结合基因关联和转录组分析鉴定小麦成株期抗条锈病位点YrZ501-2BL的候选基因

[目的]小麦条锈病是小麦的主要病害之一,每年都会对小麦产量安全造成严重危害,挖掘小麦抗条锈病基因,为小麦抗条锈病种质创新和揭示小麦抗条锈病遗传机制奠定基础.[方法]利用多组学手段结合全基因关联分析(GWAS)开展对小麦成株期抗条锈病性状的解析.首先对411份来自CIMMYT和ICARDA的春小麦进行全基因组关联分析,在小麦2BL染色体上定位到一个主效的成株期抗条锈病位点,并利用含有该位点的抗病材料Z501及感病亲本晋麦79的双亲群体进行连锁作图,成功验证了该位点抗性的稳定性,暂命名为YrZ501-2BL.在此基础上,通过基因注释、比较基因组分析、转录组分析和候选基因的关联分析对目标区间筛选候选基因.[结果]综合GWAS和连锁作图结果,将YrZ501-2BL锁定在小麦2B染色体0.26 Mb(575.706—576.587 Mb)范围内,根据中国春参考基因组注释信息分析,该区间含有12个基因,其中,高可信基因6个;利用在线网站,将目标区间所在的中国春参考基因组与其他已公布的不同倍性小麦基因组进行比较,发现该区间的6个高可信小麦基因基本都能在其他小麦材料中找到同源基因,且基因排列顺序相同,说明该区间可能不存在较大片段的插入、缺失、倒位等现象,可以利用参考基因组信息进行候选基因预测;结合抗病亲本Z501和感病亲本晋麦79的成株期接种条锈菌后的转录组数据,发现只有TraesCS2B02G406400、TraesCS2B02G406500和TraesCS2B02G406600受诱导表达,且抗感病亲本存在表达差异.根据中国春基因组注释,三者分别编码GATA转录因子、SH3P2蛋白和锌指蛋白.通过进一步的候选基因关联分析,发现只有SH3P2蛋白中存在与条锈病表型显著性差异的SNP位点(G/A),虽然该位点(G1369A)在2个可变剪切的转录本中均未引起氨基酸编码变化(TCG和TCA均编码丝氨酸),但可能与可变剪切有关,同时该位点(G1369A)的不同单倍型表型之间也存在极显著差异,进一步分析发现,在G1369A位点下游还有2个引起氨基酸改变的变异位点G1377A和G1431A,分别引起缬氨酸(GTT)到异亮氨酸(ATT)和缬氨酸(GTG)到甲硫氨酸(ATG)的改变,但这两个位点在455份重测序材料中所占比例只有0.87％,属于稀有变异,因此,未进行显著性检验.综上,推测TraesCS2B02G406500为YrZ501的重要抗