小麥中對(duì)銹病的抗性的制作方法
【專利說明】小麥中對(duì)銹病的抗性 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及對(duì)葉銹病和/或條銹病抗性的小麥植物并且涉及用于產(chǎn)生其的手段和 方法。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 葉銹?。ㄓ烧婢←溔~銹菌(Puccinia triticina tritici)引起的）和條(黃)銹 病（由小麥條銹菌(Puccinia striiformis tritici)引起的）是主要的小麥疾病。葉銹病和 條銹病每年引起巨大的產(chǎn)量損失。在過去的幾年，在澳大利亞、中國、巴基斯坦、中亞和西 亞、中東（敘利亞和土耳其）、印度和美國報(bào)告了條銹病爆發(fā)，指示病原菌的毒力改變 (Wellings C R等人，2012.CAB International,第63-83頁）。還示出的是，新的條銹病菌株 開始適應(yīng)更高的接種溫度，這可以對(duì)病原菌的有害傳播做出解釋（Milus E A等人， 2006. Plant Disease,90:847-852)〇
[0004] 沙融山羊草（Sharon goatgrass)(沙融山羊草（Aegilops sharonensis Eig)) (AES)是小麥的野生二倍體(基因組SshSsh;2n = 14)親緣植物(relative)。它原產(chǎn)于以色列 和南黎巴嫩的海岸平原，在穩(wěn)定化的沙丘上生長。由Olivera等人（Olivera P . D .等人 2007. Plant Disease 91:942-950)，對(duì)在以色列收集的沙融山羊草品系的代表性樣品完成 的工作和來自谷物作物改進(jìn)研究所（Institute for Cereal Crops Improvement)(ICCI， 以色列）（Anikster Y.等人2005.Plant Disease 89:303-308)的數(shù)據(jù)揭示，許多登記物 (accession)對(duì)以葉銹病病原菌或條銹病病原菌的接種是高度抗性的。在ICCI，1800個(gè)新收 集的AES登記物的最近評(píng)價(jià)確證這些物種中對(duì)這些疾病是高頻率的抗性的。在許多這些品 系中的遺傳分析(01 ivera P·D·等人·2008·Phytopathology 98:353-358)說明抗性基因的 單基因遺傳。
[0005] 盡管沙融山羊草Ssh基因組與四倍體小麥和六倍體小麥的B基因組緊密相關(guān)，然而 兩個(gè)基因組不能被認(rèn)為是同源的。因此與從具有同源基因組的供體物種轉(zhuǎn)移相比，從沙融 山羊草的基因轉(zhuǎn)移可能是更難的。技術(shù)問題(例如，開花的時(shí)間、花藥開裂的時(shí)間）以及與小 麥的固有的低的可交配性(crossability)導(dǎo)致非常低的雜交結(jié)實(shí)率(hybrid seed set)。 其后，配對(duì)和染色體區(qū)段交換是稀少的。
[0006] 已經(jīng)利用不同的方法將來自野生親緣植物的基因轉(zhuǎn)移至小麥（例如，F(xiàn)eldman Μ.1983.Acta Biol.Yugoslav.Genet.15:145-161；Millet E.2007.Isr.J.Plant Sci.55: 277-287;Millet E 等人，2007.CAB International pp.554-563.;Qi L 等人， 2007.Chrom.Res.l5:3-19;Kilian B等人，2011.Aegilops.In Wild Crop Relatives: Genomic and Breeding Resources，Cereals·由C·Kole Springer-Verlag，Berlin Heidelberg編輯，第1-76頁），其中許多包括通過種間雜交的染色體復(fù)制和Ph基因的突變體 的使用產(chǎn)生雙倍體，Ph基因的突變體抑制同源配對(duì)，并且特別地phlb等位基因允許這樣的 配對(duì)。
[0007] 此外，沙融山羊草具有殺配子(Gc)基因 （Maan S S.1975.Crop Sci.l5:287-292; Endo T R. 1985.Jpn.J.Genet.60:125-135)。僅幾個(gè)AES登記物已經(jīng)在遺傳研究中被使用， 但其全部示出殺配子效應(yīng)，如未能獲得全純的系列的AES的添加品系所反映的。染色體4Ssh 一直被包含在育種后代中的發(fā)現(xiàn)(Zhang Η·等人2001.Theor.Appl.Genet 103:518-525)， 支持以下論點(diǎn):Gc基因引起其主染色體(hosting chromosome)的優(yōu)先傳遞。其在植物中的 存在伴隨著不攜帶Gc基因的配子的染色體斷裂，最終導(dǎo)致半不育穗型（semi-sterile spike)〇
[0008] 為了避免此殺配子效應(yīng)，可以使用"抗殺配子"小麥突變體(GC2^;Friebe B.等人 2003·Chromosoma 111:509-517)，其賦予正常染色體分離，而不是攜帶殺配子基因的染色 體的優(yōu)先的傳遞。
[0009] 盡管其對(duì)不同小麥疾病是高抗性的，然而沙融山羊草一直難以被開發(fā)以改進(jìn)小 麥。Marais等人(Marais G F等人，2003. S Afr J Plant Soil20:193-198)已經(jīng)鑒定沙融山 羊草中可能有用的抗性基因，所述抗性基因被基因滲入（introgress)在小麥常染色體中。 在另外的研究中，將葉銹病抗性基因和條銹病抗性基因（稱為Lr56/Yr38)從沙融山羊草轉(zhuǎn) 移至常見小麥的染色體6A中(Marais G F等人2006.Euphytica 149:373-380)。轉(zhuǎn)位破壞在 小麥染色體6A的長臂的區(qū)域內(nèi)發(fā)生。發(fā)現(xiàn)Lr56/Yr38轉(zhuǎn)位染色體是最有效的沙融山羊草染 色體，其長臂的末端區(qū)段被小麥6AL染色體的對(duì)應(yīng)區(qū)段替換。在降低轉(zhuǎn)移的染色質(zhì)的量的嘗 試中，他們在部分同源配對(duì)抑制基因 Phi的不存在下使用重組并且獲得攜帶Lr56/Yr38連鎖 基因的插入的亞端粒小基因滲入（sub-telomeric small introgression) (Marais G F等 A，2010.Euphytical71:15_22)。
[0010] 公認(rèn)的是，使用抗性品種是控制葉銹病和條銹病最有效且最經(jīng)濟(jì)的方式。然而，通 過許多當(dāng)前已知的基因賦予的抗性已經(jīng)被病原性真菌克服。此外，攜帶抗性基因的品系在 其農(nóng)業(yè)性狀中常是差的。
[0011] 國際（PCT)專利申請(qǐng)公布第W0 1995/029238號(hào)和第W0 1999/045118號(hào)公開了賦予 或以其他方式有助于植物中的抗病性，例如抵抗銹病和霉病的遺傳序列。該申請(qǐng)?zhí)峁┝四?夠產(chǎn)生抗病性植物，特別是抗病性作物品種的攜帶主題遺傳序列的轉(zhuǎn)基因植物。
[0012] 國際(PCT)專利申請(qǐng)公布第W0 2013/082335號(hào)涉及新的抗病性作物以及產(chǎn)生新的 抗病性作物的方法。具體地，該申請(qǐng)公開了包含來自小麥有關(guān)的草（中間偃麥草 (Thinopyrum intermedium)和長穗偃麥草(Th. Ponticum))的四個(gè)高度有效的抗病性基因 Lrl9、Sr25、Bdv3以及Qfhs.pur-7EL(全部在小麥染色體7D的長臂上）的小麥遺傳品系。預(yù)計(jì) 這些基因在小麥遺傳品系中保持結(jié)合，導(dǎo)致對(duì)黃矮病毒（yellow dwarf virus)、赤霉病 (fusarium head blight)、莖銹病、以及葉銹病具有降低的易感性的小麥遺傳品系。
[0013] 對(duì)于具有對(duì)葉銹病和條銹病抗性的商業(yè)上農(nóng)業(yè)小麥栽培品種存在公認(rèn)的需求且 其是高度有益的。
[0014] 發(fā)明概述
[0015] 本發(fā)明提供了對(duì)引起葉銹病和/或條銹病的高度毒性形式的柄銹菌屬(Puccinia) 真菌的抗性的小麥植物。具體地，本發(fā)明提供了高度適于農(nóng)業(yè)商業(yè)用途的抗性小麥栽培品 種。
[0016] 本發(fā)明部分地基于預(yù)料不到的發(fā)現(xiàn):沙融山羊草染色體的最小區(qū)段基因滲入小麥 染色體6B的中心區(qū)內(nèi)，賦予對(duì)葉銹病和/或條銹病的高抗性，同時(shí)不損害小麥種質(zhì)的農(nóng)藝性 狀，包括當(dāng)基因滲入進(jìn)入優(yōu)良小麥種質(zhì)（elite wheat germplasm)時(shí)。不希望被任何特定的 理論或作用機(jī)制所束縛，此現(xiàn)象可以歸因于沙融山羊草的迄今未知的基因座的基因滲入， 該基因座攜帶賦予對(duì)病原性真菌葉銹菌和條銹菌中的至少一種的抗性的基因。
[0017] 因此，根據(jù)一方面，本發(fā)明提供適于商業(yè)生長的小麥栽培品種，所述小麥栽培品種 含有包含沙融山羊草的染色體6Ssh的區(qū)段的遺傳元件，其中區(qū)段賦予或增強(qiáng)小麥栽培品種 對(duì)選自由葉銹病、條銹病或其組合組成的組的疾病的抗性。
[0018] 根據(jù)一些實(shí)施方案，遺傳元件由沙融山羊草染色體6Ssh的抗性賦予區(qū)段或抗性增 強(qiáng)區(qū)段組成。
[0019] 根據(jù)某些示例性實(shí)施方案，抗性賦予區(qū)段與位于短臂端粒(距離為0)和120cM之間 的沙融山羊草染色體6Ssh上的至少一個(gè)標(biāo)志物締合。根據(jù)其他示例性實(shí)施方案，至少一個(gè)標(biāo) 志物位于短臂端粒(距離為0)和71cM之間。根據(jù)一些實(shí)施方案，標(biāo)志物位于選自由在位置0 和位置16.4cM之間和在位置30cM和位置71 cM之間組成的組的位置處。
[0020] 根據(jù)又另外的實(shí)施方案，沙融山羊草染色體6Ssh的區(qū)段賦予對(duì)葉銹病的抗性并且 標(biāo)志物選自由aePt947170(映射在38.5。]\〇、36?丨948067(映射在38.9。]\〇、？切910(映射在 41.5cM)及其任何組合組成的組。根據(jù)另外的實(shí)施方案，沙融山羊草染色體6S sh的區(qū)段賦予 對(duì)條銹病的抗性并且標(biāo)志物選自由aePt947170(映射在38.5cM)、tPt0910(41.5cM)、 aePt948252(62 · lcM)、aePt948565和aePt947177(66 · 5cM)、aePt949079(86 · 8cM)及其任何 組合組成的組。
[0021] 根據(jù)另外的實(shí)施方案，沙融山羊草染色體6Ssh的區(qū)段賦予對(duì)葉銹病和條銹病的抗 性并且標(biāo)志物選自由aePt947170(映射在38.5cM)、tPt0910(41.5cM)及其任何組合組成的 組。
[0022] 根據(jù)某些實(shí)施方案，包括沙融山羊草染色體區(qū)段的遺傳元件被并入在小麥栽培品 種的染色體6B中。根據(jù)另外的實(shí)施方案，沙融山羊草染色體區(qū)段位于小麥栽培品種染色體 6B的中心部分中。
[0023] 根據(jù)某些示例性實(shí)施方案，沙融山羊草染色體區(qū)段賦予或增強(qiáng)對(duì)葉銹病以及對(duì)條 銹病的抗性。
[0024] 本發(fā)明的小麥植物是適于商業(yè)生長的栽培品種，但不限于特定的物種、株系或品 種。根據(jù)某些示例性實(shí)施方案，包括從沙融山羊草染色體衍生的遺傳元件的小麥栽培品種 是選自由圓錐小麥（Triticum turgidum)和普通小麥（Triticum aestivum)組成的組的物 種。
[0025]根據(jù)某些實(shí)施方案，小麥植物是對(duì)包含沙融山羊草染色體區(qū)段的染色體6B純合的 近交植物。根據(jù)其他實(shí)施方案，小麥植物是包含天然小麥染色體6B和包含沙融山羊草染色 體的區(qū)段的染色體6B的雜交的雜合植物。
[0026]根據(jù)某些實(shí)施方案，包含沙融山羊草染色體6Ssh區(qū)段的小麥栽培品種對(duì)選自由葉 銹病、條銹病或其組合組成的組的疾病是抗性的。根據(jù)某些示例性實(shí)施方案，小麥栽培品種 對(duì)葉銹病以及對(duì)條銹病是抗性的。
[0027]根據(jù)一些實(shí)施方案，小麥栽培品種包含功能性部分同源配對(duì)抑制基因 Phi。應(yīng)明確 地理解的是，小麥缺乏phi突變等位基因。
[0028]根據(jù)另外的實(shí)施方案，小麥栽培品種缺乏沙融山羊草殺配子Gc2基因和/或其突變 體。
[0029] 根據(jù)某些實(shí)施方案，銹病由真菌柄銹菌屬的物種引起。根據(jù)某些示例性實(shí)施方案， 葉銹病由葉銹菌引起。根據(jù)某些典型的實(shí)施方案，葉銹病由小麥葉銹菌引起。根據(jù)其他示例 性實(shí)施方案，條銹病由條銹菌引起。根據(jù)某些典型的實(shí)施方案，條銹病由小麥條銹菌引起。
[0030] 根據(jù)某些實(shí)施方案，相比于缺少引入的染色體區(qū)段的對(duì)應(yīng)的栽培品種，包含包括 沙融山羊草染色體區(qū)段的遺傳元件的小麥植物栽培品種具有等效的農(nóng)藝性狀。根據(jù)某些實(shí) 施方案，農(nóng)藝性狀選自但不限于生長速率、產(chǎn)量、對(duì)非生物脅迫(abiotic stress)的抗性以 及對(duì)除了柄銹菌屬之外的病原菌的抗性。根據(jù)某些示例性實(shí)施方案，小麥栽培品種是優(yōu)良 栽培品種。
[0031] 應(yīng)明確地理解的是，本發(fā)明的小麥栽培品種