黃淮麥區(qū)34個小麥主栽品種(系)抗條銹病基因推導(dǎo)

黃亮 劉太國 劉博 高利

摘要為明確黃淮麥區(qū)小麥主栽品種抗條銹病基因組成，選用來自國內(nèi)外的15個條銹菌菌株和21個以Avocet*S為遺傳背景的小麥抗條銹病近等基因系，對我國黃淮麥區(qū)34個小麥主栽品種（系）進(jìn)行苗期抗條銹病基因推導(dǎo)，并結(jié)合系譜分析明確其抗條銹病基因攜帶情況。結(jié)果表明，Yr3、Yr4、Yr8、Yr9、Yr17、Yr26、Yr27、Yr30、YrA、YrSp、YrSk分別以單基因或基因組合的形式存在于19個小麥品種中，Yr9比例最高，占29.4%，‘泰農(nóng)18等9份品種僅含一個抗條銹病基因，‘山農(nóng)483等10份品種含多個已知或未知基因，其余品種含有未知基因。該結(jié)果將為黃淮麥區(qū)小麥品種的合理布局提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞小麥條銹病;基因推導(dǎo);抗條銹病基因

中圖分類號：S 435.121.42

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.16688/j.zwbh.2018070

小麥條銹病是由禾谷丙銹菌小麥專化型Puccinia striiformis f.sp. tritici（Pst）引起的一種世界性小麥真菌病害，病害流行年份導(dǎo)致小麥嚴(yán)重減產(chǎn)乃至絕收。我國是小麥條銹病發(fā)生面積最大、危害損失最重的產(chǎn)麥國家[1]，新中國成立以來先后發(fā)生了9次小麥條銹病大流行，其中有4次分別造成小麥產(chǎn)量損失600萬、320萬、180萬和130萬t[2]。條銹菌毒性的不斷變異和單個抗性基因的過度使用是造成小麥條銹病大暴發(fā)的主要原因[3]，選育并合理運(yùn)用多基因聚合的廣譜持久抗病良種是防治小麥條銹病最經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和有效的方法[4]。

基因?qū)驅(qū)W說的提出為小麥抗病基因遺傳研究奠定了良好基礎(chǔ)[5]，Dubin等[6]總結(jié)了6條關(guān)于小麥抗條銹病基因推導(dǎo)的基本原則，為該理論在小麥抗條銹病基因推導(dǎo)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了重要指導(dǎo)。基因推導(dǎo)克服了傳統(tǒng)方法配置雜交組合和遺傳分析等費(fèi)時費(fèi)力的弊端，一般在4～8周就能得到有用的遺傳信息，是摸清品種的抗病基因組成的有效手段。我國眾多學(xué)者先后運(yùn)用已知基因載體品種與條銹菌的互作關(guān)系推導(dǎo)出了部分小麥品種的抗條銹病主效基因，為抗條銹病基因的合理布局提供了理論依據(jù)。張玉薇等[7]推導(dǎo)了2006-2010年國家審定的75個小麥品種的抗條銹病基因，認(rèn)為多數(shù)品種含有已知或未知抗條銹病基因，其中含Yr1、Yr2、Yr3、Yr9等基因的品種所占比例最高。王吐虹等[8]推導(dǎo)了我國條銹菌菌源地甘肅南部40個小麥生產(chǎn)品種的抗條銹病基因，發(fā)現(xiàn)主要以Yr9、Yr24和Yr26基因?yàn)橹鳌?/p>

2009年在我國四川首次出現(xiàn)了對重要小麥抗條銹病基因Yr26和Yr10具有聯(lián)合毒性的新條銹菌致病類群G22（代號V26）[9]。2016年該致病類群中流行頻率最高的G229致病類型被正式命名為CYR34號生理小種[10]，CYR34具有超越CYR32和CYR33成為我國第一優(yōu)勢小種的趨勢[11]，嚴(yán)重威脅我國小麥生產(chǎn)安全。黃淮麥區(qū)是我國小麥的主產(chǎn)區(qū)，摸清當(dāng)前黃淮麥區(qū)小麥主栽品種的抗條銹病基因組成情況，及時調(diào)整小麥品種布局，預(yù)防小麥條銹病的大范圍暴發(fā)成為需要解決的首要問題?；诖耍覀儗δ壳拔覈S淮麥區(qū)34份小麥主栽品種進(jìn)行了抗條銹病基因推導(dǎo)，旨在為這些品種合理布局提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

供試小麥為我國黃淮麥區(qū)34個小麥主栽品種（表1），由山東農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供;21個以Avocet*S為背景的小麥抗條銹近等基因系，即‘Avocet*S、‘Avocet*S/Yr1、‘Avocet*S/Yr3、‘Avocet*S/Yr4、‘Avocet*S/Yr5、‘Avocet*S/Yr6、‘Avocet*S/Yr7、‘Avocet*S/Yr8、‘Avocet*S/Yr9、‘Avocet*S/Yr10、‘Avocet*S/Yr15、‘Avocet*S/Yr17、‘Avocet*S/Yr24、‘Avocet*S/Yr25、‘Avocet*S/Yr26、‘Avocet*S/Yr27、‘Avocet*S/Yr30、‘Avocet*S/Yr32、‘Avocet*S/YrA、‘Avocet*S/YrSp、Avocet*S/YrSk由澳大利亞悉尼大學(xué)植物育種研究所培育，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所收集、繁殖、保存;對照品種‘銘賢169由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所收集、繁殖、保存。

供試的15個條銹菌生理小種中，來自國外的8個，即66E74（DK）、98E26（DK）、66E10（DK）、66E154（DK）、86E90（UK）、70E72（DK）、114E26（DK）、98E90（DK）;來自國內(nèi)的7個，即66E26、72E66、70E10、111E239（CYR32）、111E222（CYR33）、127E255（CYR34）、63E254（G2214），所有菌種均由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所麥類真菌病害研究室保存。

1.2方法

將所有小麥品系成套播種于20 cm×30 cm的塑料盒中，用30孔的模板打穴，按照編號將近等基因系和待測小麥品種催芽后依次播種于穴內(nèi)，每穴6～8粒，覆土、澆水、蓋膜，置于育苗間內(nèi)培養(yǎng)，2～3 d 后待所有小麥發(fā)芽后揭去薄膜，繼續(xù)培養(yǎng)3～4 d，待小麥第一片葉完全展開時分生理小種進(jìn)行人工接菌。接種采用劉太國等[12]的方法：每10 mg 條銹菌新鮮夏孢子加1 mL 礦物油（Soltrol170）配制孢子懸浮液，隨后均勻噴灑在小麥葉片上，4～6 h后待礦物油完全晾干，將0.001%吐溫水溶液均勻噴灑在葉片表面，放入洗凈的接種桶中蓋上薄膜，置于保濕間（黑暗、10℃），保濕24 h 后取出，人工溫室（14～18℃，光照16 h/d）培養(yǎng)15 d，待對照品種‘銘賢169 和‘Avocet*S完全發(fā)病后調(diào)查。按照0～9 級[13]標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)查，即0～6 為低侵染型，7～9 為高侵染型。根據(jù)基因?qū)驅(qū)W說和Dubin等[6]提出的6條基因推導(dǎo)原則，比較所有參試條銹菌生理小種對待測品種和近等基因系的侵染型，并參考系譜分析待測品種攜帶的抗條銹病基因。

2結(jié)果與分析

由表2、表3結(jié)果看出， ‘初94、‘德選1號、‘昌樂5號、‘品資旱992、‘泰農(nóng)18、‘ LS3283、‘山農(nóng)25等與Yr9抗譜一致，推測這7個品種含有Yr9基因?！≠?16含有Yr9和其他抗性基因。Yr4僅對菌株63E254（G2214）具有抗性，‘豫麥49含有Yr4，‘豫麥54含有Yr4和其他抗性基因。 ‘山農(nóng)483和‘川35050含有Yr9、Yr4和其他抗性基因。 ‘唐麥8號可能含有YrA和YrSp?！疅熮r(nóng)23可能含有Yr3、Yr8和Yr17基因，‘泰山23可能含有Yr8、Yr30、YrA、YrSk，‘西農(nóng)85可能含有Yr8、Yr17、YrSk，‘晉麥33可能含有Yr27、YrA、YrSp，‘周99233可能含有Yr26，‘平陽298可能含有YrA和其他抗性基因。另外，‘濟(jì)麥22、‘臨優(yōu)145、‘新麥16、‘新麥18、‘新麥26、‘鄭麥9023、‘煙99603、‘澳大利亞紅麥、‘加拿大超強(qiáng)筋麥、‘藍(lán)58、‘AN2（珍珠綠）、‘山農(nóng)8355、‘河農(nóng)4198、‘中優(yōu)9507、‘臨旱822等15個品種與供試的已知基因的抗譜均不一致，推測這些品種可能含有供試基因之外的其他抗性基因。

1） 0：不產(chǎn)生任何病癥;1：產(chǎn)生少量壞死和/或褪綠斑點(diǎn)，不產(chǎn)生夏孢子;2：產(chǎn)生較大壞死和/或褪綠病斑并連接成片，不產(chǎn)生夏孢子;3：產(chǎn)生大片壞死和/或褪綠病斑并連成片，有很少夏孢子堆;4：產(chǎn)生大量成片壞死和/或褪綠病斑，有少量小型夏孢子堆;5：葉片壞死和/或褪綠，較少量小型夏孢子堆;6：葉片壞死和/或褪綠，中等大小夏孢子堆;7：葉片壞死和/或褪綠，較多中等大小夏孢子堆;8：葉片稍有褪綠，大量大型夏孢子堆;9：葉片無壞死或褪綠，大量大型夏孢子堆。下同。

0： No visible signs or symptom; 1： Necrotic and/or chlorotic flecks， no sporulation; 2： Necrotic and/or chlorotic blotches or stripes， no sporulation; 3： Necrotic and/or chlorotic blotches or stripes， trace sporulation; 4： Necrotic and/or chlorotic blotches or stripes， light sporulation; 5： Necrotic and/or chlorotic blotches or stripes， intermediate sporulation; 6： Necrotic and/or chlorotic blotches or stripes， moderate sporulation; 7： Necrotic and/or chlorotic blotches or stripes， abundant sporulation; 8： Chlorosis behind sporulating area， abundant sporulation; 9： No necrosis or chlorosis， abundant sporulation.The same below.

3討論

本研究結(jié)果顯示，從參試的34份小麥品種中共推導(dǎo)出11個基因，這些基因以單基因或基因組合的形式存在于19個小麥品種中，部分品種間抗病譜存在細(xì)微差異，其中10個品種攜帶Yr9，3個品種攜帶Yr8，攜帶Yr4和YrA的品種各4份，攜帶Yr17、YrSp和YrSk的品種各2份，攜帶Yr3、Yr26、Yr27和Yr30基因的品種各1份。其中僅含1個基因的品種共9份，含一個及以上已知或未知基因的共10份，有15個品種未能推導(dǎo)出含有已知基因但對部分小種依然具有較高的抗性，其抗性可能是由其他抗性基因決定的。

Yr9對CYR32、CYR33、CYR34、G2214表現(xiàn)感病，對其余的參試菌株表現(xiàn)抗病，在所有參試的34份小麥中Yr9基因所占的比例最高，達(dá)到了29.4%，其原因是Yr9基因位于小麥1BL/1RS易位系上，該易位系具有抗病性、豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性，于20世紀(jì)后期引入我國并在生產(chǎn)中大量使用[14]，所以我國目前的小麥品種大多含有該易位系。黃亮等[15]、李敏州等[16]的研究結(jié)果中Yr9基因的含量均超過30%，與本研究結(jié)果基本保持一致。根據(jù)系譜分析發(fā)現(xiàn)，‘泰農(nóng)18（萊州137/煙3697）、‘ LS3283（萊州137/煙3697∥臨麥6號）、‘山農(nóng)25[J1697（L156/萊州137）∥煙1933/陜8229]3個品種均具有‘萊州137的血統(tǒng)，且‘萊州137為‘洛夫林10和‘洛夫林13的衍生品種，帶有小麥1BL/1RS易位系[15]，所以推測它們的Yr9基因來自于‘萊州137;‘山農(nóng)483為‘矮孟牛的衍生品種，而‘矮孟牛為親本‘牛朱特的子1代，所以推測‘山農(nóng)483的Yr9基因來源于‘牛朱特;‘小偃216[（鄭引4號/小偃96×7751）/小偃107∥蘭考906]具有 ‘蘭考906的遺傳背景，‘蘭考906又名‘豫麥66，是通過小麥細(xì)胞工程選育的具有六倍體小黑麥血統(tǒng)的高產(chǎn)品系，所以推測‘小偃216的Yr9基因源自于‘蘭考906。

黃淮麥區(qū)是我國的主要產(chǎn)麥區(qū)，小麥的種植面積和產(chǎn)量分別占全國的45%和51%[17]，享有我國“糧倉”的美譽(yù)，小麥條銹病是該地區(qū)小麥生產(chǎn)的主要病害之一，每年都有不同程度的發(fā)生，影響小麥產(chǎn)量和品質(zhì)。本試驗(yàn)參試品種‘鄭麥9023（{（小偃6號/西農(nóng)65）∥[83（2）33/84（14）43]}F3/陜213）和‘濟(jì)麥22（臨遠(yuǎn)7069/魯麥14∥935106）是黃淮麥區(qū)重要的主推品種，每年的種植面積均領(lǐng)先其他小麥品種，雖然本試驗(yàn)在這兩個品種中并沒有推導(dǎo)出已知抗性基因，但是研究發(fā)現(xiàn)這兩個品種對部分參試菌株具有較好的抗性，初步認(rèn)為這兩個品種可能含有其他未檢測到的抗條銹病基因，‘濟(jì)麥22具有‘魯麥14的血統(tǒng)，研究表明‘魯麥14含有未知抗條銹基因[18]，所以‘濟(jì)麥22的未知抗條銹基因可能來自‘魯麥14。

植物的抗病性并不只是單基因遺傳控制，更多的是基因間相互作用的結(jié)果，基因間的相互作用會造成抗病性互補(bǔ)、累加等優(yōu)勢[19]?；蜷g相互作用現(xiàn)象在本試驗(yàn)中也有體現(xiàn)，例如本試驗(yàn)的供試品種 ‘山農(nóng)483，聚合了抗條銹病基因Yr9和Yr4之后兼具了兩個基因的抗性，使‘山農(nóng)483的抗性增強(qiáng)、抗性譜擴(kuò)寬，這樣的現(xiàn)象在其他學(xué)者的研究中也有體現(xiàn)，如聚合了抗條銹基因Yr1、Yr2、Yr9、Yr32的持久抗性品種‘Savannah抗性得到了明顯的提高[20]。所以在育種過程中將多個抗條銹基因聚合到同一小麥品種中是增強(qiáng)抗病性、拓寬抗病譜的有效途徑。

需要引起重視的是，參試的34份小麥品種對我國當(dāng)前流行的條銹菌生理小種CYR32、CYR33、CYR34以及條銹菌致病類型G2214大多表現(xiàn)感病，這意味著我國黃淮麥區(qū)將持續(xù)受到小麥條銹病的威脅，在品種布局時應(yīng)盡量考慮周全，將條銹病造成的危害降到最低。

本研究雖然采用基因推導(dǎo)的方法推測了參試品種的抗條銹病基因，但是受含抗條銹近等基因系的品種數(shù)量和小麥條銹菌的致病性等的限制，部分品種依然無法推導(dǎo)出可能的抗性基因，并且部分參試品種未能查到相應(yīng)的系譜，影響了試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。所以在使用基因推導(dǎo)方法確定抗病基因時，應(yīng)盡量多地使用已知基因載體品種和毒性差異更顯著的致病菌生理小種，并且使用的菌株應(yīng)涵蓋更多毒性譜，在條件允許的情況下可使用分子標(biāo)記、等位性測驗(yàn)等手段進(jìn)行驗(yàn)證，從而提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度。

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（責(zé)任編輯：楊明麗）