高粱抗絲黑穗病遺傳與分子育種

張春來(lái)，楊慧勇，柳青山，王花云，趙威軍，張福耀，董良利

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所，山西省高粱工程技術(shù)研究中心，山西晉中030600）

高粱（Sorghum bicolor（L.）Moench）屬于單子葉植物綱禾本科高粱屬，是一年生高大草本植物，表皮覆蓋蠟質(zhì)，具典型的C4植物特化光合作用器官、高光合效率功能和高產(chǎn)潛力，喜溫、抗旱、耐澇、耐瘠薄和耐鹽堿性，種植面積在世界糧食作物中占第5位（前4位依次為玉米、小麥、水稻、大麥），主要分布在非洲、亞洲、美洲的干旱和半干旱地區(qū)。高粱籽粒多作飼料和食用，也較多用于釀造；其莖稈除作燃料外，也用作建材和造紙?jiān)?。高粱的其他栽培類型還有飼草高粱、能源甜高粱和帚用高粱。

一般認(rèn)為，高粱起源于非洲。我國(guó)有5 000 a以上的高粱栽培歷史，也是重要的起源和擴(kuò)散地。全國(guó)高粱栽培區(qū)分為東北春播早熟區(qū)、華北春播晚熟區(qū)、華東春夏兼播區(qū)和西南等南方區(qū)。2004年高粱種植面積78.5萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量311.3萬(wàn)t；2008年種植面積48.9萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量183.7萬(wàn)t。發(fā)展和穩(wěn)定高粱生產(chǎn)，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展尤為重要。

絲黑穗病是遍布全世界的重要高粱病害，是影響我國(guó)高粱生產(chǎn)發(fā)展的主要病害之一。其在東北、華北和西南高粱產(chǎn)區(qū)每年都有發(fā)生，發(fā)病率一般為3%～5%，嚴(yán)重的可達(dá)10%～40%，有時(shí)高達(dá)70%，給生產(chǎn)造成很大損失，是造成近年來(lái)高粱產(chǎn)量不高和不穩(wěn)的主要因素[1]。實(shí)踐證明，應(yīng)用抗病品種是控制該病的最有效途徑，但是，由于病菌與抗源的協(xié)同進(jìn)化，不斷產(chǎn)生新的致病性強(qiáng)的生理小種，導(dǎo)致原有品種喪失抗性?？共∮N需要擁有較多的抗病種質(zhì)和有效的種質(zhì)篩選鑒定方法，也需掌握病菌生理小種變化趨勢(shì)，明確抗病種質(zhì)的抗病機(jī)制和抗病性基因遺傳，才能對(duì)改良群體后代進(jìn)行準(zhǔn)確的選擇。

1 高粱絲黑穗病、病原菌及其生理分化

引起高粱絲黑穗病的病原菌為絲軸黑粉菌（Sporisorium reilianum（Kühn）Langdon et Full，別名 Sphacelotheca reiliana（Kühn）Clint.），屬擔(dān)子菌綱黑粉菌目黑粉菌科。該菌是以土壤傳播為主，主要侵染源為散落于土壤或糞肥內(nèi)的絲軸黑粉菌冬孢子。冬孢子萌發(fā)后以雙核菌絲侵入高粱幼芽，從種子萌發(fā)至芽長(zhǎng)1.5 cm期間為其最適侵染期。侵入的菌絲初期在生長(zhǎng)錐下部組織中，40 d后進(jìn)入內(nèi)部，60 d后進(jìn)入分化的花芽中。因此，該病是系統(tǒng)侵染病害。土壤溫度及含水量與發(fā)病密切相關(guān)，在土溫28℃和土壤含水量15%時(shí)發(fā)病率最高。春播時(shí)，土壤溫度偏低或覆土過(guò)厚，幼苗出土緩慢易發(fā)病。連作地發(fā)病較重。

病株在生長(zhǎng)早期癥狀不明顯，但病株矮于健株。發(fā)病初期病穗穗苞很緊，下部膨大，旗葉直挺，剝開可見內(nèi)生白色棒狀物，即烏米。苞葉里的烏米初期小、指狀，逐漸長(zhǎng)大，后中部膨大為圓柱狀，較堅(jiān)硬。烏米在發(fā)育進(jìn)程中，內(nèi)部組織由白變黑，后開裂，烏米從苞葉內(nèi)外伸，表面被覆的白膜也破裂開來(lái)，露出黑色絲狀物及黑粉，即殘存的花序維管束組織和病菌冬孢子。葉片染病在葉片上形成紅紫色條狀斑，擴(kuò)展后呈長(zhǎng)梭形條斑，后期條斑中部破裂，病斑上產(chǎn)生黑色孢子堆，孢子量不大。散落在土壤中的病菌能存活1 a，冬孢子深埋土內(nèi)可存活3 a。

國(guó)內(nèi)外許多研究表明，高粱絲黑穗病菌有明顯的生理分化現(xiàn)象，存在不同的生理小種。美國(guó)早期報(bào)導(dǎo)有4個(gè)生理小種，近來(lái)還出現(xiàn)了新菌株[2]。Herrera等[3]指出，墨西哥有3個(gè)絲黑穗病菌生理小種。吳新蘭等[4]報(bào)道了我國(guó)的2個(gè)生理小種：1號(hào)小種對(duì)中國(guó)高粱和甜玉米致病力強(qiáng)，對(duì)甜高粱蘇馬克致病力弱，對(duì)白卡佛爾和Tx3197A幾乎不侵染；2號(hào)小種對(duì)Tx3197A、白卡佛爾和甜高粱蘇馬克致病力強(qiáng)，而對(duì)中國(guó)高粱和甜玉米致病力弱。徐秀德等[5]在遼寧省營(yíng)口等地發(fā)現(xiàn)第3個(gè)生理小種，該小種能侵染1，2號(hào)小種不侵染的Tx622A和Tx622B（選為鑒別寄主），具有很強(qiáng)的致病力，并證明中國(guó)生理小種與美國(guó)生理小種相比具有完全不同的毒力特征。張福耀等[6-7]報(bào)道了在山西省高平發(fā)現(xiàn)的新生理小種，該小種對(duì)A2V4、晉雜12號(hào)有較強(qiáng)的致病力，而對(duì)3號(hào)小種致病的7501B，Tx7078，B35不能侵染，定名為4號(hào)生理小種。

徐秀德等[8]應(yīng)用隨機(jī)引物對(duì)不同地理來(lái)源、不同寄主和經(jīng)寄主致病力測(cè)定的高粱絲黑穗病菌2，3號(hào)生理小種的10個(gè)菌株的DNA進(jìn)行分析，所產(chǎn)生的RAPD結(jié)果表明，S.reilianum具有豐富的種內(nèi)遺傳多樣性,存在明顯的分化現(xiàn)象。經(jīng)聚類分析，可將供試菌株大致分成2組，遼寧清原H2和黑龍江綏化H9菌株為一組，遼寧沈陽(yáng)（H3）、阜新（H1）、營(yíng)口（H10）、山西榆次（H4）、吉林四平（H5）、黑龍江哈爾濱（H6）、河北張家口（H8）等高粱絲黑穗病菌株以及遼寧沈陽(yáng)的玉米絲黑穗病菌株（H7）為另一組，并且同一組內(nèi)的DNA多態(tài)性亦有差異。因此，高粱絲黑穗病菌2號(hào)生理小種和3號(hào)小種間在分子水平上存在明顯差異。Prom等[9]用AFLP法對(duì)高粱和玉米的S.reilianum分離物進(jìn)行了分子分析，包括44個(gè)美國(guó)德州、2個(gè)烏干達(dá)、1個(gè)馬里的高粱分離物和2個(gè)墨西哥玉米分離物，發(fā)現(xiàn)玉米和高粱分離物有很大非相似性（50%），聚類分析可將82%的高粱分離物劃分為4組，除了2個(gè)德州6號(hào)小種外，對(duì)基因漂流無(wú)地理或其他限制。

真菌致病因子有MAP激酶、鈣依磷酸酶B（calcineuin B）和 cyclophilin等。Schirawski等[10]研究結(jié)果顯示，寄生性病原菌如玉米絲軸黑粉菌和黑粉菌（Ustilago maydis）可通過(guò)分泌效應(yīng)子蛋白（SEP）與寄主建立親密關(guān)系。對(duì)上述真菌的基因組測(cè)序發(fā)現(xiàn)，許多編碼SEP的基因具保守性，呈線性關(guān)系。SEPs分泌在寄主胞質(zhì)中，在病原菌成功侵入并建立寄生關(guān)系時(shí)，會(huì)抑制寄主的免疫反應(yīng)。由于SEP與寄主蛋白作用，會(huì)快速進(jìn)化。在S.reilianum上找到43個(gè)低保守區(qū)，主要編碼SEP和以前鑒定出的毒力基因簇，進(jìn)一步通過(guò)缺失突變顯示了4個(gè)未知多樣性區(qū)與毒力功能相關(guān)。該研究突顯了比較基因組學(xué)在鑒定近緣種致病毒力因子上的優(yōu)越性。

2 抗絲黑穗病種質(zhì)資源鑒定與抗性機(jī)制

抗絲黑穗病種質(zhì)鑒定的常用接種法為土壤接種和種子接種，徐秀德等[11]在我國(guó)首創(chuàng)采用寄主皮下組織注射接種技術(shù)鑒定抗病高粱資源。Prom等[9]報(bào)道了針管注射和放置培養(yǎng)基接種法。徐秀德等[11]用高粱絲黑穗病菌2，3號(hào)生理小種，采用上述3種接種法對(duì)75份中外高世代材料進(jìn)行同步抗性評(píng)價(jià)，明確了7050A/B，Tx378A/B，TNS30，SA281，蓮塘矮，GW4386，GW4388 等 38 份高粱育種試材在不同接種方法下對(duì)高粱絲黑穗病菌2，3號(hào)小種均表現(xiàn)免疫，是具有對(duì)高粱絲黑穗病多抗性的育種試材。柳青山等[12]采用土壤接種法也篩選到較多抗性種質(zhì)。抗病育種主要采用雜交與回交相結(jié)合，將抗病基因?qū)胄韪牧嫉钠废抵衃1，12-13]。目前，生產(chǎn)上抗絲黑穗病的雜交種有：黑雜34、黑雜 46、齊雜 1號(hào)、晉雜 22號(hào)、晉雜26號(hào)、晉雜102號(hào)、晉糯2號(hào)、冀雜1號(hào)、遼雜10號(hào)、遼雜11號(hào)、遼雜12號(hào)、遼飼雜2號(hào)等?？共∮H本有：A_2Sx3197（13），46038，Tx-437，LRB204，SPL132A/B（421A/B），7050A/B，黑龍 14A/B，715 2A/B，吉農(nóng)105A/B等。

對(duì)絲黑穗病菌抗性機(jī)制在玉米上報(bào)道較多。李興紅等[14]研究表明，冬孢子在感病的玉米材料胚芽鞘上的萌發(fā)率（13.2%～18.8%）顯著高于在抗病的玉米材料胚芽鞘上的萌發(fā)率（6.6%～7.1%）；感病幼苗中維生素C（Vc）和總糖的含量，顯著高于抗病材料，且二者與冬孢子在胚芽鞘上的萌發(fā)率呈顯著的正相關(guān)（r＝0.85，0.86），揭示了玉米幼苗期抗侵入的固有抗性；受玉米絲黑穗病菌侵染后，幼苗胚芽鞘內(nèi)表皮在0.53 mol/L高滲蔗糖溶液中感病材料喪失質(zhì)壁分離能力的細(xì)胞百分率高干抗病材料。賀字典等[15]研究表明，玉米對(duì)絲黑穗病菌的抗性與胚根和胚芽?jī)?nèi)的N，P，K含量呈正相關(guān)，與Vc和可溶性糖含量呈負(fù)相關(guān)。當(dāng)病菌侵入后抗病品種苯丙氨酸解氨酶（PAL）和過(guò)氧化物酶（POD）活性上升幅度高于感病品種，而多酚氧化酶（PPO）、酯酶（EST）和超氧化物歧化酶（SOD）在感病品種中上升幅度高。倪深等[16]采用絲軸黑粉菌基因組的特異引物和PCR技術(shù)，分別對(duì)幼苗期的根、葉和成熟期的根、莖、葉、雄穗生長(zhǎng)錐DNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增，結(jié)果表明，特異引物的PCR技術(shù)不僅能夠在早期準(zhǔn)確鑒定玉米幼苗是否受到病菌的侵染，而且可以跟蹤絲軸黑粉菌在體內(nèi)擴(kuò)展進(jìn)程，認(rèn)為玉米對(duì)絲黑穗病的抗性差異主要表現(xiàn)為抗侵染和抗擴(kuò)展，抽穗期雄穗對(duì)病癭的形成不能表現(xiàn)出明顯的抗性效應(yīng)。對(duì)高粱絲黑穗病抗性機(jī)制的研究較少。劉旭[17]研究表明，高粱苗期抗性品種葉片內(nèi)SOD和POD活性、可溶性糖含量顯著高于感性品種，PPO，PAL，細(xì)胞壁酶PG活性無(wú)明顯差異；分蘗期抗性品種PG，PAL活性顯著高于感性品種，而SOD，POD，PPO，PG活性以及可溶性糖含量均無(wú)明顯差異。

3 抗絲黑穗病遺傳與抗病基因的分子標(biāo)記

曹如槐等[18]1981—1985年用人工接種1號(hào)小種，按照不完全雙列雜交設(shè)計(jì)對(duì)17個(gè)抗性不同的品種（系）進(jìn)行了對(duì)絲黑穗病的抗性遺傳研究，結(jié)果表明，高粱對(duì)絲黑穗病的抗性遺傳方式因品種而異，有的品種（系）具數(shù)量性狀遺傳特點(diǎn)，有的則具有質(zhì)量性狀遺傳特點(diǎn)，抗病性屬數(shù)量性狀遺傳的品種（系），其抗性主要是受加性基因控制。楊曉光等[19]研究指出，高粱對(duì)2號(hào)小種的抗病性受2對(duì)非等位基因控制，且存在功能上的差異，雙親之一抗病，雜種1代未必都抗病，只有純合顯性基因控制的抗原，其F1的抗性才可靠。高粱對(duì)3號(hào)小種的抗病性受2～3對(duì)非等位基因控制，且基因間存在互作效應(yīng)，還可能有修飾基因參與。徐秀德等[20]在人工接種條件下，用6個(gè)抗性不同的高粱種質(zhì)，按照不完全雙列雜交設(shè)計(jì)，進(jìn)行了高粱對(duì)絲黑穗病菌3號(hào)小種的抗性遺傳研究，結(jié)果表明，多數(shù)試材的抗、感性遺傳受質(zhì)量性狀控制，只要親本之一為免疫，則F1表現(xiàn)免疫或高抗，可能是1～2對(duì)非等位主效基因的作用，還有微效基因的加性效應(yīng)。鄒劍秋等[21]的抗性遺傳結(jié)果與此相近。

常規(guī)育種的表型選擇易受環(huán)境和人為因素影響，降低了選擇的準(zhǔn)確性和速效性。為了提高抗病性選擇效率，早期進(jìn)行分子檢測(cè)，需要對(duì)抗病性數(shù)量位點(diǎn)（QTL）進(jìn)行定位和作圖，建立與其緊密連鎖的AFLP，SSR和SNP等分子標(biāo)記，進(jìn)一步精細(xì)作圖也可最終將抗病基因克隆。鄒劍秋等[21]采用SSR技術(shù)，應(yīng)用分離群體分組分析法，分別利用恢復(fù)系分離群體（2381R/矮四）和保持系分離群體（Tx622B/7050B），篩選抗絲黑穗病3號(hào)生理小種基因的分子標(biāo)記，得到了2個(gè)在抗病品系中穩(wěn)定出現(xiàn)、可作為高粱抗絲黑穗病3號(hào)生理小種基因標(biāo)記應(yīng)用的SSR標(biāo)記，即Xtxp13和Xtxp145，其分別位于第2號(hào)染色體和第9號(hào)染色體上，距離抗病位點(diǎn)的遺傳圖距分別約為9.6，10.4 cM，認(rèn)為高粱對(duì)絲黑穗病菌3號(hào)生理小種的抗性可能受2對(duì)彼此獨(dú)立的非等位基因控制，并且基因之間存在著互作效應(yīng)；篩選SSR標(biāo)記時(shí)發(fā)現(xiàn)，高粱抗絲黑穗病基因的分子標(biāo)記較易在保持系群體中找到，在恢復(fù)系群體中DNA片段多態(tài)性較少，表明恢復(fù)系和保持系在抗性機(jī)制上可能存在差異。Oh等[22]以SC325×RTx7078雜交的F2和F3材料，用RFLP和RAPD技術(shù)，對(duì)美國(guó)高粱絲軸黑粉菌5號(hào)小種的抗性位點(diǎn)Shs1進(jìn)行分子標(biāo)記，發(fā)現(xiàn)它與RFLP位點(diǎn)pSbTXS560和pSbTXS1294，RAPD位點(diǎn)OPG5連鎖，定位于第8染色體94.1 cM處。目前，我們正在應(yīng)用SSR和SNP分子標(biāo)記體系對(duì)4號(hào)小種的抗性位點(diǎn)進(jìn)行定位和作圖，以便更準(zhǔn)確地對(duì)抗病基因型進(jìn)行選擇。

4 抗病基因分子生物學(xué)與轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育抗病種質(zhì)

轉(zhuǎn)基因技術(shù)已成為重要的育種工具，培育的轉(zhuǎn)基因棉花、大豆、甜菜、玉米和水稻品種已用于生產(chǎn)。最有效的轉(zhuǎn)基因方法為農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法，其次為基因槍微粒子射擊法。常用的目的基因有病程相關(guān)蛋白、類NBS-LRR抗病基因、抗病信號(hào)傳導(dǎo)基因和有關(guān)WRKY轉(zhuǎn)錄因子等。應(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù)研究植物與病原菌關(guān)系，在擬南芥、煙草和水稻等作物抗病反應(yīng)信號(hào)傳導(dǎo)上，建立了水楊酸（SA）途徑、茉莉醛（JA）途徑和乙烯（ETH）途徑[23]。一般SA途徑抗寄生性病原（如絲黑穗?。?、JA途徑和ETH途徑抗腐生性病原和蚜蟲等。我們用BLAST法搜尋高粱基因組抗病相關(guān)基因的結(jié)果如表1所示。

表1 BLAST搜尋高粱基因組抗病反應(yīng)信號(hào)傳導(dǎo)基因的結(jié)果

Paterson等[24]在進(jìn)行高粱基因組測(cè)序時(shí)已發(fā)現(xiàn)有211個(gè)NBS-LRR抗病基因，主要為CC-型，在5號(hào)染色體上最多（62個(gè)），僅Sb02g005860和Sb02g036630含TIR結(jié)構(gòu)域，但都不含NBS結(jié)構(gòu)域。Cheng等[25]鑒定出274個(gè)NBS基因，其中50個(gè)為非典型的NBS基因，劃分為CNL，CN，CNLX，CNX，CNXL，CXN，NX，N，NL 和 NLX 共10種類型。NBS基因在染色體上成簇分布，系在進(jìn)化過(guò)程中過(guò)度復(fù)制形成。在這些NBS基因中很可能存在抗絲黑穗病的基因。

Zuther等[26]在比較受高粱專化型S.reilianum f.sp.reilianum和玉米?；蚐.reilianum f.sp.Zeae侵染高粱時(shí)，發(fā)現(xiàn)植保素luteolinidin的合成與抗病性相關(guān)，luteolinidin可延緩S.reilianum這2個(gè)?；偷臓I(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，受病菌誘導(dǎo)表達(dá)的高粱基因SbDFR3（Sb04g004290）控制該途徑。Zhang等[27]對(duì)玉米絲黑穗病菌侵染抗感病材料根部早期進(jìn)行了數(shù)字化基因表達(dá)分析，觀察到病程相關(guān)蛋白、GST活性、活性氧種類和木質(zhì)素合成上的變化。Wang等[28]用Illumina MaizeSNP50基因芯片對(duì)144個(gè)近交系進(jìn)行了全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS），找到18個(gè)新的抗絲黑穗病基因，它們屬于抗病基因、抗病信號(hào)傳導(dǎo)基因和其他具抗病功能的基因。左為亮等[29]定位了玉米高抗絲黑穗病親本吉1037和高感親本黃早四的BC1F1群體的一個(gè)主效QTL-qHSR1，它位于第2號(hào)染色體bin2.09的位置，能夠解釋表型變異率36%。使用回交群體和基于重組后代的連續(xù)精細(xì)定位方法將主效QTL-qHSR定位于分子標(biāo)記STS1M3和STS3M1之間。通過(guò)對(duì)篩選得到的黃早四和Mo17的BAC克隆進(jìn)行測(cè)序，發(fā)現(xiàn)定位的qHSR1區(qū)域在Mo17中為152 kb，而黃早四中的相應(yīng)區(qū)段僅為5 kb，缺失的片段大小達(dá)147 kb。通過(guò)對(duì)Mo17的這一區(qū)段進(jìn)行基因預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)編碼細(xì)胞壁相關(guān)的激酶（WAK）的基因ZmWAK，推測(cè)為qHSR1候選基因。WAK激酶是一個(gè)受體類蛋白，主要定位在細(xì)胞膜上。ZmWAK主要在吉1037的根、莖、葉中表達(dá)，其中以10 d幼苗期的莖中表達(dá)量最高，并且在接種絲軸黑粉菌后表達(dá)量上升。含ZmWAK的轉(zhuǎn)基因后代植株與對(duì)照相比，抗病率明顯上升13%～20%。通過(guò)對(duì)來(lái)自世界各地的520份自交系進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)ZmWAK基因的缺失在自交系中是一種普遍現(xiàn)象，約占總數(shù)的20%。對(duì)其中的49份國(guó)內(nèi)材料進(jìn)行性狀鑒定，發(fā)現(xiàn)在34份抗病材料中，總共有32份材料帶有ZmWAK基因；而在15份感病的自交系中，有7份自交系在這個(gè)基因上發(fā)生缺失，表明ZmWAK基因可能在玉米對(duì)絲黑穗病的抗病途徑中起重要作用。

甘蔗粒黑粉病菌（Sporisorium scitaminean）和鞭黑粉菌（Ustilago scitaminean）是高粱絲軸黑粉菌S.reilianum的近緣種。LaO等[30]用cDNAAFLP研究了甘蔗與S.scitaminean作用時(shí)基因差異表達(dá)，在所得的64個(gè)轉(zhuǎn)錄片段中，67%的抗病品種發(fā)生上調(diào)，包括氧猝發(fā)、防御反應(yīng)、木質(zhì)素合成、乙烯和生長(zhǎng)素途徑。Que等[31]用雙向等電聚焦電泳（2-DE）和MALDI-TOF-TOF/MS研究了受S.scitaminean誘導(dǎo)的甘蔗蛋白，得到23個(gè)蛋白，其中20個(gè)與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、抗病和光合有關(guān)。吳期濱等[32]應(yīng)用Solexa高通量測(cè)序技術(shù)研究了高抗黑穗病的含有斑茅血緣的甘蔗無(wú)性系Ya05-179響應(yīng)U.scitaminean侵染的表達(dá)譜分析與差異表達(dá)基因鑒定，在比較分析甘蔗黑穗病菌脅迫前后甘蔗幼芽RNA表達(dá)譜的基礎(chǔ)上，獲得2015條差異表達(dá)序列標(biāo)簽（ESTs），其中上調(diào)表達(dá)與下調(diào)表達(dá)各有1 125條和890條，進(jìn)一步先從中篩選出差異表達(dá)倍數(shù)大于5的31條上調(diào)表達(dá)和17條下調(diào)表達(dá)的ESTs及MAPK信號(hào)級(jí)聯(lián)傳導(dǎo)途徑中3條上調(diào)表達(dá)EST；作為探針?lè)N子序列進(jìn)行電子克隆，獲得了20條具有完整開放閱讀框（ORF）的甘蔗差異表達(dá)基因cDNA全長(zhǎng)序列，其中16條上調(diào)和4條下調(diào)表達(dá)，包括MAPK（絲裂原活化蛋白激酶）信號(hào)級(jí)聯(lián)傳導(dǎo)途徑中3個(gè)上調(diào)表達(dá)的基因BAK 1，Mapkk和Glo 1，及GT-3b，MYB和h/ACA共3個(gè)轉(zhuǎn)錄因子基因14個(gè)預(yù)測(cè)蛋白新基因。用RT-PCR技術(shù)，對(duì)BAK 1，Mapkk和Glo 1這3個(gè)基因進(jìn)行克隆，獲得3個(gè)基因的cDNA全長(zhǎng)序列，上述基因推導(dǎo)的氨基酸序列的同源性比對(duì)和系統(tǒng)進(jìn)化樹分析顯示，甘蔗BAK 1基因與高粱、Mapkk和Glo 1基因與玉米的相應(yīng)基因同源性較高，分別達(dá)99%，97%和99%；用qRT-PCR技術(shù)顯示，病原脅迫后0～12 h，抗、感病基因型中3個(gè)基因的表達(dá)量均上揚(yáng)，且抗病基因型上揚(yáng)幅度較大，推斷這3個(gè)基因的表達(dá)在甘蔗抵御病原菌的侵染以及侵染后最初病程中起重要作用，且基因的表達(dá)與抗病性相關(guān)，但Glo 1在脅迫48 h后表達(dá)再次上揚(yáng)，推斷它在抗病中的作用機(jī)制與BAK 1和Mapkk基因存在一定的差異。該研究基于Solexa表達(dá)譜測(cè)序分析，挖掘甘蔗響應(yīng)黑穗病菌侵染的差異表達(dá)基因，為進(jìn)一步了解甘蔗對(duì)黑穗病的抗性機(jī)制奠定了基礎(chǔ)，也對(duì)高粱抗絲黑穗病研究有所啟發(fā)。

目前，基于農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法和基因槍微粒子射擊法在高粱上都有成功報(bào)道，但相關(guān)參數(shù)仍待進(jìn)一步優(yōu)化。石太淵等[33]用花粉管通道法將無(wú)毒廣譜抗病基因PYH157導(dǎo)入高粱，獲得了轉(zhuǎn)基因植株；應(yīng)用聚丙烯酰胺等電聚凝膠電泳蛋白質(zhì)分析表明，PYH157已被整合到高粱基因組中并能表達(dá)，田間接種絲黑穗病試驗(yàn)中篩選出4個(gè)較抗病的轉(zhuǎn)基因植株。杜建中等[34]報(bào)道了以幾丁質(zhì)酶基因轉(zhuǎn)化抗絲黑穗病玉米的選育，以轉(zhuǎn)基因?qū)胗衩鬃越幌岛?2-1所獲得的轉(zhuǎn)基因植株的種子作為試驗(yàn)材料，對(duì)T1，T2和T3株系的PCR檢測(cè)結(jié)果說(shuō)明，目的基因在轉(zhuǎn)基因植株中可穩(wěn)定遺傳；田間抗病鑒定結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)基因株系的發(fā)病率比當(dāng)代對(duì)照株系明顯減少2～4級(jí)，選育得到的純合系06006和06012的發(fā)病率為0，表現(xiàn)出高抗病性。Allen等[35]將Toti-病毒抗真菌蛋白KP41在轉(zhuǎn)基因玉米中系統(tǒng)表達(dá)，莖部和穗部接種抗黑粉病鑒定表明，轉(zhuǎn)基因后代高抗U.maydis。

綜上所述，應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育抗絲黑穗病的高粱研究還較少，但具抗絲黑穗病潛力的候選基因比較多，基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白組學(xué)研究將會(huì)開發(fā)出更多的有用基因，當(dāng)務(wù)之急是選擇上述具幾種抗病機(jī)制的基因，創(chuàng)制轉(zhuǎn)基因植株，盡早選育出具有持久抗病性的轉(zhuǎn)基因品種。

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