基于全基因组关联分析鉴定冬小麦抗细菌性叶条斑病的数量性状位点

《BMC Genomics》：Genome-wide association mapping of major QTLs for resistance to bacterial leaf-streak disease (Xanthomonas translucens pv. undulosa) in elite hard winter wheat germplasm

　　

摘要

背景

由波纹黄单胞菌波纹致病变种（Xanthomonas translucens pv. undulosa，简称Xtu）引起的细菌性叶条斑病（BLS）已成为美国北部大平原地区小麦（Triticum aestivum L）生产面临日益严重的威胁，在感病基因型中，严重流行可导致高达60%的产量损失[1]。尽管其经济影响日益增长，但小麦的遗传抗性疾病机制仍缺乏深入表征，已鉴定的抗性种质也非常有限。为此，本研究旨在评估由当代精英冬小麦品系组成的多样化区域种质观察苗圃（RGON）群体对BLS的抗性，并利用全基因组关联分析（GWAS）鉴定与抗性相关的基因组区域。

结果

本研究在温室受控条件下，采用1–9级病害严重程度评分标准，对412个精英硬冬小麦品系进行了BLS抗性表型鉴定。观察到了广泛的表型反应差异，尽管大多数材料表现为中等感病，病害严重程度评分在3至7之间（均值=5.5）。总体而言，鉴定出32个抗性品系，其病害严重程度评分低于3。经质量过滤后，多重限制性扩增子测序（MRASeq）产生了15,368个高质量SNP。群体结构分析揭示了五个遗传上不同的亚群体。采用BLINK和FarmCPU模型进行GWAS，在1B、2B、3B、3D、4A、4B和6B染色体上分别鉴定出七个显著标记性状关联位点（MTA），解释的表型变异范围在0.04%至16.6%之间。其中四个为解释表型变异超过10%的主要数量性状位点（QTL）。3B染色体与先前报道的抗性位点表现出强烈的共定位关系，而2B、4A、4B、1B、6B和3D染色体上的多个位点代表了BLS抗性的潜在新区域。17个高抗性品系在3B、4A、4B和6B染色体的主要位点上均持续携带有利等位基因。

结论

本研究阐明了适应美国北部大平原地区的硬冬小麦中BLS抗性的遗传架构，并鉴定出了已知的和新的抗性位点。本文报道的抗性种质和SNP标记将为分子标记辅助育种提供宝贵资源，从而加速抗BLS冬小麦品种的选育。