,5 国际干旱地区农业研究中心 (ICARDA),摩洛哥拉巴特,6 植物病理学系,华盛顿州立大学,美国华盛顿州普尔曼,7 小麦健康、遗传学和质量研究组,美国农业部 - 农业研究服务局 (USDA-ARS),美国华盛顿州普尔曼,8 可持续农业研究所,Consejo Superior de Investigaciones Cientí西班牙科尔多瓦CSIC植物病理学系,9 美国明尼苏达州圣保罗市明尼苏达大学植物病理学系
目前,抗病基因的部署是最经济、最环保的农作物保护方法。然而,由于病原体的不断进化,抗病基因可能会迅速失效,尤其是当它们被单独部署时。因此,多基因抗性被认为是最持久的,但通过育种将这些基因组合起来并维持起来是一个费力的过程,因为有效基因通常是不相连的。部署具有单基因座遗传的多基因抗性是一项有前途的创新,它克服了这些困难,同时提高了抗性的持久性。由于基因组技术的重大进步,越来越多的植物抗性基因被克隆,从而能够开发抗性转基因堆栈 (RTGS),这些抗性基因都位于单个基因座上。目前,转基因小麦中已经开发出编码五种秆锈病抗性基因的基因堆栈,既提供了育种的简单性,又提供了潜在的抗性持久性。在植物病原体中开发类似的基因组资源,促进了效应基因的分离,在某些情况下,还能够验证 RTGS 中单个抗性基因的功能。这里以小麦秆锈病病原系统为例,说明宿主和病原体基因组学的进步如何有助于 RTGS 的发展,RTGS 是一种适用于许多其他农作物物种的策略。
作者 J Wang · 2023 年 · 被引用 5 次 — 在基因对基因概念 [10] 中,病原体 Avr 蛋白被同源宿主 R 蛋白识别,从而激活宿主防御反应 [9]。
1 西北农林科技大学植物保护学院,旱区作物逆境生物学国家重点实验室,陕西杨凌 712100 2 西北农林科技大学小麦抗逆改良创新中心,旱区作物逆境生物学国家重点实验室,陕西杨凌 712100 3 西北农林科技大学生命科学学院,旱区作物逆境生物学国家重点实验室,陕西杨凌 712100 4 中国科学院种子设计创新研究院,遗传与发育生物学研究所,植物细胞与染色体工程国家重点实验室,基因组编辑中心,北京 5 中国科学院大学现代农业学院,北京 6 西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室,杨凌 712100
条锈病菌 (Pst) 是一种破坏性的活体营养真菌病原体,可引起小麦条锈病。它通常喜欢凉爽潮湿的地方,在理想的发病条件下,可在单个田地中造成 100% 的作物产量损失。全球因使用杀菌剂减少条锈病损害而损失了数十亿美元。Pst 是一种大环异株真菌,需要主要宿主(小麦或草)和次要宿主(小檗属或十大功劳属)才能完成生命周期。在本综述中,我们总结了有关病原体生命周期、抗条锈病基因和小麦易感性的知识。最后,我们讨论了传统和现代育种工具对于开发抗 Pst 小麦品种的重要性。根据我们的研究结果,基因工程和基因组编辑是开发抗 Pst 小麦品种的较少探索的工具;因此,我们强调了利用先进的基因组修改工具(即碱基编辑和主要编辑)来开发抗 Pst 小麦。
我们采用了三种方法来定位抗黄锈病基因 Yr7 并识别小麦中的相关 SNP。首先,我们使用传统的 QTL 定位方法,即使用双单倍体 (DH) 群体,并将 Yr7 定位到 2B 染色体的低重组区域。为了精细定位 QTL,我们使用了关联定位面板。两个群体都进行了 SNP 阵列基因分型,允许根据常见的分离 SNP 进行 QTL 比对和全基因组关联扫描。对跨越 QTL 间隔的关联面板进行分析,将间隔缩小到单个单倍型块。最后,我们使用对抗性和易感性 DH 群体进行测序定位,以识别间隔中与之前建议的 Yr7 候选基因具有高同源性的候选基因,并以更高的多态性密度填充 Yr7 间隔。我们强调了将测序映射结合起来的强大功能,它提供了区间内基于基因的分离多态性的完整列表,并具有关联映射面板的高重组、低 LD 精度。我们的测序映射方法适用于任何性状,我们的结果验证了该方法在小麦中的有效性,在小麦中,通过近乎完整的参考基因组序列,我们能够定义一个包含致病基因的小区间。