全基因组关联研究揭示了与埃及种族抗条锈病相关的基因组区域GydF4y2Ba

背景GydF4y2Ba

小麦条纹锈病（由GydF4y2Ba柄锈菌striiformisGydF4y2BaF。sp。GydF4y2BaTritici.GydF4y2Ba)，是造成巨大产量损害的主要病害。在过去的几年中出现了新的病原体种族，并导致抗性基因型的崩溃。在埃及，一些抗性基因型近年来开始对条锈病敏感。这种情况增加了产生具有持久抗性的新基因型的需要。此外，在全球范围内从现有的小麦基因型中寻找新的抗性来源有助于加强育种工作。GydF4y2Ba

结果GydF4y2Ba

最近的一项研究中，从不同十四个国家的一组103春小麦基因型被评估为其抗条纹锈病两年的田间。这些基因型包括来自旧品种的17个埃及基因型。据报道，103个春小麦基因型对埃及的环境条件很好。出于测试的基因型，发现来自四个不同国家的八种基因型在两年内都被抗性。使用基因分型进行基因分型，并在基因组 - 宽协会研究中使用一组26,703个SNP。发现位于染色体2A和4A上的五个SNP标记，据发现，两年内的抗性显着相关。鉴定了与抗病抗性相关的三种基因模型，这些重要的SNP潜水相关。检测到一种免疫伊朗基因型，具有来自最耐埃及基因型的不同等位基因的最多不同的等位基因。GydF4y2Ba

结论GydF4y2Ba

这些基因型对埃及条锈病小种的抗性存在高度变异，证实了埃及小麦基因型对条锈病抗性的可能提高。所鉴定的5个SNP标记均稳定，可用于不同遗传背景下的标记辅助选择。免疫伊朗基因型和埃及基因型之间的杂交将提高埃及的条锈病抗性。GydF4y2Ba

小麦条纹锈病（GydF4y2Ba柄锈菌striiformisGydF4y2BaF。sp。GydF4y2BaTritici），GydF4y2Ba又称黄锈GydF4y2Ba，GydF4y2Ba是世界上最具破坏性的小麦病害之一。它会造成10%到100%的产量损失[GydF4y2Ba1GydF4y2Ba]．2000年前后出现新的条锈病小种，传播迅速，造成重大的产量损失[GydF4y2Ba2GydF4y2Ba，GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba]．这些新的种族更具侵略性和宽容，高温高于以前的比赛[GydF4y2Ba4GydF4y2Ba]．在埃及，新的条纹小种的出现导致一些最具抗性的品种失去抗性，如Misr_2、Giza_168和Sakha_61 [GydF4y2Ba5GydF4y2Ba]．此外，埃及小麦品种间缺乏遗传多样性是一个严重的问题，这可能会增加条锈病的毒力，导致埃及小麦产量和生产力大幅下降。GydF4y2Ba

条纹锈病可以通过杀菌剂的应用来控制。然而，条纹防锈基因型的利用是一种更经济上可行和环保的解决方案[GydF4y2Ba6GydF4y2Ba]．此外，大多数农民都滥用杀菌剂申请。鉴定了许多条纹的抗锈病基因，总数为74个正式指定，暂时命名为条纹抗锈病基因超过40个[GydF4y2Ba6GydF4y2Ba，GydF4y2Ba7GydF4y2Ba，GydF4y2Ba8GydF4y2Ba]．不幸的是，大多数这些被识别的基因都是特定种族的，这使得它们对新种族无效[GydF4y2Ba9GydF4y2Ba]．因此，种族非特异性抗性基因更持久，因为它们对许多病原体种族有效。例如,基因GydF4y2BaYr5GydF4y2Ba［GydF4y2Ba10.GydF4y2Ba]，GydF4y2BaYR15.GydF4y2Ba［GydF4y2Ba11.GydF4y2Ba),而GydF4y2BaYr18GydF4y2Ba［GydF4y2Ba12.GydF4y2Ba]对新的有效和耐用GydF4y2Bap . striiformisGydF4y2Ba比赛。因此，积累耐条锈病基因是育种工作的迫切需要和重要目标之一。GydF4y2Ba

条纹抗抗锈蚀性繁殖的最重要步骤是鉴定在目标环境下有效的抗性基因。抗性基因的鉴定是标记辅助选择和抗性育种的基本步骤。小麦基因分型与不同类型的分子标记，例如分集阵列技术（DART）和重复的简单序列（SSR）有助于鉴定抗性基因的存在。此外，新的测序方法，例如基因分型逐序列（GBS）产生几种单一核苷酸多态性（SNP）标记，其覆盖小麦基因组的高百分比[GydF4y2Ba13.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba14.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba15.GydF4y2Ba]．这些单核苷酸多态性为小麦育种工作者利用全基因组关联研究(GWAS)、基因组选择和遗传多样性研究提供了更多有关抗条锈病遗传控制的信息。GydF4y2Ba

与传统的QTL映射和联动不平衡（LD）相比，GWA产生更多分辨率关联映射，耗时较少，更成本效益GydF4y2Ba16.GydF4y2Ba]．GWAS是一种强大的方法，通过利用连锁不平衡来识别与复杂性状相关的新等位基因，并检查标记-性状关联[GydF4y2Ba17.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba18.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba19.GydF4y2Ba]．它已成功应用于研究小麦抗病抗性的遗传建筑[GydF4y2Ba20.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba21.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba22.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba23.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba24.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba25.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba26.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba27.GydF4y2Ba]．对于条纹防锈，GWA被报告为识别控制阻力的大量有利等位基因的有效工具[GydF4y2Ba28.GydF4y2Ba]．利用GWAS对条锈病抗性进行了许多研究，并鉴定了许多控制抗性分布的qtl [GydF4y2Ba29.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba30.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba31.GydF4y2Ba]．此外，许多简单序列重复(SSR)、序列标记位点(STS)、序列特征扩增区(SCAR)、多样性阵列技术(DArT)和竞争性等位基因特异性PCR (KASP)标记已被报道为小麦抗条锈病基因MAS的良好标记[GydF4y2Ba32.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba33.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba34.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba35.GydF4y2Ba]．此外，Maccaferri等人(2015)报道了对美国种族的抗性的关联图谱GydF4y2Bap . striiformisGydF4y2Ba利用全球范围内的春小麦DArT标记进行基因分型。评估从世界不同国家收集的小麦基因型有助于确定可能的抗性来源。随着埃及品种的条锈病抗性开始被打破，因此迫切需要在小麦种质中寻找其他的抗性来源。然而，评估的基因型必须适应埃及的条件，才能在育种计划中用作亲本。在最近的研究中，我们使用了103个春小麦基因型，这些基因型来自世界各地14个不同的国家，并且很好地适应了埃及的环境(Dr. Ahmed Sallam, personal communication)。本研究的目的是:(1)了解埃及小麦对条锈病的抗性及来自世界各国的小麦基因型;(2)鉴定与埃及小麦条锈病抗性相关的等位基因标记;(3)选择小麦抗条锈病的最佳基因型。GydF4y2Ba

为检验抗条锈病的方差分析，采用arcsin方根法对数据进行转换。在这两年中，夏皮罗-威尔克正态性检验具有高度显著性GydF4y2BapGydF4y2Ba2.116 e的值GydF4y2Ba^{-08年GydF4y2Ba}和4.129 eGydF4y2Ba^{-08年GydF4y2Ba}确认未转换数据的非正态分布。与未转换的数据相比，转换后的数据更符合正态分布(补充图)GydF4y2Ba1GydF4y2Ba和GydF4y2Ba2GydF4y2Ba）.方差分析揭示了条纹耐锈抗性基因型之间的显着差异（表GydF4y2Ba1GydF4y2Ba）.2019年和2020年的感染系数(CI)分别为0 - 100%和0 - 95%(图)GydF4y2Ba1GydF4y2Ba）.多年和基因型之间的互动之间发现了强烈的显着差异。这两年的广义遗传性很高（HGydF4y2Ba^2GydF4y2Ba_BGydF4y2Ba= 0.73)。GydF4y2Ba

基于CI，19和8种基因型，分别在2019年和2020年显示0％CI。此外，六和13个基因型在2019年和2020年分别对CI进行了4％以下的抗性。2019年和2020年，抗性基因型（含有0-4％的CI）的总数分别为24和19个基因型。两年内只有八种基因型耐锈病（图GydF4y2Ba2GydF4y2Ba和表格GydF4y2Ba2GydF4y2Ba）.这些基因型是;一个加拿大基因型（PI_556465），一个沙特阿拉伯基因型（PI_574347），两个伊朗基因型（PI_243679和PI_625253），两个肯尼亚基因型（PI_237655和PI_237658），以及两种埃及基因型（MISR_1和Beni SweIF_4）。GydF4y2Ba

条纹防锈性的关联映射GydF4y2Ba

GBS-SNP标记和人口结构GydF4y2Ba

GBS过滤MAF >0.05后生成一组36,720个SNPs，每个SNP最大缺失位点<20%，每个基因型最大缺失位点<20% [GydF4y2Ba20.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba21.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba37.GydF4y2Ba]．杂合位点标记为缺失，重复过滤。通过过滤，获得了102个基因型的26703个SNP标记。该集合用于GWAS分析。新的SNPs分布在所有小麦染色体上，增加了QTL检测的可能性。GydF4y2Ba

最近研究的面板结构在我们之前的手稿中进行了广泛的研究[GydF4y2Ba36.GydF4y2Ba]．最后，103个基因型被分为3个亚群体。8个抗性基因型分布在3个亚居群上，表明这些基因型之间的杂交是非常有效的(表)GydF4y2Ba2GydF4y2Ba）.GydF4y2Ba

全基因组关联研究(GWAS)和连锁不平衡(LD)之间的显著snpGydF4y2Ba

由于所研究的基因型中存在群体结构，导致存在假关联，因此检验了混合线性模型+亲属关系(MLM+K)和一般线性模型+群体结构(GLM+PC)两种模型。两种模型的qq图如图所示GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba．在2019年和2020年，评价传销模型性能的QQ-plot在参考线以下倾斜，表明由于使用亲属关系，传销+K模型的过度校正(图)GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba相反，GWAS是使用GLM+PC进行的，其中QQ-plot代表了2019和2020年实验参考线上的理想分布，表明了较高的校正效率(图3)GydF4y2Ba3.GydF4y2Bac和d)。GydF4y2Ba

基于GLM+PC模型，在2019年和2020年分别鉴定出14个和56个与抗条锈病相关的snp(图GydF4y2Ba4GydF4y2Baa).在2019年的实验中发现的重要SNPs位于1A、1B、2A、4A、5A染色体和未知染色体上(图)GydF4y2Ba5GydF4y2Ba和补充表GydF4y2Ba2GydF4y2Ba）.而2020实验的显著SNPs位于1A、1B、1D、2A、2B、3A、3B、4A、4B、4D、5A、5B、6A、6B、7A、7B和未知染色体上(图)GydF4y2Ba5GydF4y2Ba和补充表GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba）.在2019年和2020年的追踪中，有5个SNPs在这两年里很常见(图)GydF4y2Ba4GydF4y2Ba一种）。这些五个SNP位于染色体2A（三个SNP）和染色体4A（两个SNP）（表GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba）.表型变异由每个显著的SNPs (RGydF4y2Ba^2GydF4y2Ba）在2019年的SNP标记S2A_9121999的SNP标记S4A_658402828至23.24％的11.03％。在2020年，RGydF4y2Ba^2GydF4y2BaS2A_16881495多态性范围为14.26%，S2A_9121999多态性范围为30.75%。SNP标记S2A_9121999的R值最高GydF4y2Ba^2GydF4y2Ba2019年和2020年分别为23.24和30.75%。在2019年和2020年，S4A_658402828的等位基因A降低条锈病症状的等位基因效应最高，分别为55.96%和65.02%。而SNP标记S2A_9121999中等位基因T的等位基因效应最低，在2019年和2020年分别为37.43%和32.78%GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba）.GydF4y2Ba

连锁不平衡（GydF4y2BarGydF4y2Ba^2GydF4y2Ba）计算位于同一染色体上的每对重要的SNP之间。对于染色体2A上的三个重要的SNP，未发现显着的LD。在染色体4a上的两种重要的SNPS发现不完整的LD，而且GydF4y2BarGydF4y2Ba^2GydF4y2Ba值0.51（补充表GydF4y2Ba6GydF4y2Ba和图GydF4y2Ba6GydF4y2Ba）.GydF4y2Ba

重要SNPs的基因及其验证GydF4y2Ba

为了进一步了解显著SNPs与小麦条锈病抗性之间的遗传关联，利用IWGSC v1.0 GFF3文件对显著SNPs的基因模型注释进行了研究。在2A染色体上的三个显著SNPs中，有两个SNPs S2A_16067928和S2A_168814950分别位于基因模型TraesCS2A01G038300和TraesCS2A01G042100.1内(表1)GydF4y2Ba4GydF4y2Ba）.一种基因模型Traest4a01g380100.1，发现染色体4a上的重要SNP中的一个。GydF4y2Ba

为了验证所识别的基因模型之间的关联，研究了这些基因模型的功能诠释。Traescs2a01g038300基因模型正在生产β-葡糖苷酶，这是一种在许多植物物种中重要的酶，以改善对细菌，真菌和昆虫的植物防御[GydF4y2Ba38.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba39.GydF4y2Ba]．研究发现，由TraesCS2A01G042100.1基因(S2A_16881495)产生的磷酸甘油酸诱变酶蛋白(Phosphoglycerate mutase protein, S2A_16881495)可以提高植物对逆境的适应能力;主要是干旱等非生物胁迫[GydF4y2Ba40GydF4y2Ba]．发现由Traescs4a01g380100.1基因模型产生的卷曲线圈域蛋白对真菌疾病抗性的有效贡献，例如小麦的粉末霉菌[GydF4y2Ba41.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba42.GydF4y2Ba]．GydF4y2Ba

此外，为了加强显著标记与抗条锈病之间的联系，我们比较了这3个基因模型在控制和病害条件下不同植物生长阶段(苗期、营养期和生殖期)的表达情况(图)GydF4y2Ba7GydF4y2Ba）.与植物生长期的受控条件相比，所有三种基因在疾病条件下具有更高的表达。此外，与幼苗生长阶段的对照条件相比，位于染色体2a上的两个基因模型在疾病条件下具有更高的表达。GydF4y2Ba

用DArT标记进行条带防锈性能的单标记分析GydF4y2Ba

SMA确定了与2019年和2020年的条纹防锈性相关的13和22个重要的飞镖标记（GydF4y2BapGydF4y2Ba-Value <0.05）（图GydF4y2Ba4GydF4y2Ba.b和补充表格GydF4y2Ba4GydF4y2Ba和GydF4y2Ba5GydF4y2Ba）.在这些重要标记中，2019年和2020年，只有3个标记与耐药性显著相关(见表)GydF4y2Ba5GydF4y2Ba）.常见的重要镖标记位于染色体1D，4A和7D上。表明三种标记，WPT-665480和WPT-0493中有两个的等位基因效应被发现与2019年和2019年的百分比和19.5％和19.5％和17.3％的百分比下降相关，分别。虽然第三个标志物WPT-5857正在降低2019年和2020年的百分比为22.6％和19.94％的症状。表型变异（rGydF4y2Ba^2GydF4y2Ba)，每个标记的解释范围为2019年标记WPT-665480的5%至9%，2020年标记WPT-5857的7%至16%。对三个显著DArT标记与位于同一染色体上的显著SNPs之间的LD进行了研究，未发现显著LD(图)GydF4y2Ba6GydF4y2Bab)。GydF4y2Ba

优质基因型在测试材料中的耐锈性抗性的选择GydF4y2Ba

从遗传学上确认表中所示的候选基因型的优良抗性GydF4y2Ba2GydF4y2Ba，研究了2019年、2020年或这两年所有重要SNPs和DArT标记的靶向等位基因的数量(图)GydF4y2Ba8GydF4y2Ba）.加拿大基因型PI_556465含有较高数量的重要飞镖标记（12个标记）。然而，所选八种基因型的四种基因型没有可用的镖标记基因型数据。结果，我们不能依赖于DART标记基因型数据来选择最佳基因型。对于SNP标记数据，从肯尼亚（48个等位基因）的基因型PI_237655中发现了最多的目标等位基因，其次是伊朗基因型PI_243679（45个等位基因）。在沙特阿拉伯基因型PI_574347中发现了目标等位基因（35等位基因）的最低数量。两个抗性埃及基因型含有42和38等位基因的靶向等位基因的中间数，分别用于MISR_1和Beni SweIF_4。GydF4y2Ba

为了进一步了解利用目前选择的基因型提高埃及基因型抗条锈病能力的可能性，我们对8个基因型每对之间的目标snp不同等位基因的数量进行了调查(见表)GydF4y2Ba6GydF4y2Ba）.不同等位基因的数量从沙特阿拉伯和伊朗基因型(PI_574347和PI_625253)之间的一个等位基因到伊朗基因型PI_243679与埃及基因型Misr_1和肯尼亚基因型PI_237658之间的15个等位基因。将两种埃及基因型与其余选择的基因型进行比较，发现两种基因型与伊朗基因型PI_243679的不同等位基因数量最高，Misr_1和Beni Sweif_4的不同等位基因分别为15和12个(表)GydF4y2Ba6GydF4y2Ba）.而且，计算了八种所选基因型之间的遗传距离以确认这些基因型之间的交叉的成功。它在PI_625253和PI_243679之间的0.5922到PI_574347和Beni Shief_4之间的0.7410之间（表GydF4y2Ba6GydF4y2Ba）.GydF4y2Ba

不同基因型抗条锈病的遗传变异GydF4y2Ba

发现其条纹耐锈病中基因型之间的显着差异是结束了我们的表型测定的成功和我们测试的基因型中的高遗传变异（表GydF4y2Ba1GydF4y2Ba）.不同比例的CI的存在，证实了遗传变异的高度，这对埃及环境下抗性基因型的选择非常有用。x年交互作用年份和基因型之间存在极显著差异，说明2019年基因型的响应不同于2020年。广义遗传度(HGydF4y2Ba^2GydF4y2Ba_BGydF4y2Ba=0.73)，表明抗条锈病表型变异是稳定的，主要是基因型变异所致。因此，高抗性基因型的选择将在未来的育种计划中取得成功。在以前的研究中也报道了类似的广义遗传度[GydF4y2Ba43.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba44.GydF4y2Ba]．GydF4y2Ba

在103个测试基因型中，2019年和2020年只有8个基因型对条锈病具有抗性，CI从0到4%不等。这八种基因型代表了四个不同的国家:埃及、沙特阿拉伯、伊朗和肯尼亚。高抗性基因型之间的多样性在育种过程中非常有用，因为这些基因型可以作为候选亲本，以产生对埃及小种具有更强抗条锈病的品种。已有研究报道Beni Sweif_4在成虫阶段对条锈病具有高度的抗性[GydF4y2Ba45.GydF4y2Ba]．据报道，Misr_1在苗期和成虫期对条锈病分别具有很强的抗性和中等抗性，种子产量因感染而减少很少[GydF4y2Ba45.GydF4y2Ba]．假设它携带一些主要基因，如GydF4y2BaYr5GydF4y2Ba，GydF4y2BaYR10.GydF4y2Ba，GydF4y2BaYR15.GydF4y2Ba， 要么GydF4y2BaYrSPGydF4y2Ba．然而，需要在这些基因型中堆积更多的抗性基因[GydF4y2Ba46.GydF4y2Ba]．在我们最近的一项研究中，埃及基因型两者都是在2019年和2020年的Beni SweIF_4的2.67至4.00百分比的条纹锈，百分比为2.67至4.00毫秒。GydF4y2Ba2GydF4y2Ba）.这两种耐药基因型的感染率很低，这证实了这些基因型的耐药正在减弱，迫切需要提高耐药水平。8个抗性基因型中，PI_243679、pi_37658和PI_574347对埃及条锈病小种完全免疫(表1)GydF4y2Ba2GydF4y2Ba）.此外，2012年，我们的大多数测试基因型被评估为他们在华盛顿州大学的条纹锈病的抵抗力作为TCAP项目的一部分，发现基因型PI_556465，PI_237655和PI_237658是适度抵抗的（GydF4y2Bahttps://tcap.pw.usda.gov/wheat/display_phenotype.php?trial_code=nsgcstriperust-spring_2012_mtvernon.GydF4y2Ba）.这些发现证实存在测试基因型中的抗性基因，并且得出结论，这8个抗性基因型之间的杂交将非常有用，可在极抗性多重抗性基因中非常有用。然而，需要更多对这些基因型的遗传含量的了解。GydF4y2Ba

抗条锈病全基因组关联研究GydF4y2Ba

两种不同的模型用于研究条纹防锈性的关联：GLM + PC和MLM + K.与MLM + K模型的QQ图不同，GLM + PC模型的QQ图表示在参考线上的理想分布。该结果揭示了GLM + PC模型的重要性，以识别控制条纹防锈性遗传的候选区域。TuruSpekov等人发现了类似的结果，（2016）在大麦的茎锈抗性研究中发现了表明在GWAS中测试了MLM和GLM模型的重要性[GydF4y2Ba47.GydF4y2Ba]．GydF4y2Ba

在2019年和2020年的确定的重要SNP中，两年之间只有五个SNP。这五个重要的SNP可以被认为是春小麦中条纹铁锈阻力的稳定QTL。在只有一年内控制抗性的重要SNP的存在证实在一年多的一年中评估小麦基因型的重要性，以确定跨越年的稳定的SNP。五个稳定的SNP位于两个染色体（2a和4a）上，rGydF4y2Ba^2GydF4y2Ba表明5个显著snp均控制着材料中抗条锈病的主要qtl。所有能解释总变异10%以上的qtl都被认为是主效qtl [GydF4y2Ba20.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba48.GydF4y2Ba]．以往的研究已鉴定出与条锈病成株抗性相关的2A和4A染色体qtl [GydF4y2Ba28.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba29.GydF4y2Ba]．GydF4y2Ba

2A和4A染色体上每对显著的SNPs之间没有显著的LD，表明显著的SNPs不是共同遗传的，在两染色体上存在不同的qtl。许多抗条锈病基因被定位在2A染色体上，如;GydF4y2BaYr1GydF4y2Ba［GydF4y2Ba49.GydF4y2Ba］GydF4y2Ba, Yr17GydF4y2Ba［GydF4y2Ba50GydF4y2Ba］GydF4y2Ba, Yr32GydF4y2Ba［GydF4y2Ba51GydF4y2Ba]，GydF4y2BaYrZM175GydF4y2Ba［GydF4y2Ba52GydF4y2Ba]，GydF4y2BaYr56GydF4y2Ba，GydF4y2BaYR16.GydF4y2Ba， 和GydF4y2BaYR48.GydF4y2Ba［GydF4y2Ba53GydF4y2Ba]．据报道，一些这些抗性基因抵抗成人阶段的埃及罗西锈病比赛GydF4y2BaYr1GydF4y2Ba，GydF4y2BaYR17.GydF4y2Ba， 和GydF4y2BaYR32.GydF4y2Ba［GydF4y2Ba54GydF4y2Ba]．一些条纹锈蚀基因被映射在染色体4a上，例如GydF4y2BaYr51GydF4y2Ba和GydF4y2BaYr60GydF4y2Ba［GydF4y2Ba55GydF4y2Ba]．然而，目前还没有关于这两个基因对埃及条锈病的反应的信息。此外，许多研究定位了控制该染色体成年期条锈病抗性的新qtl，证实了我们的发现[GydF4y2Ba55GydF4y2Ba，GydF4y2Ba56GydF4y2Ba，GydF4y2Ba57GydF4y2Ba]．需要更多的研究来鉴定这两种染色体上的抗性基因。GydF4y2Ba

验证所识别的重要SNP标记与条纹耐锈性之间的关联GydF4y2Ba

为了进一步了解显著单核苷酸多态性与抗条锈病基因型之间的关系，研究了显著单核苷酸多态性的基因模型。在2A和4A染色体上分别检测到2个和1个基因模型。之前的研究发现这三个基因模型的功能注释与抗病和耐受性有关，证实了我们的结果[GydF4y2Ba43.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba58GydF4y2Ba，GydF4y2Ba59GydF4y2Ba]．将鉴定的基因模型在对照和疾病条件下的表达进行比较。3个基因模型在营养生长阶段在病害条件下的高表达证实了所鉴定基因在成株抗条锈病中的有效性。此外，在病害条件下，位于2A染色体上的两个基因模型在苗期的较高表达，表明该染色体上所鉴定的SNPs可能在苗期和营养生长期为埃及小种提供广泛的条锈病抗性。GydF4y2Ba

这些基因模型的功能注释证实了小麦的显着的SNP和条纹耐锈性之间的关联。因此，这五种SNP可以转化为特异性等位基因特异性（PCR）标记（KASP）并用于在不同的遗传背景下进行验证。GydF4y2Ba

用DArT标记进行条带防锈性能的单标记分析GydF4y2Ba

发现十三和22个Dart标记与测试基因型中的条纹耐锈性显着相关。在这些标志中，三个标记在两年内稳定。发现所有稳定的三个标记都被发现控制较小的QTL，因为它们具有rGydF4y2Ba^2GydF4y2Ba价值低于10%。根据等位基因效应，只有WPT-5857标记增加抗性，而其他两个标记降低抗性。根据Maccaferri等人(2015)的研究，将该标记(WPT-5857)定位于抗美国条锈病小种的4A染色体附近的5个qtlGydF4y2BaYr51GydF4y2Ba基因(GydF4y2Bahttps://wheat.pw.usda.gov/cgi-bin/cmap/viewer?mapMenu=1&featureMenu=1&corrMenu=1&displayMenu=1&advancedMenu=1&ref_map_accs=Wheat_Yr_genes_and_QTL_4A&sub=Draw+Selected+Maps&ref_map_set_acc=Wheat,%20Yr%20genes%20and%20QTL%204A&data_source=GrainGenes&highlight=%22wPt-5857%22&label_features=allGydF4y2Ba）.该标记解释了两年（R的表型变异的最高百分比GydF4y2Ba^2GydF4y2Ba）等位基因效应最高（表GydF4y2Ba5GydF4y2Ba）.这GydF4y2BaYr51GydF4y2Ba基因是一种成年抗条锈病基因，对澳大利亚和印度的广泛种族有效[GydF4y2Ba60GydF4y2Ba]．此外，DART标记WPT-5857映射在QTL控制阀杆耐锈性抗性的QTL中[GydF4y2Ba61GydF4y2Ba]．该标记可为小麦对埃及小种的抗条锈病育种提供依据。GydF4y2Ba

此外，我们研究了该飞镖标记和位于同一染色体上的其他重要的SNP之间的LD，没有发现LD。从SMA和LD结果中，我们可以得出结论，染色体4a携带多于一种QTL /基因，该QTL /基因正在控制对埃及种族的条纹耐锈性阻力。这些基因中的一个可能是GydF4y2BaYr51GydF4y2Ba(图GydF4y2Ba6GydF4y2Ba。b)。另外两个显著的DArT标记WPT-665480和WPT-0493之前没有研究表明它们与小麦抗条锈病相关。GydF4y2Ba

优质基因型在测试材料中的耐锈性抗性的选择GydF4y2Ba

确认表中所示的高抗性基因型的优越抗性GydF4y2Ba2GydF4y2Ba，对这些基因型的遗传标记进行了研究。不幸的是，没有可用的DArT标记用于所有8种抗性基因型。然而，SNP标记可用于所有8个基因型。对8个优势基因型的每个基因型进行检测，以确定其包含的显著单核苷酸多态性的靶向等位基因的数量。两种抗性埃及小麦基因型均含有中等数量的靶向等位基因，表明利用现有研究材料与含有更多靶向等位基因的基因型杂交，可以提高埃及小麦的条锈病抗性。GydF4y2Ba

为了筛选埃及小麦种质抗条锈病的最佳基因型，对8个优良基因型每对间不同等位基因的数量进行了研究。伊朗基因型PI_243679与埃及基因型Misr_1和Beni Sweif_4的不同等位基因数最多。在2019年和2020年的试验中，该伊朗基因型对埃及条锈病具有免疫力，证实了我们的GWAS结果，并表明使用该基因型提高埃及基因型对条锈病抗性的可能性。PI_243679在美国进行了评估，对美国条锈病小种表现出中度抗性(MR)，证实对埃及和美国小种的抗性是由不同的遗传系统控制的(GydF4y2Bahttps://npgsweb.ars-grin.gov/gringlobal/descriptordetail.aspx?id=65098.GydF4y2Ba）.GydF4y2Ba

根据我们之前的群体结构分析，所选的伊朗基因型PI_243679和两个埃及基因型分别位于三个不同的亚群体中[GydF4y2Ba36.GydF4y2Ba]．遗传距离为0.634325081和IT和Beni SweIF_4之间的MISR_1和0.740934344。以前的研究得出结论，高遗传远处基因型之间的交叉产生具有控制性状和高结合能力的不同等位基因的线[GydF4y2Ba62GydF4y2Ba]．不同的等位基因数量，高遗传距离以及不同副群体的分布，确认PI_243679是最好的父母，其可以用于与埃及基因型交叉以改善小麦的条纹耐锈性。GydF4y2Ba

综上所述，各基因型对埃及条锈病小种的响应差异较大，为利用现有植物材料选择抗条锈病基因型提供了可能。4A染色体上的显著SNP是一种新的SNP标记。通过在不同遗传背景下的验证，可为标记辅助选择和抗条锈病基因组选择提供可靠的来源。根据侵染系数和目的等位基因的数量，鉴定出对条锈病抗性最强的基因型。通过对同一套基因型的遗传多样性研究，可以认为PI_243679基因型是供试材料中最优的基因型，可作为亲本用于未来埃及小麦基因型抗条锈病育种。GydF4y2Ba

植物材料GydF4y2Ba

为了了解春小麦抗条锈病的遗传控制，我们使用了一套全球103个基因型。这些基因型的种子从美国阿伯丁的USDA-ARS获得，并从世界各地14个不同的国家收集。在供试的基因型中，使用了17个埃及基因型，分别代表新旧品种。更多关于所研究的小麦基因型的信息可以在我们之前的手稿中找到[GydF4y2Ba36.GydF4y2Ba]和补充表GydF4y2Ba1GydF4y2Ba．GydF4y2Ba

条锈病评价GydF4y2Ba

对103个基因型在自然侵染条件下的抗条锈病能力进行了评价。这些实验在Sids农业研究站进行了两年(2019年和2020年)。试验设计为3个重复的随机完全区组设计(RCBD)。在每次复制中，每个被测试的基因型用一行30厘米行距的单行表示。试验区周围是种植高度敏感品种混合物的播种区;摩洛哥、撒切尔和GydF4y2BaTriticum spelta.GydF4y2Ba．使用普通埃及黄色锈种比赛的尿针织孢子的混合物，撒套植物人工地接种。GydF4y2Ba

当敏感的检查完全覆盖孢子时，记录疾病严重程度（DS）。它表示为具有锈病叶子的百分比覆盖率[GydF4y2Ba63GydF4y2Ba]．根据Stakman等人，记录感染类型（IT），[GydF4y2Ba64GydF4y2Ba如RoSelfs等人所述的尺度（I，R，MR，MS和S），[GydF4y2Ba65GydF4y2Ba]．利用免疫(0)= 0.0，高耐(R) =0.2，中耐(MR) = 0.4，方法(X) = 0.6，中敏感(MS) =0.8，易感(s) = 1.0，将感染类型转化为数值量表。再将DS乘以转换后的IT量表(数值)得到感染系数(CI)。根据IT，如果基因型显示出MR、R或免疫，就被认为具有抗性。此外，耐药基因型占DS的比例不超过10%。因此，在我们最近的研究中，我们认为CI为4%或更低的基因型为耐药基因型(10% DS × 0.4 (MR))。基因型显示CI超过4%为易感基因型。GydF4y2Ba

条锈病抗性的统计分析GydF4y2Ba

为了提高条纹耐锈性数据的常态，使用Excel 2013使用Arcsine Root Square改变感染系数。完成了Shapiro-Wilk正常性测试以确认与原始数据相比改进了变换数据。使用以下型号使用R软件（R Core Team，2017）进行方差（ANOVA）分析：GydF4y2Ba

y yGydF4y2Ba_{IJK.GydF4y2Ba}是基因型的观察吗GydF4y2Ba我GydF4y2Ba在复制中GydF4y2BajGydF4y2Ba这是在年份种植的GydF4y2BakGydF4y2Ba，μ是一般的平均值;GGydF4y2Ba_我GydF4y2Ba和yGydF4y2Ba_kGydF4y2Ba基因型（固定效应）和复制（随机效应）的主要效果分别;E.GydF4y2Ba_{IJK.GydF4y2Ba}是错误的。广义遗传力(HGydF4y2Ba^2GydF4y2Ba)计算如下:GydF4y2Ba

在哪里GydF4y2Ba\({\σ}_G ^ 2 \)GydF4y2Ba和GydF4y2Ba\({\σ}_R ^ 2 \)GydF4y2Ba是线条和残差的方差，GydF4y2BarGydF4y2Ba实验中重复的次数是多少，和GydF4y2BayGydF4y2Ba为年数。GydF4y2Ba

DNA提取、基因分型(GBS)和DArT标记GydF4y2Ba

使用Biosprint DNA植物试剂盒（Qiagen，Homebrechtikon，瑞士）从2至3叶的两周幼苗中提取到GBS目的的所有103个测试基因型中提取DNA。使用波兰方案进行逐序列（GBS）[GydF4y2Ba14.GydF4y2Ba]如[GydF4y2Ba20.GydF4y2Ba]．SNP呼叫是使用Tassel 5.0软件完成的[GydF4y2Ba66GydF4y2Ba]．来自国际小麦基因组测序联盟（IWGSC）参考序列V1.0的中国春季基因组用作SNP呼叫中的参考基因组，因为它在[GydF4y2Ba20.GydF4y2Ba]．基于以下标准过滤生成的SNP标记;次要等位基因频率（MAF> 0.05），每SNP的最大缺失部位<20％和每个基因型的最大缺失部位<20％[GydF4y2Ba20.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba21.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba37.GydF4y2Ba]．杂合子基因座被标记为缺失，以避免高估等位基因效应[GydF4y2Ba20.GydF4y2Ba，GydF4y2Ba21.GydF4y2Ba]并且使用相同的标准再次重新过滤SNP。GydF4y2Ba

除了这些SNP-GBS数据外，103个基因型中有69个基因型有424个DArT标记的可用标记数据。相关数据可在美国农业部网站上获得GydF4y2Bahttps://npgsweb.ars-grin.gov/gringlobal/search”GydF4y2Ba．这些DArT标记的作图是qtl作图研究的一部分，在美国自然感染的田野中进行了条锈病评价[GydF4y2Ba25.GydF4y2Ba]．在美国国家植物基因组系统上提供了这些飞镖标记的数据（GydF4y2Bahttps://npgsweb.ars-grin.gov/gringlobal/search.aspxGydF4y2Ba）.大多数这些飞镖标记被映射到与小麦的条纹防锈抗性相关的QTL附近或QTL。GydF4y2Ba

基因组 - 宽协会研究（GWAS），单标记分析（SMA）和联系不平衡（LD）GydF4y2Ba

先前检查了103个测试的基因型，以批量存在人口结构，并发现三个亚群。更多详细信息将在Mourad et.al 2020研究中找到[GydF4y2Ba36.GydF4y2Ba]．使用“ADE4”，R包的简单匹配系数在基因型中计算遗传距离[GydF4y2Ba67GydF4y2Ba]．使用SNP标记借助R软件进行分析[GydF4y2Ba68GydF4y2Ba]．GydF4y2Ba

由于种群结构的存在，GWAS使用了两个不同的模型;混合线性模型+亲属关系(MLM+K)和广义线性模型+主坐标(GLM+PC)鉴定与抗性显著相关的SNP标记。使用TASSEL 0.5软件进行关联[GydF4y2Ba66GydF4y2Ba]．为了识别显着的SNP标记，计算标记P值的-LOG10，并且有显着的SNP的值大于3.00。对于每个重要的SNP，具有负面影响的等位基因是目标等位基因，因为它降低了疾病症状。另一方面，具有正值的等位基因降低了阻力。此外，通过标记r解释的表型变异GydF4y2Ba^2GydF4y2Ba使用TASSEL 5.0计算显著snp [GydF4y2Ba66GydF4y2Ba]．使用'QQman'R包制定了QQ-图[GydF4y2Ba69GydF4y2Ba]．使用显象图网站对显著的snp进行可视化。GydF4y2Bahttp://visualization.ritchielab.org/phenograms/documentGydF4y2Ba”。GydF4y2Ba

利用转换后的CI数据以及69个基因型的429个DArT标记进行单标记分析(SMA)，以确定与耐药性显著相关的DArT标记(GydF4y2BapGydF4y2Ba-value <0.05 (-log10 >1.3))。使用PowerMarker软件V 3.25进行单标记分析[GydF4y2Ba70GydF4y2Ba]使用以下模型：GydF4y2Ba

Y等于特征值，μ等于群体平均值，并且F（标记）是重要标记的函数。使用Tassel 5.0软件估计每个重要的飞镖标记解释的表型变化[GydF4y2Ba66GydF4y2Ba]．GydF4y2Ba

对于位于同一染色体上且在两年内显著的SNP和DArT标记，使用TASSEL 5.0计算连锁不平衡(LD)，并使用' LDheatmap ' R package将其可视化为热图[GydF4y2Ba71GydF4y2Ba]．GydF4y2Ba

基因模型潜在的显着的SNP和他们的验证GydF4y2Ba

为了进一步确认GWAS结果，我们研究了国际小麦基因组联盟(IWGSC V.2)发表的参考基因组装配中确定的基因模型中是否存在显著的SNPs。从IWGSC提供的基因组注释中检索所鉴定基因模型的功能注释，并检测其与抗条锈病的关联。利用小麦expression Browser "软件，比较了正常和病害条件下小麦幼苗、营养和生殖发育阶段基因模型的表达情况。GydF4y2Bahttp://www.wheat-expression.com/GydF4y2Ba”。GydF4y2Ba

在当前研究期间使用和/或分析的序列数据集可从合理的请求上的相应作者获得。GydF4y2Ba

GBS:GydF4y2Ba

Genotyping-by-sequencingGydF4y2Ba

镖：GydF4y2Ba

多样性阵列技术GydF4y2Ba

SNP：GydF4y2Ba

单核苷酸多态性GydF4y2Ba

GWAS：GydF4y2Ba

基因组协会研究GydF4y2Ba

LD：GydF4y2Ba

连锁不平衡GydF4y2Ba

DS：GydF4y2Ba

疾病严重程度GydF4y2Ba

它:GydF4y2Ba

感染类型GydF4y2Ba

置信区间:GydF4y2Ba

系数的感染GydF4y2Ba

SMA：GydF4y2Ba

单标记分析GydF4y2Ba

IWGSC:GydF4y2Ba

国际小麦基因组联盟GydF4y2Ba

MAF：GydF4y2Ba

轻微的等位基因频率GydF4y2Ba

作者要感谢美国内布拉斯加大学林肯分校农学和园艺系的研究助理教授Vikas Belamkar博士对SNP的呼吁。GydF4y2Ba

这项工作在财政上得到了文化事务和传教部门的部分支持，埃及政府为基因测序服务提供了财政支持。GydF4y2Ba

隶属关系GydF4y2Ba

1. 埃及吉萨农业研究所植物病理学研究所小麦病害研究室GydF4y2Ba

   默罕默德·a . Abou-ZeidGydF4y2Ba

2. 埃及阿西鲁大学农业学院农学院，埃及GydF4y2Ba

   Amira M. I. MouradGydF4y2Ba

贡献GydF4y2Ba

m.a.a.z.表现出条纹防锈性的表型。即）设计实验，进行遗传和表型分析，讨论结果，并起草了稿件。作者同意对工作的内容负责。所有作者都读过并批准了稿件。GydF4y2Ba

通讯作者GydF4y2Ba

对应到GydF4y2BaAmira M. I. MouradGydF4y2Ba．GydF4y2Ba

伦理批准和同意参与GydF4y2Ba

不适用。GydF4y2Ba

同意出版GydF4y2Ba

不适用。GydF4y2Ba

相互竞争的利益GydF4y2Ba

作者声明他们没有竞争利益GydF4y2Ba

出版商的注意事项GydF4y2Ba

施普林格《自然》杂志对已出版的地图和机构附属机构的管辖权要求保持中立。GydF4y2Ba

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