Characterization and molecular mapping of stripe rust resistance in wheat – Psathyrostachys huashanica introgression line H9015-17-1-9-6

Abstract

Stripe rust (yellow rust), caused by Puccinia striiformis Westend. f. sp. tritici (Pst), is one of the most destructive fungal disease in wheat(Triticum aestivum L.). Growing resistant cultivars is the best strategy to control stripe rust. The wheat introgression line H9015-17–1-9–6 was developed from an interspecific hybridization between the common wheat cultivar 7182 and Psathrostachys huashanica Keng (2n = 2x = 14, NsNs). H9015-17–1-9–6 has all-stage resistance to all known Chinese stripe rust races, including three widely virulent races: CYR32, CYR33 and CYR34. To identify stripe rust resistance genes in the introgression line, H9015-17–1-9–6 was crossed with the susceptible genotype ‘Mingxian169' and the F₁, F₂, F₃ and BC₁ generations were inoculated with Pst races under controlled greenhouse conditions. The results indicated that a single dominant gene in H9015-17–1-9–6, temporarily designated as YrH9015, confers resistance to race CYR32. Using bulked segregant analysis methods, we identified seven resistance gene analogue polymorphism (RGAP) markers and three simple sequence repeat (SSR) markers associated with YrH9015 on the long arm of chromosome 5D. The genetic distances of the two closest flanking markers, namely M4 and M5, were 2.4 and 3.1 centimorgans, respectively. Based on the chromosomal location, reaction patterns and pedigree analysis, YrH9015 is likely a novel resistance gene. This gene and the flanking markers obtained from this study are expected to be useful in pyramiding YrH9015 with other Yr genes to develop wheat cultivars with high-level and durable resistance to stripe rust and may also benefit marker assisted selection (MAS) in breeding programmes.

Résumé

La rouille jaune, causée par Puccinia striiformis Westend. f. sp. tritici. (Pst), est une des maladies fongiques du blé (Triticum aestivum L.) parmi les plus destructrices. L’utilisation de cultivars résistants est la meilleure stratégie de lutte contre cette maladie. La lignée d’introgression de blé H9015-17-1-9-6 a été développée à partir d’une hybridation interspécifique entre le cultivar de blé commun ‘7182' et Psathrostachys huashanica Keng (2n=2x=14, NsNs). H9015-17-1-9-6 possède la résistance, à tous les stades, et ce, à toutes les races chinoises de rouille jaune, y compris aux trois races communément virulentes suivantes: CYR32, CYR33 et CYR34. Pour distinguer les gènes de résistance à la rouille jaune dans la lignée d’introgression, H9015-17-1-9-6 a été croisée avec le génotype réceptif à l’égard de la rouille ‘Mingxian169', puis les générations F₁, F₂, F₃ et BC₁ ont été inoculées avec des races de Pst dans les conditions contrôlées d’une serre. Les résultats ont indiqué qu’un gène dominant unique chez H9015-17-1-9-6, désigné temporairement comme YrH9015, confère la résistance à la race CYR32. En utilisant des méthodes d’analyses de ségrégants regroupés, nous avons décelé sept marqueurs du polymorphisme d’analogues de gènes de résistance (RGAP) et trois marqueurs de type microsatellite (SSR) associés à YrH9015 sur le bras long du chromosome5D. Les distances génétiques des deux marqueurs adjacents les plus proches, à savoir M4 et M5, étaient de 2.4 et 3.1 cM, respectivement. En se basant sur l’emplacement chromosomique, les modèles de réaction et l’analyse du pedigree, YrH9015 constitue, de toute évidence, un nouveau gène de résistance. On s’attend à ce que ce gène et les marqueurs adjacents obtenus dans le cadre de cette étude soient utiles au pyramidage du gene YrH9015 avec d’autres gènes Yr pour développer des cultivars de blé possédant un degré élevé et durable de résistance à la rouille jaune, et de contribuer également à la sélection assistée par marqueurs dans le cadre des programmes de sélection.

Keywords:

• molecular mapping
• Psathyrostachys huashanica
• Puccinia striiformis
• resistance gene
• stripe rust

Mots clés:

• cartographie moléculaire
• gène de résistance
• Psathyrostachys huashanica
• Puccinia striiformis
• rouille jaune du blé

Acknowledgements

We thank Dr Yongli Qiao and Dr Simόn-Mateo Carmen for critical review of the manuscript.

Supplemental material

Supplemental data for this article can be accessed online here: https://doi.org/10.1080/07060661.2018.1523230.

Additional information

Funding

The research was supported by National Science Foundation of China (31501620), Open Project Program of State Key Laboratory for Biology of Plant Disease and Insect Pests (SKLOF201707) and Natural Science Funds of Hubei Province of China (2016CFB478).