Characterization of Fusarium Head Blight Resistance Gene Fhb1 and Its Putative Ancestor in Chinese Wheat Germplasm
Zhan-Wang ZHU, Deng-An XU, Shun-He CHENG, Chun-Bao GAO, Xian-Chun XIA, Yuan-Feng HAO, Zhong-Hu HE
Acta Agronomica Sinica
2018, 44 ( 04):
473-482.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2018.00473
Enhancing resistance to Fusarium head blight (FHB) has become one of important breeding objectives in the major wheat-growing regions in China. A prominent locus Fhb1 conferring stable FHB resistance with the largest effect is the major source of resistance in wheat breeding. Understanding the distribution and putative donor of Fhb1 in Chinese wheat cultivars will facilitate the application of this gene and thus benefit FHB resistance breeding in China. Haplotype analysis of PFT (pore-forming toxin-like), HC (HCBT-like defense response protein) and His (histidine-rich calcium-binding protein) genes in the Fhb1 region of 229 wheat cultivars and advanced lines indicated that PFT-I/His-I was a resistant haplotype. Both pedigree and marker (or sequence) information revealed that Fhb1 in Chinese wheat cultivars was mainly derived from Sumai 3 and Ningmai 9, in which Ningmai 9 was the major donor. The Fhb1 diagnostic markers PFT-CAPS and His-InDel developed in this study can be used effectively in marker-assisted selection for improving FHB resistance.
品种(系) Cultivars (lines) | 来源 Origin | His | PFT | 等位基因 Allele | 检测方法 Detection method | 等位基因 Allele | 检测方法 Detection method | 宁7840 | 中国江苏 | His-I | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记、测序 | 宁麦13 | 中国江苏 | His-I | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记、测序 | 宁麦16 | 中国江苏 | His-I | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记、测序 | 宁麦9号 | 中国江苏 | His-I | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记、测序 | 苏麦3号 | 中国江苏 | His-I | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记、测序 | 镇麦5号 | 中国江苏 | His-I | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记、测序 | 郑麦9023 | 中国河南 | His-II | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记、测序 | 鄂07901 | 中国湖北 | His-II | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记 | 济麦19 | 中国山东 | His-II | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记 | 济宁16号 | 中国山东 | His-II | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记、测序 | 烟农22 | 中国山东 | His-II | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记、测序 | 长6359 | 中国山西 | His-II | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记、测序 | 荔垦2号 | 中国陕西 | His-II | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记、测序 | 陕麦159 | 中国陕西 | His-II | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记、测序 | 陕253 | 中国陕西 | His-II | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记 | 陕715 | 中国陕西 | His-II | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记、测序 | 陕麦150 | 中国陕西 | His-II | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记、测序 | 西农88 | 中国陕西 | His-II | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记、测序 | 西农979 | 中国陕西 | His-II | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记、测序 | 西农9871 | 中国陕西 | His-II | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记、测序 | 小偃107 | 中国陕西 | His-II | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记 | 小偃22 | 中国陕西 | His-II | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记、测序 | 小偃6号 | 中国陕西 | His-II | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记、测序 | 烟2415 | 中国山东 | His-III | His-Indel标记、测序 | PFT-I | PFT-CAPS标记 | 兰天12 | 中国甘肃 | 非His-I | His-Indel标记 | PFT-II | PFT-CAPS标记、测序 | 衡观35 | 中国河北 | 非His-I | His-Indel标记 | PFT-II | PFT-CAPS标记、测序 | 衡4422 | 中国河北 | 非His-I | His-Indel标记 | PFT-II | PFT-CAPS标记、测序 | 百农160 | 中国河南 | 非His-I | His-Indel标记 | PFT-II | PFT-CAPS标记、测序 | 金丰3号 | 中国河南 | 非His-I | His-Indel标记 | PFT-II | PFT-CAPS标记、测序 | 洛旱2号 | 中国河南 | 非His-I | 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| 绵阳99-3 | 中国四川 | 非His-I | His-Indel标记 | PFT-III | PFT-CAPS标记 | 双抗7438 | 中国四川 | 非His-I | His-Indel标记 | PFT-III | PFT-CAPS标记 | 西科麦2号 | 中国四川 | 非His-I | His-Indel标记 | PFT-III | PFT-CAPS标记 | 西科麦4号 | 中国四川 | 非His-I | His-Indel标记 | PFT-III | PFT-CAPS标记 | 西科麦5号 | 中国四川 | 非His-I | His-Indel标记 | PFT-III | PFT-CAPS标记 |
Supplementary table 1
Origins of 229 wheat cultivars (lines) and their His and PFT genotypes
Extracts from the Article
提高赤霉病抗性已成为我国小麦主产区的重要育种目标之一。Fhb1是抗性最强且最稳定的抗赤霉病基因, 阐明其在我国小麦育种中的应用及传递路径, 对抗赤霉病育种有重要意义。本研究通过分析229份小麦品种(系) Fhb1区段内PFT (pore-forming toxin-like)、HC (HCBT-like defense response protein)和His (histidine-rich calcium-binding protein)基因的多样性与赤霉病抗性的关系, 发现PFT-I/His-I为抗病单倍型。基因检测和系谱分析表明, 中国小麦品种所含Fhb1至少有2个来源, 分别为苏麦3号和宁麦9号, 并以后者为主。本研究开发的诊断性标记PFT-CAPS和His-InDel可有效用于Fhb1的分子标记辅助育种。
附表1 229份小麦品种(系)来源及其His和PFT基因型
“+”表示对应品种为PFT-I/His-I单倍型,含Fhb1;“-”表示对应品种为其他单倍型,不含Fhb1。
表1 用于扩增PFT、HC和His基因开放阅读框的特异引物
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Supplementary table 2
Detection of Fhb1 in 73 Yangmai and Ningmai cultivars (lines)
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Table 1
Specific primers used to amplify the open reading frames (ORF) of PFT, His, and HC
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Table 2
Analysis of variance (ANOVA) of Fusarium head blight index in 229 wheat cultivars
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Fig. 1
Structure, primer binding sites and three alleles of PFT gene
The first nucleotide of the initiation codon reads as +1
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Fig. 2
Amplification profiles of marker PFT-CAPS in partial Chinese cultivars
M: DL5000 DNA marker; 1-4: PFT-I cultivars, namely Sumai 3, Ningmai 9, Xinong 9871, and Xiaoyan 22; 5-8: PFT-II cultivars, namely Zhengmai 366, Lumai 21, Hengguan 35, and Ningchun 4. PCR products were digested with Dra I restriction endonuclease.
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Table 3
Alleles of His and HC genes for the cultivars with PFT-I and their FHB indexes
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Fig. 3
Structure, primer binding sites, and alleles of HC and His genes for the cultivars with PFT-I
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Fig. 4
Amplification profiles of marker His-InDel in partial Chinese cultivars
M: DL5000 DNA marker; 1-4: His-I cultivars, namely Sumai 3, Ning 7840, Ningmai 9, and Ningmai 13; 5-11: non His-I cultivars, namely Xinong 9871, Xiaoyan 22, Zhengmai 9023, Yan 2415, Yangmai 158, Jimai 22, and Aikang 58.
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Fig. 5
Average FHB indexes of cultivars or lines with different PFT/His haplotypes
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Fig. 6
Gene flow of Fhb1 in 73 cultivars (lines) of Yangmai and Ningmai through founder parent Ningmai 9
Cultivars or lines in solid boxes were characterized carrying Fhb1 using PFT-CAPS and His-InDel markers, while those in dotted boxes were uncharacterized.
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Supplementary table 3
Supplementary table 3 Pedigrees of Chinese wheat cultivars (lines) carrying Fhb1
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