小麥種質(zhì)P10078的成株期條銹病抗性特征及遺傳規(guī)律

蘇萍萍，曾慶東，李海洋，王琪琳,吳建輝，穆京妹，康振生，韓德俊

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國家重點實驗室，陜西楊凌 712100； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，陜西楊凌 712100； 3.西北農(nóng)林科技大學(xué)植物保護學(xué)院，陜西楊凌 712100)

小麥種質(zhì)P10078的成株期條銹病抗性特征及遺傳規(guī)律

蘇萍萍1,2，曾慶東1,3，李海洋1,2，王琪琳1,3,吳建輝1,3，穆京妹1,2，康振生1,3，韓德俊1,2

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國家重點實驗室，陜西楊凌 712100； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，陜西楊凌 712100； 3.西北農(nóng)林科技大學(xué)植物保護學(xué)院，陜西楊凌 712100)

為明確小麥抗病種質(zhì)P10078的抗條銹病特征及抗病遺傳規(guī)律，利用4個小麥條銹菌小種CYR32、CYR33、V26/CM42和Sull-7對P10078進行了苗期分小種鑒定，并分別在陜西楊凌人工接種病圃和甘肅天水自然誘發(fā)病圃連續(xù)多年對P10078與感病品種銘賢169及其雜交后代(F1、F2、F2∶3)進行成株期抗條銹病鑒定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，P10078苗期對CYR32、V26/CM42表現(xiàn)為感病(IT:7～8)，對V26/CM42和Sull-7表現(xiàn)為抗病(IT：2)，成株期對混合小種表現(xiàn)為高度抗病(IT：1，S：1%)，表明P10078為包含全生育期抗病基因的成株期抗病品種；F2抗感分離比為3∶1，F(xiàn)2∶3抗感分離比為1∶2∶1，表明P10078成株期抗性由一對顯性主效基因控制。P10078所含抗條銹基因為未知抗性基因。

小麥；條銹病；成株期；遺傳分析

由條形柄銹菌(Pucciniastriiformisf. sp.tritici)引起的小麥條銹病，是世界性小麥病害[1-2]，也是中國小麥第一大病害，一般流行年份可導(dǎo)致小麥減產(chǎn)20%～30%，大流行年份產(chǎn)量損失可高達50%～60%，甚至顆粒無收[3-4]。防控小麥條銹病最直接有效且安全的方法就是種植抗病品種[5]。由于抗源單一和抗病品種使用不當，致使條銹菌新小種不斷產(chǎn)生，導(dǎo)致眾多小麥品種3～5年就喪失條銹病抗性[6]。不斷篩選小麥新抗源，挖掘抗條銹病新基因是小麥育種長期而重要的工作。

21世紀以來，小麥條銹病在中國發(fā)病率呈上升趨勢[7]，條銹小種CYR32和CYR33成為重要的流行小種[8]，致使2010年之前中國90%的小麥生產(chǎn)品種喪失抗性，只有少數(shù)抗病品種攜帶抗條銹病基因，如 Yr5、 Yr10、 Yr15和 Yr26[9-10]；對條銹菌小種保持較好抗病性，攜帶 Yr26的抗病品種作為主要抗源被廣泛應(yīng)用于四川、甘肅、貴州、陜西等地[3,11]。2010年在成都的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，幾年前對條銹病高抗的川麥42表現(xiàn)為高感[12-13]，抗病基因 Yr26對新條銹菌小種V26的抗性喪失，導(dǎo)致川麥42、92R137、貴農(nóng)等系列品種抗條銹性下降[14-16]，因此急需挖掘新型抗源來應(yīng)對新毒性小種。

P10078是經(jīng)過多年抗病鑒定，從數(shù)千份小麥種質(zhì)資源中篩選出來的抗病種質(zhì)，具有優(yōu)良的成株期抗病性[17]，對當前小麥抗病育種具有潛在應(yīng)用價值。本試驗通過對P10078抗條銹性鑒定、抗性遺傳分析和已知抗條銹基因篩查等研究，以期明確其抗條銹遺傳規(guī)律，為該抗源的深度發(fā)掘和在抗病育種中的利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

小麥抗病種質(zhì)P10078(國家小麥種質(zhì)庫保存號)由西北農(nóng)林科技大學(xué)吉萬全教授和王亞娟老師提供，6個已知抗條銹病單基因系抗性材料(分別含 Yr1、 Yr2、 Yr9、 Yr17、 Yr18、 Yr36基因)由美國華盛頓州立大學(xué)陳賢明教授提供。P10078與感病親本銘賢169的雜交各世代(F1、F2及F2∶3)材料均由本實驗室保存。

供試小麥條銹菌小種：CYR32、CYR33、V26/CM42、Sull-7小種，由西北農(nóng)林科技大學(xué)植物病理研究所提供。

1.2 方 法

1.2.1 成株期抗條銹性鑒定及抗性遺傳分析

2013年9月-2015年9月在陜西楊凌人工混合小種病圃和甘肅天水大田試點種植P10078、銘賢169及其雜交F1、F2、F2∶3材料。參照文獻10的方法，在播種后的第二年3月份，接混合條銹小種(CYR32和CYR33)，5月上旬，待誘發(fā)行感病品種銘賢169充分發(fā)病后，記載各材料的條銹病發(fā)病情況，按0～9級標準記錄反應(yīng)型，八級標準記載嚴重度[3]。統(tǒng)計F2的抗、感病單株比例，并進行卡方測驗，推測P10078所含有的抗條銹基因數(shù)目。收獲F2單株得到F2∶3家系群體，鑒定F2∶3家系的抗病表現(xiàn)，并據(jù)此驗證F2單株抗病性鑒定結(jié)果，并推測其抗病基因型。

1.2.2 苗期抗條銹性鑒定

于2011年12月在西北農(nóng)林科技大學(xué)植物病理研究所溫室，將P10078和銘賢169種植于直徑10 cm盆中，每份材料種10粒。待小麥生長至二葉期采用抖粉法分小種進行接種[18]， 3次生物學(xué)重復(fù)。接種后將材料放置保濕桶中，10 ℃、24 h后，轉(zhuǎn)到溫室中，12～20 ℃，光照強度9 000 lx，光暗比16 h/8 h，待銘賢169充分發(fā)病后(大約兩周左右)記載P10078和銘賢169的反應(yīng)型。反應(yīng)型按0～9[19]級的標準記載，其中，0～6級為抗病型，7～9級為感病型，每隔3 d調(diào)查一次，至少調(diào)查3次，以最高反應(yīng)型作為最終結(jié)果[10]。

1.2.3 抗條銹病基因的分子檢測

取P10078的葉片，用CTAB法提取基因組DNA。以單基因系抗性材料為陽性對照，銘賢169為陰性對照。應(yīng)用抗條銹病基因 Yr1、 Yr2、 Yr9、 Yr17、 Yr18及 Yr36的分子標記[20]，參照文獻[9]的方法，對P10078進行分子標記檢測。

2 結(jié)果與分析

2.1 P10078對條銹病的抗性

由表1可知，P10078無論在楊凌人工接種圃，還是在天水自然發(fā)病條件下，其成株期均對小麥條銹病表現(xiàn)為高度抗病，銘賢169則均表現(xiàn)為感病，表明P10078具有穩(wěn)定的成株期抗條銹性，具有極高的發(fā)掘應(yīng)用價值。

為了明確P10078對當前條銹菌流行小種和潛在小種的抗性，采用4個條銹菌生理小種對其進行苗期接種鑒定。其中，CYR32和CYR33為中國小麥條銹菌最重要的2個流行小種，V26/CM42為最近發(fā)現(xiàn)的對 Yr26基因類抗源有毒性的新致病類型，具有潛在流行的可能性[21]。結(jié)果(表1)顯示，銘賢169對所有測試小種均表現(xiàn)為感病反應(yīng)(IT:8-9)，P10078對CYR33和Sull-7表現(xiàn)為抗病(IT分別為2與4)，對CYR32和V26/CM42表現(xiàn)為感病(IT:7)。

綜合成株期和苗期抗條銹性，推測P10078攜帶有全生育期抗條銹基因。

表1 P10078與銘賢169的抗條銹性

R:抗?。籗:感病。成株期數(shù)據(jù)為反應(yīng)型/嚴重度(%)。

R: Resistance；S:Susceptible.Date of adult plant were reaction type/sevenity type(%).

2.2 抗條銹病基因檢測結(jié)果

利用已知抗條銹病基因 Yr1、 Yr2、 Yr9、 Yr17、 Yr18及 Yr36的分子標記，對抗病種質(zhì)P10078進行分子檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，P10078中未檢測到上述基因的相關(guān)標記，說明P10078不攜帶上述6個已知基因。推測其抗條銹性可能由未知的基因決定，具有進一步發(fā)掘價值。

2.3 P10078抗條銹性遺傳分析

為明確抗病種質(zhì)P10078成株期抗條銹病的遺傳規(guī)律，在陜西楊凌人工接種圃對P10078、銘賢169及其雜交F1、F2、F2∶3代進行人工接種混合條銹菌小種(CYR32和CYR33)的抗病性鑒定。結(jié)果(圖1)顯示，F(xiàn)2代株系的抗性反應(yīng)型呈雙峰分布，為典型的質(zhì)量性狀分布模型。雜交后代F1對條銹菌表現(xiàn)高度抗病(IT:0～1)，說明主效抗條銹性基因為顯性。F2代抗病株數(shù)為135(IT:0～6 )， 感病株數(shù)為63(IT:7～9 )，經(jīng)卡方測驗(χ2=0.21<3.84),符合3∶1的期望比。151個F2∶3家系中，純合抗病家系數(shù)為33，抗感分離家系為84，純合感病株系數(shù)為34,經(jīng)卡方測驗(χ2=1.93<5.99，P=0.38>0.05)，符合1∶2∶1的期望比。說明小麥抗病種質(zhì)P10078成株期抗性至少由一對顯性主效基因控制。

3 討 論

進入21世紀以來，小麥條銹病在中國的發(fā)病情況呈上升態(tài)勢，其原因主要是抗源單一，導(dǎo)致新毒性小種不斷產(chǎn)生[22-23]。挖掘持久、廣譜新抗源對中國小麥條銹病的持續(xù)控制具有重要意義。P10078是國外引進的抗病種質(zhì)，本實驗室自2008年以來，在小麥條銹病高發(fā)區(qū)的甘肅天水連續(xù)種植多年，其成株期始終表現(xiàn)出高度抗病，新毒性小種V26/CM42的出現(xiàn)，并未影響其抗性。本研究結(jié)果表明，無論是在陜西楊凌人工接種圃，還是甘肅天水自然誘發(fā)圃，P10078成株期都表現(xiàn)為高抗條銹病，具有持久、廣譜抗性特征。P10078苗期對CYR32和V26/CM42表現(xiàn)為感病，但對CYR33和Sull-7表現(xiàn)為抗病，表明其含有苗期專化抗病基因。

圖1 F2群體抗條銹反應(yīng)型的分布

本研究利用P10078與感病品種銘賢169雜交，建立F1、F2遺傳群體及衍生F2∶3家系，抗病遺傳分析表明，抗病種質(zhì)P10078 成株期抗病性至少由一對顯性主效基因控制。通過 Yr1、 Yr2、 Yr9、 Yr17、 Yr18、 Yr36已知基因的分子檢測，初步確定P10078 成株期抗性與這些已知基因無關(guān)，可能由未知基因決定，具有發(fā)掘利用價值。目前，基于對其抗病遺傳分析，本課題組已著手利用小麥SNP芯片和和三代測序技術(shù)[24-26]，對其成株期抗病性進行快速基因定位，同時，利用SNP發(fā)掘與KASP標記開發(fā)的技術(shù)策略，對抗病基因進行精確定位，以加快該抗源在中國小麥抗病育種中的廣泛應(yīng)用。

[1]THACH T,ALI S,JUSTESE N,etal.World wide population structure of the wheat rust fungusPucciniastriiformisin the past [J].FungalGeneticsandBiology,2016,87(1):1.

[2]COLIN R，WELLINGS.Global status of stripe rust:A review of historical and current threats [J].Euphytica,2011,179(1):130.

[3] 韓德俊,王琪琳,張 立,等.“西北-華北-長江中下游”條銹病流行區(qū)系當前小麥品種(系)抗條銹病性評價[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,43(14):2890.

HAN D J,WANG Q L,ZHANG L,etal.Evaluation of resistance of current wheat cultivars to stripe rust in northwest China,north China and the middle and lower reaches of Changjiang river epidemic area [J].ScientiaAgriculturaSinica,2010,43(14):2890.

[4]YANG X B,ZENG S M.Detecting patterns of wheat stripe rust pandemics in time and space [J].Phytopathology,1992,82(5):572.

[5] 陳萬權(quán),康振生,馬占鴻,等.中國小麥條銹病綜合治理理論與實踐[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,46(20):4257.

CHEN W Q,KANG Z S,MA Z H,etal.Integrated management of wheat stripe rust caused byPucciniastriiformisf.sp.triticiin China [J].ScientiaAgriculturaSinica,2013,46(20):4257.

[6] 曾慶東.當前我國冬小麥品種抗條銹性水平及抗病基因分析[D].楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2011:54.

ZENG Q D.Analysis of resistance genes to stripe rust in current winter wheat cultivars in China [D].Yangling:Northwest A&F University,2011:54.

[7]WAN A M,CHEN X M,HE Z H.Wheat stripe rust in China [J].AustralianJournalofAgriculturalResearch,2007,58(6):607.

[8] 鄭文明,康振生,蔣士君,等.小麥條銹菌分子生態(tài)學(xué)研究進展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報 2008,19(3):682.

ZHENG W M,KANG Z S,JIANG S J,etal.Research progress in molecular ecology ofPucciniastriiformisf.sp.tritici[J].ChineseJournalofAppliedEcology,2008,19(3):682.

[9] 韓德俊,張培禹,王琪琳,等.1980份小麥地方品種和國外種質(zhì)抗條銹性鑒定與評價[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,45(24):5019. HAN D J,ZHANG P Y,WANG Q L,etal.Identification and evaluation of resistance to stripe rust in 1980 wheat landraces and abroad germplasm [J].ScientiaAgriculturaSinica,2012,45(24):5019.[10] 曾慶東,沈 川,袁鳳平,等.小麥抗條銹病已知基因?qū)χ袊斍傲餍行》N的有效性分析[J].植物病理學(xué)報,2015,45(6):645. ZENG Q D,SHEN C,YUAN F P,etal.The resistance evaluation of theYrgenes to the main prevalent pathotypes ofPucciniastriiformisf.sp.triticiin China [J].ActaPhytopathologicaSinica,2015,45(6):645.

[11] 張培禹,王琪琳,曾慶東,等.四川盆地小麥品種(系)抗條銹性鑒定與評價[J].麥類作物學(xué)報,2012,32(4):780.

ZHANG P Y,WANG Q L,ZENG Q D,etal.Identification and evaluation of resistance to stripe rust in current wheat cultivars(lines) from Sichuan basin [J].JournalofTriticeaeCrops,2012,32(4):780.

[12] 何中虎,夏先春,陳新民,等.中國小麥育種進展與展望[J].作物學(xué)報,2011,37(2):203.

HE Z H,XIA X C,CHEN X M,etal.Progress of wheat breeding in China and the future perspective [J].ActaAgronomicaSinica,2011,37(2):203.

[13]LIU L,DENG G B,YI L,etal.Transmission of chromosome 6M(v) fromAegilopsventricosain Sichuan wheat varieties [J].ChineseJournalofAppliedandEnvironmentalBiology,2010,16(1):51.

[14] 薛文波,許 鑫,穆京妹,等.中國小麥主栽品種抗條銹性評價與基因分析[J].麥類作物學(xué)報,2014,34(8):1055.

XUE W B,XU X,MU J M,etal.Evaluation stripe rust resistance and genes in Chinese elite wheat varieties [J].JournalofTriticeaeCrops,2014,34(8):1055.

[15]LIU T G,PENG Y L,CHEN W Q,etal.First detection of virulence inPucciniastriiformisf.sptriticiin China to resistance genes Yr24(= Yr26) present in wheat cultivar Chuanmai 42 [J].PlantDisease,2010,94(9):1163.

[16]HAN D J,WANG Q L,CHEN X M,etal.Emerging Yr26-virulent races ofPucciniastriiformisf.sptriticiare threatening wheat production in the Sichuan basin,China [J].PlantDisease,2015,99(6):755.

[17]ZHAN G M,ZHUANG H,WANG F P,etal.Population genetic diversity ofPucciniastriiformisf.sptriticion different wheat varieties in Tianshui,Gansu province [J].WorldJournalofMicrobiology&Biotechnology,2013,29(1):174.

[18]BRUNET J,MUNDT C C.Disease,frequency-dependent selection,and genetic polymorphism:Experiments with stripe rust and wheat [J].Evolution,2000,54(2):407.

[19]DEHGHANI H,MOGHADDAM M,GHANNADHA M R,etal.Inheritance of the latent period of stripe rust in wheat [J].JournalofGenetics&Breeding,2002,56(2):155.

[20]LAGO L,DARIO C,JORGE D.Durable resistance to the wheat rusts:Integrating systems biology and traditional phenotype-based research methods to guide the deployment of resistance genes [J].Euphytica,2011,179(1):71.

[21]ZHANG H,ZHANG L,WANG C Y,etal.Molecular mapping and marker development for the triticum dicoccoides-derived stripe rust resistance gene YrSM139-1B in bread wheat Shaanmai 139 [J].TheoreticalandAppliedGenetics,2016,129(2):370.

[22] 曾士邁.品種布局防治小麥條銹病的模擬研究[J].中國植保導(dǎo)刊,2005(1):42.

ZENG S M.Layout control wheat stripe rust simulation research [J].ChinaPlantProtection,2005(1):42.

[23] HAN D J,WANG Q L,JIANG Z,etal.Characterization and inheritance of resistance to stripe rust in the wheat line Guinong 775 [J].Hereditas,2012,34(12):1608.

[24] 唐立群,肖層林,王偉平.SNP分子標記的研究及其應(yīng)用進展[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2012,28(12):155.

TANG L Q,XIAO C L,WANG W P.Research and application progress of SNP markers [J].ChineseAgriculturalScienceBulletin,2012,28(12):155.

[25]HOU L,CHEN X M,WANG M N,etal.Mapping a large number of QTL for durable resistance to stripe rust in winter wheat Druchamp using SSR and SNP markers [J].PlosOne,2015,10(5):1933.

[26]XIA C J,WAN A M,WANG M N,etal.Secreted protein gene derived-single nucleotide polymorphisms(SP-SNPs) reveal population diversity and differentiation ofPucciniastriiformisf.sptriticiin the United States [J].FungalBiology,2016,120(5):730.

Characterization of Resistance to Stripe Rust and Inheritance at Adult Stage in Wheat Germplasm P10078

SU Pingping1,2, ZENG Qingdong1,3, LI Haiyang1,2, WANG Qilin1,3, WU Jianhui1,3, MU Jingmei1,2, KANG Zhensheng1,3, HAN Dejun1,2

( 1.State Key Laboratory of Crop Stress Biology in Arid Areas, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100, China; 2.College of Agronomy, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100, China; 3.College of Plant Protection, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100, China)

The wheat germplasm P10078 has strong resistance to stripe rust. In order to know its characterization of resistance to stripe rust for exploring and using the resistance sources in wheat breeding, the resistance was investigated using four Chinese prevalent isolates ofPucciniastriiformis(CYR32, CYR33, V26/CM42, Sull-7), at seedling stage in greenhouse, and at adult-plant stage in Yangling by artificial inoculation and Tianshui naturally infection in field trail, respectively. The results showed P10078 is susceptible to CYR32 and V26/CM42(IT:7～8), but resistant to CYR33 and Sull-7(IT：2). It performed highly resistance to stripe rust at adult-plant stage(IT：1，S：1%) in Yangling and Tianshui. The inheritance of resistance was analyzed with F1plants, F2generation and F2∶3lines derived from a cross between P10078 and the susceptible line Mingxian 169. Meanwhile, adult-plant inheritance suggested, F2generation from the cross showed separation ratio close to 3∶1(χ2=0.21<3.84) and F2∶3separation ratio close to 1∶2∶1(χ2=1.93<5.99). This result illustrated that P10078 probably has adult-plant resistance, controlled by a dominant gene.The resistance genes to stripe rust in P10078 are unknown.

Wheat; Stripe rust; Adult plant stage; Genetic analysis

時間：2017-04-07

2016-07-21

2016-10-09 基金項目：國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201203014); 國家自然科學(xué)基金項目(31371924)；高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計劃資助項目(B07049)

E-mail：1280405347@qq.com

康振生(E-mail:kangzs@nwsuaf.edu.cn)；韓德俊(E-mail:handj@nwsuaf.edu.cn)

S512.1；S332

A

1009-1041(2017)04-0500-04

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20170407.1021.018.html