全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2011, 37(9): 1569−1576 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金项目(30425039, 30771341, 30971780, 31030056), 国家高技术研究发展计划(863计划)项目, 高等学校学科
创新引智计划(111计划)项目(111-2-03), 教育部长江学者与创新团队发展计划和中国农业大学研究生创新专项资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 刘志勇, E-mail: zhiyongliu@cau.edu.cn
第一作者联系方式: E-mail: liuziji1982@gmail.com
Received(收稿日期): 2011-03-02; Accepted(接受日期): 2011-04-27; Published online(网络出版日期): 2011-06-28.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20110628.1006.005.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2011.01569
小麦抗白粉病基因 pm42的 EST连锁图谱构建和比较基因组学分析
刘子记 朱 婕 华 为 杨作民 孙其信 刘志勇*
中国农业大学植物遗传育种系 / 北京市作物遗传改良重点实验室 / 教育部作物杂种优势研究与利用重点实验室, 北京 100193
摘 要: 目的基因精细遗传连锁图谱的构建是图位克隆的基础, 小麦功能基因精细遗传连锁图谱的构建依赖于比较
基因组学分析。水稻和短柄草(Brachypodium distachyon)基因组序列是小麦比较基因组学分析和功能基因精细遗传定
位的重要工具。本研究利用小麦、短柄草和水稻的基因组共线性关系对小麦抗白粉病基因 pm42 进行比较基因组学
分析, 明确了 pm42 基因所在 2BS 基因组区域与短柄草第 1 染色体和水稻第 3 染色体直系同源基因组区域的对应关
系, 开发出与抗白粉病基因 pm42连锁的 EST-SSCP (expressed sequence tag-single strand conformation polymorphism)
标记 CD452782和 BF201235, 以及 EST-STS (expressed sequence tag-sequence tagged site)标记 CJ674042、EB513371
和 CV771633, 构建了 pm42基因 EST标记遗传连锁图谱, CJ674042、BF201235、CD452782和 CV771633位于 pm42
近端粒侧, 距离 pm42的遗传距离分别为 1.9、12.0、19. 7和 25.7 cM; EB513371位于 pm42近着丝粒侧, 与 pm42的
遗传距离为 14.6 cM。整合原有的作图数据, 构建了 pm42基因的高密度比较基因组学遗传连锁图谱, pm42被定位于
3.3 cM的区间, 该区间对应于短柄草 66 kb的基因组区域及水稻 69 kb的基因组区域。该结果为抗白粉病基因 pm42
高密度精细遗传连锁图谱构建、分子辅助选择和基因聚合奠定了基础。
关键词: 小麦抗白粉病基因; pm42; 比较基因组学; 二穗短柄草; 共线性; EST-STS; EST-SSCP
Comparative Genomics Analysis and Constructing EST Markers Linkage Map
of Powdery Mildew Resistance Gene pm42 in Wheat
LIU Zi-Ji, ZHU Jie, HUA Wei, YANG Zuo-Min, SUN Qi-Xin, and LIU Zhi-Yong*
Department of Plant Genetics & Breeding, China Agricultural University / Beijing Key Laboratory of Crop Genetic Improvement / Key Laboratory of
Crop Heterosis Research & Utilization, the Ministry of Education, Beijing 100193, China
Abstract: Constructing fine genetic linkage map of target gene provides a starting point for map-based cloning. Fine genetic
mapping of functional genes in wheat has benefited greatly from comparative genomics analysis. The genome sequences of rice
and Brachypodium distachyon provide powerful tools for comparative genomics analysis and fine genetic mapping of target gene
in wheat. In the present study, comparative genomics analysis using wheat-Brachypodium-rice genomic colinearity showed that
genomic region containing pm42 in wheat 2BS was orthologous to Brachypodium chromosome 1 and rice chromosome 3. Two
EST-SSCP markers, CD452782 and BF201235, three EST-STS markers, CJ674042, EB513371, and CV771633, linked to pm42
were developed and an EST marker-based genetic linkage map of pm42 was constructed. CJ674042, BF201235, CD452782, and
CV771633 were distal to pm42 with genetic distances of 1.9, 12.0, 19.7, and 25.7 cM, respectively. EB513371 was proximal to
pm42 with a genetic distance of 14.6 cM. An integrated high-density comparative genomics genetic linkage map of pm42 was
constructed and the powdery mildew resistance gene was mapped in a 3.3 cM interval orthologous to 66 kb and 69 kb genomic
regions in Brachypodium chromosome 1 and rice chromosome 3, respectively, providing useful information for the fine mapping,
molecular assisted selection and gene pyramiding of pm42.
Keywords: Resistance gene to wheat powdery mildew; pm42; Comparative genomics; Brachypodium distachyon; Colinearity;
1570 作 物 学 报 第 37卷

EST-STS; EST-SSCP
小麦是重要粮食作物, 其产量和品质与国民经
济的发展和人民生活水平的提高有着密切的关系。
小麦白粉病是影响小麦产量和品质的一种世界性病
害, 培育抗病品种是防治小麦白粉病最为经济、有
效和环保的措施。利用分子标记技术进行分子标记
辅助选择和抗病基因累加, 是提高抗病广谱性和持
久性的有效途径。
普通小麦是异源六倍体作物, 其基因组大小约
为 17 300 Mb [1], 重复序列达 80%以上, 这为小麦基
因组学研究带来障碍。因此, 构建小麦功能基因高
密度遗传连锁图谱, 需要借助于其他资源。小麦具
有丰富的 EST (expressed sequence tag)资源。Qi等[2]
利用中国春小麦缺失系材料将 16 000多个 EST位点
定位到小麦不同染色体的特定物理区间, 这些 EST
的序列及定位信息为构建目的基因的高密度饱和遗
传连锁图谱提供了强有力的工具。
SSCP (single strand conformation polymorphism)
技术即单链构象多态性, 是 1989年由Orita等[3]首次
提出作为检测 DNA 多态性和序列变异的一种新方
法。SSCP 技术的基本原理是 PCR 产物经高温变性
后产生单链DNA分子, 该分子可折叠形成一定的空
间构象, 根据相同长度不同构象的DNA单链在非变
性聚丙烯酰胺凝胶中的电泳速率可检测多态性。Lu
等[4]根据定位在小麦染色体 5BL 0.75~0.76区段的小
麦 EST序列, 利用 SSCP技术开发了一系列 EST标
记, 构建了覆盖 Tsn1基因区域的高密度遗传连锁图
谱。Bottley 等[5]利用 SSCP 技术研究了异源六倍体
小麦部分同源基因的沉默情况。Delaunay 等[6]利用
SSCP技术分析了大麦黄矮病毒的生物学特征。
比较基因组学研究发现, 禾本科植物基因组间
存在很高的共线性关系。Draper 等[7]指出禾本科植
物二穗短柄草 (Brachypodium distachyon)与小麦的
亲缘关系比水稻与小麦的亲缘关系更近, 可作为一
种新的模式植物应用于温带禾本科植物的比较基因
组学研究。Bossolini 等[8]对小麦、短柄草和水稻的
Lr34 基因位点直系同源基因组区域的比较研究及
Faris等[9]对二倍体小麦、短柄草和水稻对应的 Q基
因位点的比较分析表明小麦跟短柄草的亲缘关系要
比小麦跟水稻的亲缘关系更近一些。将短柄草基因
组序列和小麦 EST序列信息结合起来开发小麦 EST
基础上的分子标记, 可以为加密目标基因的分子标
记连锁图谱提供一条有效的途径。
Hua 等[10]利用 SSR (simple sequence repeat)、
SCAR (sequence-characterized amplified region)和
EST-STS (expressed sequence tag-sequence tagged
site)分子标记技术, 将来源于野生二粒小麦的抗白
粉病基因 pm42定位于小麦染色体 2BS bin 0.75~0.84
区段。为了进一步构建覆盖 pm42 基因区域高密度
遗传连锁图谱, 本研究利用 SSCP 技术及比较基因
组学的原理开发一系列与小麦抗白粉病基因 pm42
连锁的 EST-SSCP和 EST-STS标记, 构建 pm42比较
基因组学连锁图谱。
1 材料与方法
1.1 植物材料
本研究所选用的材料同 Hua等[10]。抗病亲本为
普通小麦品系 P63, 感病亲本为普通小麦品种薛早,
作图群体为 P63 和薛早杂交产生 F2 分离群体, 共
124个单株。遗传分析表明, 普通小麦品系 P63对白
粉病的抗性是由隐性单基因控制的, 该基因被正式
命名为 pm42 [10]。
1.2 分子标记分析
选取 10 株纯合抗病单株和 10 株纯合感病单株
的 DNA, 分别取等量构建 DNA抗病池和 DNA感病
池, 进行抗白粉病基因 pm42连锁标记的筛选。
PCR 反应体系为 10 µL, 包括 10 mmol L−1
Tris-HCl (pH 7.5), 50 mmol L−1 KCl, 1.5 mmol L−1
MgCl2, 0.2 mmol L−1 dNTPs, 50 ng引物, 0.5 U Taq
DNA 聚合酶和 60~120 ng 模板 DNA。扩增程序为
94℃预变性 5 min; 94℃变性 40 s, 50~60℃ (根据具
体引物的退火温度而定)退火 40 s, 72℃延伸 1 min,
35 个循环; 72℃终延伸 10 min。PCR 产物保存于
4℃。5 µL扩增产物与 2 µL上样缓冲液混合经 8%
非变性聚丙烯酰胺(丙烯酰胺∶甲叉双丙烯酰胺 =
39∶1)凝胶电泳, 银染显色, 统计带型。
1.3 EST-STS和 EST-SSCP分析
选取小麦 2BS bin 0.75~0.84染色体区段的 EST
引物 (http://avena.pw.usda.gov/SNP/new/pcr_primers.
shtml) 进行扩增, 在 8%非变性聚丙烯酰胺凝胶(丙
烯酰胺∶甲叉双丙烯酰胺=39∶1)上筛选抗、感亲本
间具有多态性的 EST-STS标记。对于无多态性的引
物组合进行 SSCP分析寻找多态性, SSCP分析时用
上样缓冲液(98%去离子甲酰胺, 10 mmol L−1 EDTA,
第 9期 刘子记等: 小麦抗白粉病基因 pm42的 EST连锁图谱构建和比较基因组学分析 1571


pH 8.0, 0.05%二甲苯氰和 0.05%溴酚蓝)将 PCR扩增
产物稀释 3倍, 在 PCR仪上于 98℃变性 12 min, 取
出后置冰上 6 min, 上样 5 µL于 12%非变性聚丙烯
酰胺凝胶(丙烯酰胺∶甲叉双丙烯酰胺=29∶1), 以
预冷的电泳缓冲液 0.5× TBE, 恒压 100 V电泳 24 h,
银染显色, 统计带型。
1.4 比较基因组学分析
利用与 pm42 基因紧密连锁的 EST-STS标记[10]
的序列比对水稻和短柄草的基因组序列, 确定水稻
和短柄草基因组中对应的直系同源位点, 并将其附
近的基因进行功能注释, 利用这些基因的序列比对
小麦的 EST 数据库, 搜寻同源的小麦 EST序列, 设
计 PCR引物。
1.5 数据分析
利用 Mapmaker3.0软件[11]计算分子标记与抗病
基因之间的遗传距离, LOD值为 3.0。利用 MapDraw
V2.1 软件[12]绘制抗白粉病基因 pm42 的遗传连锁
图谱。
2 结果与分析
2.1 利用 SSCP 技术开发与抗白粉病基因 pm42
连锁的 EST-SSCP标记
筛选到 3 个与抗白粉病基因 pm42 连锁的
EST-STS 标记[10], 对于无明显多态性的 EST-STS 引
物进一步进行 SSCP 分析 , 发现其中 4 对引物
(CD452782、CD453552、BF201235 和 BQ159450)
在抗病亲本和感病亲本间及抗病池和感病池间均能
扩增出明显的多态性。经 F2 分离群体验证 ,
EST-SSCP标记, CD452782和 BF201235与小麦抗白
粉病基因 pm42 存在连锁关系(表 1、图 1 和图 2)。
CD452782 为与抗病性相斥的分子标记, BF201235
为共显性的分子标记, CD452782 和 BF201235 均位
于 pm42近端粒侧, 与 pm42的遗传距离分别为 19.7
cM和 12.0 cM。

表 1 与抗白粉病基因 pm42连锁的 EST标记
Table 1 EST markers linked to powdery mildew resistance gene pm42
EST标记
EST marker
正向引物
Forward primer (5′–3′)
反向引物
Reverse primer (5′–3′)
CD452782 TCACACCTTCCCCAAGTTTC TCACACGCTTCTTCATTTGC
BF201235 GGAGTTTGAGAACGCCAGAG AAAGCTTGGCAATCCTCTCA
CJ674042 CTGCATGCTGTATAAGGGAAC GGTGAGGTGGATAGTTGTTGAG
EB513371 ATAGACGAACGGGCAGTGCT GTATTCGGAAGGCAAAGCGG
CV771633 AAAAGCAGGCTGGTACCGGTC AGTTGAACTCCGCGTCGATGA

图 1 与抗白粉病基因 pm42连锁的 EST标记 CD452782 (A)、BF201235 (B)和 CV771633 (C)的扩增结果
Fig. 1 Amplification patterns of pm42-linked EST markers CD452782 (A), BF201235 (B), and CV771633 (C)
M: 100 bp DNA ladder; 1: P63; 2: 薛早; 3~8: 纯合感病单株; 9~14: 纯合抗病单株; 14*: 交换单株。
M: 100 bp DNA ladder; 1: P63; 2: Xuezao; 3–8: Homozygous susceptible plants; 9–14: Homozygous resistant plants;
14*: Recombinant plant.

2.2 比较基因组学分析
利用与 pm42 连锁的 EST 标记 CD452782、
Xcau516、BF201235、BQ160080、BF146221 和
BQ160588 的序列[10]比对短柄草和水稻的基因组序
列。其中, CD452782与短柄草第 5染色体上的基因
Bradi5g02160 和水稻第 4 染色体上的基因 Os04g-
1572 作 物 学 报 第 37卷


图 2 抗白粉病基因 pm42比较基因组学连锁图谱
Fig. 2 Comparative genomics linkage map of powdery mildew resistance gene pm42

0106300存在同源性关系; Xcau516与短柄草第 5染
色体上的基因 Bradi5g02400和水稻第 4染色体上的
基因 Os04g0102500 存在同源性关系; BF201235 与
短柄草第 5染色体上的基因 Bradi5g- 02890和水稻
第 12染色体上的基因 Os12g0277500存在同源性关
系 ; BQ160080 与短柄草第 3 染色体上的基因
Bradi3g08420 和 水 稻 第 2 染 色 体 上 的 基 因
Os02g0224400存在同源性关系; BF146221与短柄草
第 1染色体上的基因 Bradi1g65440和 Bradi1g16660
存在同源性关系 , 与水稻第 3 染色体上的基因
Os03g0293500、第 5染色体上的基因 Os05g0469800
和第 7染色体上的基因Os07g0693100存在同源性关
系。由于 BQ160588和 BF146221是来自于同一个基
因的 EST 序列, 因此 BQ160588 与短柄草和水稻基
因组序列的比对结果同 BF146221的比对结果一致。
表明 pm42 基因所在小麦 2BS 染色体区域在短柄草
第 1 和第 5 染色体及水稻第 4 和第 3 染色体区域存
在同源关系, 无法确定 pm42 基因在短柄草和水稻
基因组中对应的直系同源区域。由于标记 BF146221
和 BQ160588 与 pm42 紧密连锁, 因此我们试图以
EST-STS标记 BF146221和 BQ160588为起点, 在短
柄草和水稻基因组中寻找其直系同源基因, 对这一
基因附近的基因组区域进行比较基因组分析, 开发
小麦 EST标记。
NCBI数据库 Blast分析结果表明, 小麦 EST序
列 BF146221和 BQ160588与短柄草第 1染色体上的
Bradi1g65440 基因和水稻第 3 染色体上的 Os03g-
0293500基因直系同源。对 Bradi1g65440和 Os03g-
0293500基因附近的各约 30个基因进行功能注释和
比较分析结果表明, 短柄草第 1染色体 241 kb基因
组区间(Bradi1g65300~Bradi1g65590)与水稻第 3 染
色体 298 kb 基因组区间 (Os03g0295600~Os03g-
0289800)存在良好的微共线性关系。在短柄草该直
系同源基因组区域预测到 30个基因, 在水稻该直系
同源基因组区域预测到 35 个基因, 其中 21 个基因
在水稻和短柄草基因组间是直系同源的(表 2)。
2.3 开发与抗白粉病基因 pm42连锁的 EST-STS
标记
利用 Bradi1g65440 附近的 30 个短柄草基因的
序列(Bradi1g65300~Bradi1g65590)比对小麦 EST 数
据库, 对每个短柄草基因同源的小麦 EST 序列进行
拼接, 参考短柄草和水稻直系同源基因的内含子和
外显子结构特征, 设计跨越内含子的小麦 EST引物,
在抗、感亲本和抗、感混合池间筛选多态性的
EST-STS 标记。结果发现, 3 个 EST-STS 标记,
CJ674042、EB513371和 CV771633在抗病亲本和感
病亲本间及抗病池和感病池间均能扩增出多态性的
DNA片段, 经 F2分离群体验证, 这 3个 EST-STS标
记与小麦抗白粉病基因 pm42 存在连锁关系(表 1、
图 1 和图 2)。其中 CJ674042 为共显性的分子标记,
位于 pm42近端粒侧, 与 pm42的遗传距离为 1.9 cM;
EB513371 为与抗病性相引的分子标记, 位于 pm42

第 9期 刘子记等: 小麦抗白粉病基因 pm42的 EST连锁图谱构建和比较基因组学分析 1573


表 2 抗白粉病基因 pm42基因组区域与短柄草和水稻基因组的直系同源关系
Table 2 Orthologous relationships between Brachypodium, rice, and powdery mildew resistance gene pm42 genomic region in wheat
小麦标记
Wheat marker
短柄草基因
Brachypodium gene
水稻基因
Rice gene
功能预测
Predicted function
Bradi1g65300 Os03g0295600 Kinase family protein
Bradi1g65310 Os03g0295500 NADH-ubiquinone oxidoreductase
Bradi1g65320 Os03g0294900 Ubiquitin activating enzyme
Bradi1g65330 Os03g0294900 Ubiquitin activating enzyme
CJ674042 Bradi1g65340 Os03g0294800 ATP binding protein
Bradi1g65350 Os03g0294700 Ethylene-overproduction protein
Bradi1g65360 Vacuolar protein sorting protein
Bradi1g65370 Retrotransposon protein
Bradi1g65380 Hypothetical protein
Bradi1g65390 Importin beta-like protein
Bradi1g65400 Os03g0294500 Hypothetical protein
Bradi1g65410 Os03g0294300 6b-interacting protein
Bradi1g65420 Os03g0294200 Fructose-6-phosphate 2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase
EB513371 Bradi1g65430 Os03g0294100 Pherophorin like protein
BF146221, BQ160588 Bradi1g65440 Os03g0293500 Pyruvate decarboxylase
Bradi1g65450 Os03g0293400 Basic helix-loop-helix family protein
Bradi1g65460 Retrotransposon protein
Bradi1g65470 Os03g0293100 Hypothetical protein
Bradi1g65480 Os03g0293000 Heat shock protein binding protein
Bradi1g65490 Os03g0292800 Ran-binding protein
Bradi1g65500 Protein kinase domain containing protein
Bradi1g65510 Os03g0292200 Mitochondrial carrier protein
Bradi1g65520 Os03g0292100 Putative serine/threonine phosphatase
Bradi1g65530 Os03g0291800 Leaf senescence related protein-like
Bradi1g65540 Asparagine synthetase
CV771633 Bradi1g65550 Os03g0290900 AtPMR5 (POWDERY MILDEW RESISTANT 5)
Bradi1g65560 PHD-type zinc finger protein-like
Bradi1g65570 Os03g0290500 Transmembrane protein
Bradi1g65580 Omega-3 fatty acid desaturase
Bradi1g65590 Os03g0289800 Leucoanthocyanidin dioxygenase

近着丝粒侧 , 与 pm42 的遗传距离为 14.6 cM;
CV771633 为与抗病性相斥的分子标记, 位于 pm42
近端粒侧, 与 pm42的遗传距离为 25.7 cM。基因功
能注释及比较分析表明, 小麦 EST标记 CJ674042、
EB513371、BF146221、BQ160588 和 CV771633 覆
盖的抗白粉病基因 pm42 基因组区域对应的短柄草
第 1 染色体和水稻第 3 染色体基因组区域存在良好
的共线性关系。小麦、短柄草和水稻对应基因组区
域的比较分析发现, 水稻在基因顺序上存在倒位现
象(表 2 和图 2)。位于直系同源区域的短柄草基因
Bradi1g65550 和水稻基因 Os03g0290900 是拟南芥
抗白粉病基因 PMR5 的同源基因, 根据短柄草基因
Bradi1g65550 和同源的小麦 EST 序列开发了小麦
EST-STS标记 CV771633, 经 F2分离群体验证, 基因
Bradi1g65550、Os03g0290900 和 PMR5 不是 pm42
的直系同源基因。整合原有的作图数据 , 构建了
pm42 基因的高密度比较基因组学遗传连锁图谱 ,
pm42 被界定于 3.3 cM 的区间, 该区间对应于短柄
草 66 kb的基因组区域, 对应于水稻 69 kb的基因组
区域, 在短柄草该基因组区域预测到 9 个基因, 在
水稻该基因组区域预测到 8个基因。
3 讨论
小麦白粉病是由专性寄生的白粉病菌引起的危
1574 作 物 学 报 第 37卷

害小麦生产的一种常见病害, 合理利用抗病基因培
育抗病品种是防治小麦白粉病最为有效的措施。构
建覆盖抗病基因区域高密度的遗传连锁图谱是进行
抗病基因分子辅助选择和基因聚合的有利条件。许
多小麦重要功能基因 (包括抗病基因 )已经构建了
SSR 等分子标记基础上的遗传连锁图谱, 但由于缺
乏小麦基因组序列信息, 对目标功能基因进行精细
定位难度较大。
SSCP 技术即单链构象多态性, 主要是由单链
构象不同造成的。SSCP技术具有高灵敏度, 操作比
较简单等优点, 已被广泛应用于检测突变位点及基
因定位等方面的研究。王翠亭等[13]利用 SSCP 分析
技术检测了小麦耐盐突变体, 并结合测序技术确定
了突变位点。Ujino-Ihara 等[14]利用 SSCP 技术筛选
多态性的 STS 标记, 并将这些标记整合到日本柳杉
的遗传连锁图谱中。本研究在初步进行 EST-STS引
物多态性筛选的基础上, 对于没有检测到多态性的
EST-STS引物组合进行 SSCP分析, 进一步筛选到 2
个与抗白粉病基因 pm42连锁的 EST-SSCP标记。
禾本科作物水稻基因组测序的完成[15]以及小麦
丰富的 EST序列及定位信息[2]为利用禾本科作物的基
因组共线性关系进行比较基因组学分析奠定了基础。
小麦功能基因 VRN1[16]、VRN2[17]、Ph1[18]、Gpc-B1[19]
和 VRN3[20]的克隆均利用了小麦和水稻的比较基因
组学分析。然而, Guyot等[21]和 Yahiaoui等[22]对小麦
抗叶锈病基因 Lr10[23]和抗白粉病基因 Pm3 位点与
水稻的基因组比较分析表明 , 水稻基因组中存在
Lr10 和 Pm3 的同源基因, 但并不位于 Lr10 和 Pm3
基因组区域的直系同源区域。这表明含抗病基因的
基因组区域可能存在大量的基因组重排, 破坏了小
麦和水稻的共线性关系, 直接利用水稻基因组中的
抗病基因序列进行小麦的抗病基因定位不太可行。
短柄草最近作为新的禾本科模式植物已经完成基因
组测序[24]。研究表明, 小麦与短柄草的亲缘关系比
小麦与水稻的亲缘关系更近, 可作为小麦比较基因
组学分析, 开发小麦 EST 多态性标记, 及小麦目标
基因高密度精细遗传连锁图谱构建的有力工具。
Zhang 等[25]根据小麦-短柄草-水稻基因组的共线性,
利用比较基因组学的方法构建了抗白粉病基因
Ml3D232的高密度 EST-STS标记连锁图谱。
短柄草与小麦比较基因组学分析表明, 短柄草
第 1染色体和第 5染色体与小麦 2B染色体存在良好
的共线性关系 [24], 本研究中标记 CD452782、
Xcau516和BF201235在短柄草基因组中对应的直系
同源位点位于第 5 染色体 , 标记 CJ674042、
BQ160588、BF146221和 EB513371在短柄草基因组
中对应的直系同源位点位于第 1染色体。利用小麦-
短柄草-水稻的微观共线性进行比较基因组学分析
表明, 小麦抗白粉病基因 pm42 所在的基因组区域
与短柄草的第 1 染色体和水稻的第 3 染色体存在良
好的共线性关系(表 2和图 2)。在水稻直系同源基因
组区域预测到 35个基因, 在短柄草直系同源基因组
区域预测到 30 个基因, 其中 21 个基因在水稻和短
柄草基因组间是直系同源的。通过对短柄草该基因
组区域的功能基因注释和序列比对, 利用小麦-短柄
草-水稻的比较基因组学分析开发了 3 个与 pm42 连
锁的 EST-STS 标记。pm42 被进一步定位于 3.3 cM
的区间, 该区间对应于短柄草 66 kb 的基因组区域,
对应于水稻 69 kb 的基因组区域, 这为进一步开发
与 pm42 紧密连锁的分子标记, 构建抗白粉病基因
pm42高密度精细遗传连锁图谱奠定了基础。为了构
建抗白粉病基因 pm42 高密度精细遗传连锁图谱,
我们将进一步利用小麦-水稻-短柄草的比较基因组
学原理, 开发与 pm42 紧密连锁的 EST 标记。比较
小麦 EST-STS标记在 2BS遗传图谱上位置与其在短
柄草、水稻基因组中所对应的基因顺序关系, 可以
发现短柄草与水稻在该基因组区域线性关系较好 ,
而小麦基因组区域存在重排现象。这种基因组的重
排可能是由于染色体片段的倒位、重复、插入和缺
失引起的。大麦抗叶锈病基因 Rph16[26]及 Rph7[27]
所在基因组区域均存在大麦和水稻共线性关系被打
乱的现象。植物抗病基因在基因组中常成簇存在 ,
进化速度较快, 经常破坏基因组间的共线性。
4 结论
开发了与小麦抗白粉病基因 pm42连锁的 2个
EST-SSCP 标记和 3 个 EST-STS 标记, 构建了覆盖
抗白粉病基因 pm42 基因组区域高密度的遗传连锁
图谱。pm42被界定在 3.3 cM的区间, 该区间对应于
短柄草 66 kb的基因组区域及水稻 69 kb的基因组区
域。
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