70份國(guó)外小麥品種(系)的苗期和成株期抗葉銹病鑒定

鄭慧敏 溫曉蕾,2 郝晨陽(yáng) 張培培 GEBREWAHID Takele Weldu 閆曉翠 劉大群 張學(xué)勇,* 李在峰,*

70份國(guó)外小麥品種(系)的苗期和成株期抗葉銹病鑒定

鄭慧敏1溫曉蕾1,2郝晨陽(yáng)3張培培1GEBREWAHID Takele Weldu1閆曉翠1劉大群1張學(xué)勇3,*李在峰1,*

1河北農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院/ 河北省農(nóng)作物病蟲害生物防治工程技術(shù)研究中心, 河北保定 071001;2河北科技師范學(xué)院, 河北秦皇島 066000;3中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所, 北京 100081

小麥葉銹病是小麥生產(chǎn)中的重要病害之一, 培育持久抗病品種是最經(jīng)濟(jì)、有效和環(huán)保的方法。本研究用19個(gè)不同毒力的葉銹菌小種苗期接種70份國(guó)外引進(jìn)小麥品種(系)及36個(gè)已知抗葉銹病基因的載體品種進(jìn)行抗性鑒定, 同時(shí)在2016—2017年度分別于河北保定和河南周口對(duì)70份國(guó)外引進(jìn)品種進(jìn)行田間抗葉銹性鑒定。為進(jìn)一步檢測(cè)材料中所攜帶的苗期和成株抗葉銹病基因, 利用12個(gè)與已知基因緊密連鎖的分子標(biāo)記進(jìn)行檢測(cè), 綜合基因推導(dǎo)、系譜分析和分子標(biāo)記檢測(cè)的結(jié)果, 在33份材料中鑒定出15個(gè)抗葉銹病基因, 包括、、、、、、、、、、、和, 田間鑒定篩選出39份品種表現(xiàn)慢銹性。苗期和田間表現(xiàn)表明, 國(guó)外品種中含有豐富的對(duì)我國(guó)葉銹菌小種有效的苗期和成株期抗葉銹病基因, 可作為小麥抗葉銹病抗源在抗病育種中加以利用。

國(guó)外引進(jìn)小麥; 葉銹病; 基因鑒定; 慢銹性

由小麥葉銹菌()引起的小麥葉銹病是一種真菌性氣傳病害, 是危害小麥產(chǎn)量的重要因素之一, 病害嚴(yán)重流行年份可使小麥減產(chǎn)40%以上甚至絕收[1]。20世紀(jì)70年代, 小麥葉銹病在墨西哥西北部大流行, 致使小麥產(chǎn)量損失高達(dá)70%[2]。葉銹病在我國(guó)發(fā)生范圍很廣, 主要分布于河北、河南、山東、江蘇、山西、貴州、四川、云南、黑龍江、吉林等省。2015年, 小麥葉銹病在小麥主產(chǎn)區(qū)之一的河南省全省爆發(fā), 葉片在幾天之內(nèi)快速干枯死亡, 嚴(yán)重影響小麥正常灌漿, 對(duì)小麥生產(chǎn)造成了嚴(yán)重?fù)p失[3]。隨著全球性氣候變暖, 未來(lái)的溫度和濕度條件可能會(huì)更加適合小麥葉銹病的發(fā)生和流行。因此, 選育和利用抗病品種是控制小麥葉銹病最經(jīng)濟(jì)、有效且對(duì)環(huán)境安全的重要措施。

小麥對(duì)葉銹病的抗性分為垂直抗性和水平抗性。垂直抗性是小種?；剐? 表現(xiàn)為全生育期抗性, 由主效基因控制, 但抗性較脆弱, 常因葉銹菌小種的變異而導(dǎo)致抗性喪失; 水平抗性是非小種?；剐? 又稱慢銹性, 受多個(gè)微效基因控制, 具有加性效應(yīng)和上位效應(yīng), 不易引起抗病性喪失, 因而較小種專化抗性更持久[4]。當(dāng)前, 國(guó)際上對(duì)小麥葉銹病的研究較多, 1946年Ausemus等[5]首次用正式命名抗葉銹病基因。目前, 在小麥染色體上已發(fā)現(xiàn)了100多個(gè)抗葉銹病基因, 正式命名了79個(gè)[6], 但大多數(shù)為苗期抗病基因, 成株抗葉銹病基因僅有12個(gè)分別為、、(a和b)、、、、、、、和, 其中、、和為成株微效基因, 具有持久抗病性[7]。目前我國(guó)小麥生產(chǎn)上的流行小種為THTT、THTS[8]等, 因其毒性譜較寬導(dǎo)致多數(shù)主效基因已喪失抗性, 目前只有、、、、、、等少數(shù)基因仍保持有效的抗性[9-10], 因此鑒定國(guó)內(nèi)外小麥材料所攜帶的抗病基因?qū)没虿季趾涂共∮N防治小麥銹病具有重要的理論和實(shí)踐意義。1973年, Browder[11]首次應(yīng)用基因推導(dǎo)方法推導(dǎo)出了和; Gao等[9]、Li等[10]、劉志勇等[12]分別對(duì)我國(guó)部分生產(chǎn)主栽品種及抗葉銹育種圃高代品系進(jìn)行了推導(dǎo)檢測(cè)分析, 鑒定出、、、、、、、、、、、等多個(gè)抗病基因。伍玲等[13]用csLv34以及5對(duì)功能標(biāo)記cssfr1~cssfr5對(duì)CIMMYT小麥材料成株抗性基因進(jìn)行檢測(cè), 進(jìn)一步驗(yàn)證了該功能標(biāo)記的有效性。將基因推導(dǎo)、系譜分析和分子標(biāo)記檢測(cè)相結(jié)合, 可有效地提高鑒定小麥品種抗葉銹病基因的鑒定準(zhǔn)確率。

本試驗(yàn)選取70份國(guó)外引進(jìn)小麥品種進(jìn)行苗期基因推導(dǎo)和成株慢銹性鑒定, 進(jìn)一步利用12個(gè)與抗葉銹基因緊密連鎖的分子標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)記輔助鑒定, 旨在明確這些小麥材料中的抗葉銹基因, 篩選出具有持久抗病材料, 為我國(guó)培育持久抗葉銹品種提供理論基礎(chǔ)及有效抗源。

1 材料與方法

1.1 供試材料及葉銹菌系

來(lái)自北美洲的70份小麥品種, 其名稱、系譜、類型及來(lái)源見附表1。36個(gè)已知抗葉銹病基因的載體品種、感病對(duì)照品種鄭州5389、用于基因推導(dǎo)的19個(gè)單胞純化后的小麥葉銹菌生理小種(FHRQ、FGHQ、FHHS、FHRS、PHHS、PHKS、PHTN、FHRS②、FHRQ②、THKT、TGTS、THDL、FHGQ、FGGQ、THGS、PHRT、FHGQ②、FHCQ、FHHQ)以及成株期所用的強(qiáng)毒力混合生理小種(THTT、PHTN、THKT、THDL、THGS)均由河北農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥銹病研究室提供。參照Long等[14]提出的三字母密碼命名系統(tǒng)及后來(lái)擴(kuò)展成的四字母命名法命名小種(https://www.ars.usda.gov/ ARSUserFiles/50620500/Cerealrusts/pt_nomen.pdf)。所有菌種均采集于中國(guó)小麥主產(chǎn)區(qū)且經(jīng)單胞分離純化, 保存于河北農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥銹病研究室。

1.2 苗期侵染型鑒定及基因推導(dǎo)

將36個(gè)攜帶已知抗葉銹病基因的載體品種、70份待測(cè)引進(jìn)小麥和對(duì)照感病品種鄭州5389共計(jì)107份材料(19套), 按順序種于溫室的育苗盤內(nèi)。待小麥第一葉片完全展開即一葉一心時(shí)期, 采用掃抹法[15]分別接種19個(gè)不同毒力譜的葉銹菌生理小種, 然后置相對(duì)濕度100%的接種桶中覆蓋塑料薄膜保濕, 在18℃的條件下黑暗保濕24 h后移置室溫下(約25℃)培養(yǎng)15 d, 待感病對(duì)照品種5389充分發(fā)病時(shí)鑒定侵染型[16]。參照Roelfs等[17]的6級(jí)(0、;、1、2、3、4)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查記載侵染型, 0~2級(jí)為抗病, 3~4級(jí)為感病。并依據(jù)Dubin等[18]提出的抗病基因推導(dǎo)原則進(jìn)行基因推導(dǎo), 推導(dǎo)待測(cè)品種中所含抗葉銹病基因或基因組合。

1.3 田間試驗(yàn)和成株期抗葉銹病鑒定

2016—2017年度, 將70份國(guó)外小麥品種, 慢銹對(duì)照品種SAAR和感病對(duì)照品種鄭州5389, 分別種植于河北保定河北農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥試驗(yàn)田(115.47°E, 38.85°N)和河南周口黃泛區(qū)農(nóng)場(chǎng)試驗(yàn)田(114.53°E, 33.80°N), 采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)、2次重復(fù)、行距0.25 m、行長(zhǎng)1.5 m, 每10行種植一個(gè)高感對(duì)照品種鄭州5389, 并且將鄭州5389垂直種植作為接種行。參照Li等[10]的田間混合菌種(THTT、PHTN、THKT、THDL、THGS)接種和成株抗葉銹菌鑒定方法。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用軟件SAS 9.1進(jìn)行方差分析(Analysis of Variance, ANOVA)及計(jì)算品種(系)間的LSD (least significant difference)值。根據(jù)苗期與成株期的侵染型排除具有苗期抗性基因的品種(系), 將最大嚴(yán)重度(final disease severity, FDS)明顯小于或與慢銹對(duì)照SAAR無(wú)顯著差異的品種作為慢銹品種。

1.5 分子標(biāo)記檢測(cè)

利用CTAB法[19]提取小麥葉片基因組DNA, 并利用分光光度計(jì)對(duì)DNA濃度和純度進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)用ddH2O稀釋DNA至終濃度40 mg L–1用于PCR反應(yīng)。采用與已知抗葉銹病基因緊密連鎖的12個(gè)分子標(biāo)記進(jìn)行分子檢測(cè), 引物由生工生物工程(上海)股份有限公司合成(附表2)。所有引物的PCR體系為20 μL, 含10 μL 2×PCR Mix、6 μL ddH2O、2 μL 4mmol L–1引物、2 μL 40 mg L–1DNA模板。PCR反應(yīng)程序?yàn)? 94℃預(yù)變性5 min; 94℃變性1 min, 56~66℃ (根據(jù)各個(gè)引物退火溫度決定, 詳見附表2)退火1 min, 72℃延伸2 min, 35個(gè)循環(huán); 之后72℃延伸10 min, 4℃保存。根據(jù)擴(kuò)增產(chǎn)物的分子量大小分別用1.5%瓊脂糖或者12%非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測(cè)分析(圖1和圖2)。

2 結(jié)果與分析

2.1 苗期抗病鑒定與分析

利用19個(gè)葉銹菌系對(duì)36個(gè)已知抗葉銹基因小麥載體品種、70份待測(cè)供試品種和感病對(duì)照品種鄭州5389在苗期進(jìn)行抗性鑒定(表1和表2)。其中, 感病對(duì)照品種鄭州5389對(duì)19個(gè)生理小種均表現(xiàn)為高度感病, 在36個(gè)已知抗葉銹病載體品種中, 攜帶、、、、、、和的8個(gè)載體品種對(duì)所有供試葉銹菌種均表現(xiàn)抗病, 而攜帶、、、、、和的7個(gè)載體品種對(duì)19個(gè)供試葉銹菌生理小種均表現(xiàn)為感病, 因此上述15個(gè)抗葉銹病基因無(wú)法通過(guò)苗期抗性譜比較進(jìn)行基因推導(dǎo); 其余21個(gè)抗葉銹病基因?qū)?9個(gè)葉銹菌系均表現(xiàn)為不同的抗性譜, 可以通過(guò)苗期鑒定推導(dǎo)出來(lái)(表1)。

圖1 Lr1、Lr9、Lr10、Lr19、Lr20、Lr24、Lr26、Lr34和Lr37部分PCR標(biāo)記檢測(cè)電泳圖

M: DL 2000 marker; Z: Zhengzhou 5389; 1: Geneva; 2: Dodge; 3: Williams; 4: Lancer; 5: Madsen; 6: GR876; 7: Tiber; 8: Laura; 9: Marberg; 10: Karl; 11: Georgia 100; 12: Sharp; 13: Wakefield.

圖2 Lr46分子標(biāo)記檢測(cè)結(jié)果

M: PBR 322 DNA/Imarker; Z: Zhengzhou 5389; 1: Glenman; 2: Siouxland; 3: Adder; 4: Copper; 5: Century; 6: Geneva; 7: Dodge; 8: Williams; 9: Lancer; 10: Madsen; 11: GR876; 12: Tiber; 13: Laura; 14: Marberg; 15: Karl; 16: Georgia 100; 17: Sharp; 18: Wakefield; 19: Hoff; 20: Gene; 21: Vista; 22: AC Taber; 23: Alliance; 24: McNeal.

對(duì)11個(gè)小種(FHRQ、FGHQ、FHHS、FHRS、FHRS②、FHRQ②、FHGQ、FGGQ、FHGQ②、FHCQ和FHHQ)表現(xiàn)為抗性, 對(duì)其余8個(gè)小種則表現(xiàn)為感病, 9個(gè)小麥品種Onas 53、Yukon、Glenman、Geneva、Dodge、Williams、Tiber、Sharp和Gene的抗性與相同或較表現(xiàn)為更廣譜的抗性, 因此這些品種中可能含有基因。同時(shí), 品種Yukon對(duì)無(wú)毒的2個(gè)小種(PHHS和THGS)也表現(xiàn)低侵染型, 因此該品種可能還同時(shí)攜帶。而品種Dodge又對(duì)和無(wú)毒的小種表現(xiàn)抗病, 因此, 品種Dodge可能同時(shí)攜帶基因、和。

對(duì)表現(xiàn)無(wú)毒的小種均同樣表現(xiàn)為低侵染型, 因此攜帶的材料掩蓋了基因的表達(dá)而不能推導(dǎo)出。同時(shí),又對(duì)另外4個(gè)小種(PHHS、PHKS、PHTN和PHRT)表現(xiàn)抗病性, 本研究中3個(gè)小麥品種Georgia 100、AC Taber、Alliance對(duì)所有無(wú)毒小種表現(xiàn)為低侵染型, 因此這3個(gè)小麥品種中可能攜帶基因。品種Georgia 100同時(shí)對(duì)無(wú)毒小種(FHRQ、FGHQ、FHHS、FHRS、PHHS、PHKS、PHTN、FHRS②、FHRQ②、TGTS和THDL)表現(xiàn)抗性, 因此該品種可能同時(shí)攜帶和。

僅對(duì)3個(gè)小種(FGHQ、TGTS和FGGQ)表現(xiàn)為低侵染型, 8個(gè)小麥品種GR 876、McNeal、Cayuga、Jubilee、Goodstreak、Arrowsmith、Mace和Camelot對(duì)所有無(wú)毒小種均表現(xiàn)抗性, 表明這些材料中可能攜帶。

僅對(duì)小種PHTN和THDL表現(xiàn)抗病, 品種Onas 53、Neepawa、Inia 66 R、Madsen、Laura、Karl、Vista和AC Taber對(duì)所有無(wú)毒小種都表現(xiàn)低侵染型, 說(shuō)明這8份材料可能含有。同時(shí), 品種Madsen對(duì)和無(wú)毒小種均表現(xiàn)抗性, 因此, 該品種可能同時(shí)攜帶、和。品種Inia 66 R對(duì)和無(wú)毒小種也表現(xiàn)抗性, 該品種可能同時(shí)攜帶基因、和。

僅對(duì)2個(gè)小種(THDL和FHCQ)表現(xiàn)抗病性,品種Redman、Colt、Siouxland、Century、Williams、Madsen、Marberg對(duì)這2個(gè)小種表現(xiàn)相似的低侵染型, 表明這些材料可能含有。同時(shí), 品種Marberg對(duì)無(wú)毒的2個(gè)小種(FHRS和FHGQ)表現(xiàn)抗性, 該品種可能同時(shí)攜帶基因和。

僅對(duì)3個(gè)小種(PHTN、FHGQ和FHGQ②)表現(xiàn)為低侵染型, 品種Neepawa、Inia 66R、Shasta和GR 876對(duì)所有無(wú)毒小種都表現(xiàn)為低侵染型, 這4個(gè)小麥品種中可能攜帶基因;對(duì)11個(gè)小種(FHRQ、FGHQ、FHHS、FHRS、PHHS、FHRS②、FHRQ②、FHGQ、FGGQ、FHCQ和FHHQ)表現(xiàn)為低侵染型, 品種Century、Lancer、Vista和Jubilee對(duì)所有無(wú)毒的小種都表現(xiàn)為低侵染型, 這4個(gè)小麥品種中可能攜帶;對(duì)12個(gè)小種(FHRQ、FGHQ、FHHS、FHRS、FHRS②、FHRQ②、FHGQ、FGGQ、THGS、PHRT、FHGQ②和FHHQ)表現(xiàn)為抗病性, 品種Century、Lancer、Karl對(duì)這12個(gè)小種也表現(xiàn)相似的低侵染型, 說(shuō)明這些材料可能含有;對(duì)10個(gè)小種(FHRQ、FGHQ、PHHS、FHRQ②、THDL、FHGQ、FGGQ、FHGQ②、FHCQ和FHHQ)表現(xiàn)為抗病性, 品種Colt、Siouxland、Dodge對(duì)這10個(gè)小種也表現(xiàn)相似的低侵染型, 說(shuō)明這些材料可能含有;對(duì)12個(gè)小種(FGHQ、FHHS、PHHS、PHKS、THKT、THDL、FHGQ、FGGQ、THGS、FHGQ②、FHCQ和FHHQ)都表現(xiàn)抗病性, 品種Neepawa、Dodge、Laura對(duì)所有無(wú)毒小種均表現(xiàn)抗性, 表明這些材料中可能攜帶(表1和表2)。

70份品種的苗期鑒定結(jié)果表明, 供試品種對(duì)我國(guó)葉銹菌小種表現(xiàn)出不同的抗感性, 4份材料(Laura、Marberg、Karl和Georgia 100)苗期表現(xiàn)較好抗性, 僅對(duì)19個(gè)小種中的個(gè)別菌株表現(xiàn)感病, 對(duì)其它小種則表現(xiàn)為抗病, 表明這些材料中可能攜帶未知抗病基因(表2)。

2.2 田間成株抗病性鑒定

2016—2017年分別于河北保定和河南周口兩地對(duì)這些材料進(jìn)行成株期抗葉銹病鑒定。感病對(duì)照鄭州5389在2個(gè)環(huán)境下都發(fā)病充分, 這保證了鑒定結(jié)果的可靠性。方差分析結(jié)果顯示, 品種間、環(huán)境間以及品種與環(huán)境間都存在極顯著差異; 這表明小麥葉銹病抗性基因的表達(dá)受基因型和環(huán)境共同影響(表3)。慢銹對(duì)照品種SAAR在田間的FDS值分別為7.5和8.0, 表現(xiàn)為明顯的慢銹性。方差分析發(fā)現(xiàn)在70份國(guó)外引進(jìn)材料中共有39個(gè)品種的FDS與慢銹對(duì)照品種SAAR的FDS差異不顯著, 表現(xiàn)高水平抗性。在這39份品種中Neepawa、Dodge、Williams、Laura和Vista這5個(gè)品種表現(xiàn)全生育期抗性可能攜帶有效的主效抗病基因, Early Red Fife、Dirkwin、Stacy、Mit、Wheeler、Saluda、Copper、Tiber、Hoff、Gene、McNeal、Lambert、Pomerelle、Cayuga、Boundary、Caledonia、Millennium、Jubilee、Avalanche、Alson、Steel-ND和Grandin等22個(gè)品種在苗期對(duì)我國(guó)所有流行葉銹菌小種均表現(xiàn)感病, 另外12個(gè)品種(Satanta、TAM 105、Redman、Glenman、Century、Lancer、Madsen、GR 876、Karl、Sharp、Wakefield和AC Taber)僅對(duì)個(gè)別葉銹菌小種表現(xiàn)抗性, 對(duì)多數(shù)流行的葉銹菌小種表現(xiàn)感病性, 其在田間成株期對(duì)混合葉銹菌小種侵染型表現(xiàn)感病, 而田間最終嚴(yán)重度FDS值較低, 因此這些材料可能為慢銹品種(表4)。

表3 70個(gè)小麥品種及慢銹SAAR和感病對(duì)照在2016?2017年分別在保定與周口最終病害嚴(yán)重度的方差分析

**表示差異達(dá)到0.01顯著水平。

**Significance at the 0.01 probability level.

表4 慢銹品種SAAR、感病對(duì)照品種5389及具有慢銹性品種苗期對(duì)混合小種的反應(yīng)型及成株期在2016?2017年的最終病害嚴(yán)重度

(續(xù)表4)

2.3 分子檢測(cè)

70份待測(cè)品種進(jìn)一步利用12個(gè)分子標(biāo)記進(jìn)行檢測(cè), 共檢測(cè)到、、、、和的特異目的片段, 而未檢測(cè)到、、和相應(yīng)的特異條帶。其中Onas 53、Yukon、Glenman、Sharp和Gene這5個(gè)品種中檢測(cè)出, 而在其他品種中則未檢測(cè)到與相同的條帶; 在8個(gè)品種中檢測(cè)出, 分別為Onas 53、Neepawa、Inia 66R、Madsen、Laura、Karl、Vista和AC Taber; 另外, 在GR 876、McNeal、Cayuga、Jubilee、Goodstreak、Arrowsmith、Mace和Camelot等品種中檢測(cè)出與相同的帶型。上述3個(gè)基因、和標(biāo)記檢測(cè)結(jié)果與基因推導(dǎo)結(jié)果完全一致, 可互相驗(yàn)證。、和是成株抗病基因, 用分子標(biāo)記檢測(cè)共篩選出64份材料攜帶成株抗病基因, 只攜帶成株基因的有7份, 只攜帶成株基因的有3份, 只攜帶成株基因的品種有41份, 同時(shí)攜帶成株基因和的有9份, 同時(shí)攜帶和的有4份(表2)。

3 討論

本研究結(jié)合表型基因推導(dǎo)、系譜分析和分子標(biāo)記檢測(cè)多種方法, 對(duì)70份國(guó)外小麥進(jìn)行苗期抗葉銹病分析, 18個(gè)已知葉銹基因、、、、、、、、、、、、、、、、和在70份待測(cè)材料中以單個(gè)基因或基因組合的方式存在。、、和無(wú)毒小種均對(duì)表現(xiàn)抗性, 因此, 當(dāng)存在時(shí),、、和不能被推導(dǎo)出來(lái)。同理和的無(wú)毒小種均對(duì)表現(xiàn)抗病, 當(dāng)存在時(shí),和也不能被推導(dǎo)出。

苗期鑒定推測(cè)小麥品種Neepapwa可能含有3個(gè)基因、、, 標(biāo)記檢測(cè)中檢測(cè)出與相同的條帶, 但該品種對(duì)16個(gè)菌系都表現(xiàn)抗性,且田間發(fā)病表現(xiàn)為較低的嚴(yán)重度甚至近免疫, 故該品種中可能還含有未知抗病基因; 4個(gè)小麥品種Laura、Marberg、Karl、Georgia 100苗期推測(cè)其可能含有、、、、、、、等多個(gè)抗病基因, 這4個(gè)品種對(duì)其中18個(gè)菌系表現(xiàn)較高抗性, 且田間成株期也表現(xiàn)抗病, 標(biāo)記檢測(cè)顯示Marberg和Karl含有基因, 但抗病基因已喪失抗性[20], 這4個(gè)品種中可能攜帶多個(gè)抗病基因共同抵抗小麥葉銹菌, 也可能含有未知抗葉銹病基因。

基因推導(dǎo)法是鑒定小麥品種抗葉銹病基因最經(jīng)典的方法, 它不通過(guò)雜交只根據(jù)侵染型來(lái)推導(dǎo)基因型, 且快速簡(jiǎn)便, 能夠在短時(shí)間內(nèi)對(duì)大量品種進(jìn)行鑒定, 但它易受小種鑒別力不足、遺傳背景或人為誤差等因素的影響。分子標(biāo)記檢測(cè)方法快速、準(zhǔn)確并且不受環(huán)境條件的限制, 但容易出現(xiàn)假陽(yáng)性, 即擴(kuò)增出非特異性條帶, 影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。本試驗(yàn)聯(lián)合兩種方法加以鑒定, 它們能夠相互驗(yàn)證, 說(shuō)明了結(jié)果的可靠性。

系譜為HART/VA-66-54-10//KAVKAZ/PD-6693的小麥品種GR 876同時(shí)攜帶苗期基因和成株基因, 其親本KAVKAZ中攜帶抗病基因和[21], 說(shuō)明GR 876中的2個(gè)已知基因和可能都來(lái)自親本KAVKAZ; 小麥品種Vista中檢測(cè)出含有, 其系譜為NE-68513/NE-68457// CENTURK/3/BRULE, 兩親本CENTURK和BRULE中都檢測(cè)出含有[21], 說(shuō)明該品種中所含的基因可能來(lái)自這2個(gè)親本的其中之一, 同時(shí)也說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。和在田間已喪失抗性, 苗期僅對(duì)19個(gè)菌系中的3個(gè)或2個(gè)小種表現(xiàn)抗性, 對(duì)其他絕大多數(shù)小種則表現(xiàn)高度感病性, 表明這些基因在生產(chǎn)上已失去應(yīng)用價(jià)值。

、、和是非常重要的持久抗病基因, 當(dāng)其單獨(dú)應(yīng)用時(shí)仍有一定程度的發(fā)病, 但與、或這些幾乎喪失抗性的基因共同存在時(shí), 可明顯提高其自身的抗性, 抗病性一般都大于其單獨(dú)存在時(shí)的效果[22]。本試驗(yàn)中39份引進(jìn)品種在田間成株期表現(xiàn)較高水平的成株抗性, 表明這些引進(jìn)材料含有豐富的抗病基因, 且部分材料表現(xiàn)慢銹性, 可能具有持久抗性。相對(duì)來(lái)說(shuō)國(guó)內(nèi)品種含有的抗病基因相對(duì)單一, 田間多表現(xiàn)感病[9-10], 因此這些國(guó)外引進(jìn)品種可作為抗源在抗病育種中加以利用。

本研究中還鑒定到一些材料苗期和成株期都表現(xiàn)高抗, 推測(cè)可能攜帶未知抗葉銹病基因, 需進(jìn)一步利用遺傳學(xué)方法鑒定和定位。

4 結(jié)論

利用苗期基因推導(dǎo)結(jié)合系譜分析和分子標(biāo)記檢測(cè), 在70份國(guó)外小麥品種中共檢測(cè)出6個(gè)已知抗葉銹病基因, 即、、、、和。含有的有5個(gè)品種, 含有的品種有7個(gè), 含有的有8個(gè)品種, 攜帶成株抗病基因的有16個(gè)品種, 攜帶成株抗病基因的品種有9個(gè), 此外有53個(gè)品種攜帶。39份品種(占供試品種的55.71%)表現(xiàn)慢銹性, 這些材料可用于我國(guó)小麥持久抗病品種的培育。

附表 請(qǐng)見網(wǎng)絡(luò)版: 1) 本刊網(wǎng)站http://zwxb.china-crops.org/; 2) 中國(guó)知網(wǎng)http://www.cnki.net/; 3) 萬(wàn)方數(shù)據(jù)http://c.wanfangdata.com.cn/Periodical-zuowxb. aspx。

附表1 70份引進(jìn)小麥品種(系)系譜、來(lái)源

Supplementary table 1 The pedigree and origins of 70 introduced wheat variety (line)

--表示系譜未知。*表示品系。-- indicate pedigree unknow; * indicate lines.

附表2 分子標(biāo)記的引物序列及PCR擴(kuò)增程序

Supplementary table 2 Primer sequences and PCR amplification for different primer combinations

Lr基因Lr gene引物Primer引物序列Sequence of primer (5′→3′)退火溫度Annealing temp. (°C)片段大小Size (bp) Lr1WR003FGGGACAGAGACCTTGGTGGA65760 WR003RGAC GATGATGATTTGCTGCTGG Lr9J13/1TCCTTTTATTCCGCACGCCGG661100 J13/2CCACACTACCCCAAAGAGAG Lr10Lrk10D1GAAGCCCTTCGTCTCATCTG58282 Lrk10D2TTGATTCATTGCAGATGAGATCACG Lr19SCS265 FGGCGGATAAGCAGAGCAGAG65512 SCS265 RGGCGGATAAGTGGGTTATGG Lr19SCS253 FGCTGGTTCCACAAAGCAAA60736 SCS253 RGGCTGGTTCCTTAGATAGGTG Lr20STS638-LACAGCGATGAAGCAATGAAA60542 STS638-RGTCCAGTTGGTTGATGGAAT Lr24Lr24 J 9/1TCTAGTCTGTACATGGGGGC57310 Lr24 J 9/2TGGCACATGAACTCCATACG Lr26Glu-B3FGGTACCAACAACAACAACCC65636 Glu-B3RGTTGCTGCTGAGGTTGGTTC Lr26ω-secalin FACC TTCCTCATCTTTGTCCT651076 ω-secalin RCCGATGCCTATACCACTACT Lr34csLV34 FGTTGGTTAAGACTGGTGATGG58150 csLV34 RTGCTTGCTATTGCTGAATAGT Lr37VENTRIUPAGGGGCTACTGACCAAGGCT65259 LN2TGCAGCTACAGCAGTATGTACACAAAA Lr46csLV46G22FAGG GAAAAGACATCTTTTTTTTC58335 csLV46G22RCGACCGACTTCGGGTTC

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Seedling and slow rusting resistance to leaf rust in 70 introduced wheat lines

ZHENG Hui-Min1, WEN Xiao-Lei1,2, HAO Chen-Yang3, ZHANG Pei-Pei1, GEBREWAHID Takele Weldu1, YAN Xiao-Cui1, LIU Da-Qun1, ZHANG Xue-Yong3,*,and LI Zai-Feng1,*

1College of Plant Protection, Hebei Agricultural University / Biological Control Center of Plant Disease and Plant Pests of Hebei Province, Baoding 071000, Hebei, China;2Hebei Normal University of Science & Technology, Qinhuangdao 066000, Hebei, China;3Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China

Leaf rust is one of the most important wheat diseases which has a great influence on yield. Breeding cultivars for durable resistance can effectively and economically control the disease. In this study, seventy introduced wheat varieties, including susceptible control Zhengzhou 5389 and thirty-six donor lines, were inoculated with 19 Chinese pathotypes offor leaf rust resistance genes postulation at seedling stage, and to detect APR genes at adult plant stage during the 2016?2017 cropping seasons in Zhoukou of Henan province and Baoding of Hebei province. Zhengzhou 5389 and Saar lines as a susceptible and resistance control, respectively, and thirty-six tester lines with knowngenes were also used in the present study. Based on the results of gene postulation, marker-assisted detection and pedigree analysis, fifteengenes, including,,,,,,,,,,,,,,and, were identified among the tested cultivars. Wheat cultivars with the identified resistance genes in the present study can be used for breeding resistant cultivars of wheat leaf rust in China.

introduced wheat of abroad; leaf rust; identification of genes; slow-rusting resistance

本研究由國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31571662, 31601299)和引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目(2016-X16)資助。

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31571662, 31601299) and the Program of Introducing International Super Agricultural Science and Technology (948 Program) (2016-X16).

李在峰, E-mail: lzf7551@aliyun.com; 張學(xué)勇, E-mail: zhangxueyong@caas.cn

E-mail: 2458737090@qq.com

2019-01-07;

2019-05-12;

2019-06-19.

10.3724/SP.J.1006.2019.91003

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.s.20190612.1040.006.html