78份四川小麥育成品種(系)條銹病抗性鑒定與抗條銹病基因分子檢測(cè)

習(xí) 玲 王昱琦 朱 微 王 益 陳國(guó)躍 蒲宗君周永紅 康厚揚(yáng),*

78份四川小麥育成品種(系)條銹病抗性鑒定與抗條銹病基因分子檢測(cè)

習(xí) 玲1,2王昱琦1,2朱 微1,2王 益1,2陳國(guó)躍1,2蒲宗君3周永紅1,2康厚揚(yáng)1,2,*

1四川農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所, 四川成都 611130;2西南作物基因資源發(fā)掘與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川成都 611130;3四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所, 四川成都 610066

四川省是小麥條銹菌新小種產(chǎn)生的重要地區(qū)之一, 了解2016年以來(lái)四川小麥育成品種(系)對(duì)當(dāng)前流行的條銹菌生理小種和致病類型的抗性水平以及明確其抗條銹病基因的分布狀況, 可為四川育種防控小麥抗條銹病和品種布局提供理論依據(jù)。本研究選擇2個(gè)小種CYR32和CYR34對(duì)78份四川小麥育成品種(系)進(jìn)行苗期鑒定, 利用當(dāng)前小麥條銹菌優(yōu)勢(shì)小種CYR32、CYR33、CYR34, 以及貴22-14、貴農(nóng)致病類群等混合菌進(jìn)行成株期人工接種鑒定, 并利用19個(gè)抗條銹病QTL和基因、、、、、、、、、、、、、、、、、和的分子標(biāo)記對(duì)供試材料進(jìn)行抗條銹病基因檢測(cè)。結(jié)果表明, 在78份供試材料的苗期鑒定中, 對(duì)CYR32表現(xiàn)出抗性的有60份, 占76.92%; 對(duì)CYR34表現(xiàn)出抗性的有40份, 占51.28%; 同時(shí)對(duì)CYR32和CYR34表現(xiàn)抗性的有36份, 占46.15%。78份小麥品種(系)在成株期均表現(xiàn)抗條銹病, 其中綿麥835、蜀麥1743、蜀麥1829和蜀麥1868表現(xiàn)為免疫。苗期和成株期抗病性鑒定結(jié)果表明, 成株期抗性材料有42份, 占53.85%; 全生育期抗性材料有36份, 占46.15%。分子檢測(cè)結(jié)果表明, 可能攜帶、、、、、、、、、、、、、和的材料分別有5、5、45、2、30、5、30、39、3、2、22、8、23、6和24份。同時(shí)攜帶2~6個(gè)抗條銹病基因的聚合材料分別有24、22、11、14和3份, 占94.87%。所有供試品種(系)均未檢測(cè)到、、和, 僅西科麥18未檢測(cè)到上述19個(gè)抗條銹病基因, 可能攜帶其他已知或新的條銹病抗性基因。本研究鑒定了78份四川小麥育成品種(系)對(duì)條銹病抗性水平整體較好, 明確了其攜帶的抗條銹病基因, 為利用其培育持久抗性小麥品種提供了科學(xué)依據(jù)。

小麥條銹病; 小麥品種(系); 抗性評(píng)價(jià); 分子檢測(cè)

小麥條銹病是由條形柄銹菌小麥專化型(f. sp., Pst)引起的真菌病害,嚴(yán)重影響小麥的產(chǎn)量[1]。條銹菌主要隨風(fēng)遠(yuǎn)距離傳播, 引起大規(guī)模的流行發(fā)生, 從而造成巨大的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)損失。由于病原菌的快速進(jìn)化和新毒力小種的出現(xiàn), 常常導(dǎo)致小麥生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用的品種喪失抗條銹性[2]。迄止, 中國(guó)小麥主產(chǎn)區(qū)已發(fā)生過(guò)多次條銹病大流行, 1950年、1964年、1990年、2002年和2017年的條銹病流行分別導(dǎo)致小麥產(chǎn)量損失60億、32億、18億、13億和15億千克, 嚴(yán)重影響小麥生產(chǎn)安全[3]。

研究發(fā)現(xiàn), 導(dǎo)致小麥品種喪失抗條銹性的新毒性小種主要來(lái)源于甘肅南部和四川西北部等地區(qū)[4-5]。四川省是中國(guó)重要的小麥主產(chǎn)區(qū), 也是條銹菌冬繁區(qū), 四川盆地海拔300~700 m, 屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候, 冬季氣候溫和, 平均氣溫6~8℃, 為條銹菌的繁殖提供了適宜環(huán)境, 病原菌侵染秋苗并越冬繁殖, 翌春, 病原菌隨著高空氣流傳播至中、東部的黃淮海麥區(qū)以及長(zhǎng)江中下游麥區(qū), 導(dǎo)致條銹病大規(guī)模發(fā)生[6-8]。2009年首次在四川省發(fā)現(xiàn)以條中34 (CYR34)為代表的貴農(nóng)22致病類群(對(duì)致病,=), 幾年內(nèi)擴(kuò)展至全國(guó)小麥主產(chǎn)區(qū)。CYR34對(duì)小麥生產(chǎn)上應(yīng)用較廣的重要抗條銹病基因、(=)、產(chǎn)生毒性, 成為當(dāng)前的主流小種, 導(dǎo)致抗條銹病的川麥42、綿麥37、內(nèi)麥8號(hào)等主推品種喪失抗性[9-10], 而川麥42是由四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院利用國(guó)際玉米小麥改良中心(CIMMYT)引進(jìn)的一批硬粒小麥—節(jié)節(jié)麥人工合成種與四川生產(chǎn)上推廣的川麥30雜交、回交培育而成的, 在CYR34出現(xiàn)之前具有高產(chǎn)、抗病等優(yōu)良性狀[11-12]。

到目前為止, 四川省與CIMMYT進(jìn)行種質(zhì)資源交換已有30多年歷史, CIMMYT種質(zhì)已成為四川小麥育種的重要親本資源[13]。在四川麥區(qū), 通過(guò)與CIMMYT選育得到了突破性品種繁6及衍生系綿陽(yáng)11, 以及后來(lái)具有CIMMYT小麥種質(zhì)血緣的川麥18、川麥30、川麥32、川麥36、川麥39和人工合成種后代川麥42、川麥43, 這些品種在條銹病新抗源, 高產(chǎn)強(qiáng)筋上都具有較大突破[14]。CIMMYT小麥種質(zhì)的引入極大地促進(jìn)了四川小麥品種改良, 特別在其抗病性和廣適性等方面[15]。四川省的小麥條銹病新毒性小種變異快, 利用分子標(biāo)記輔助選擇(marker-assisted selection, MAS)將CIMMYT的外源優(yōu)異抗性基因?qū)氡镜仄贩N中, 以培育持久抗性新品種[13]。

實(shí)踐證明, 不斷培育和利用抗病品種是防治條銹病最具生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)安全的方法。目前已正式命名的抗條銹病基因有83 (~)個(gè), 但是許多小種特異性抗病基因已被毒性小種所克服, 若長(zhǎng)期大面積單一使用某一抗性基因(如、/、), 導(dǎo)致病原菌與抗源協(xié)同進(jìn)化使條銹菌產(chǎn)生變異, 則會(huì)出現(xiàn)條銹病大面積流行[16], 因此需要不斷挖掘小麥抗條銹病基因或QTL (quantitative trait locus), 加強(qiáng)四川小麥與CIMMYT的種質(zhì)交流。Ye等[17]在244份四川小麥地方品種和小麥育成品種中鑒定出52份在6種環(huán)境中表現(xiàn)穩(wěn)定抗條銹病的材料, 并定位到兩個(gè)新的抗性QTL (和)。周露[18]、王健維[19]、劉濤[20]分別在四川小麥地方品種古宋大龍須、儀隴坨麥和合江移栽麥鑒定出顯性抗條銹病基因, 分別命名為、和。王相權(quán)等[21]利用CYR32、CYR33和CYR34的混合菌從1949—2016年四川省審(認(rèn))定的170份冬小麥品種(系), 篩選出川農(nóng)30、蜀麥126、川麥55等43份品種(系)抗條銹病, 這些材料可在小麥生產(chǎn)上繼續(xù)使用或作為親本資源。曹世勤等[22]利用CYR32、CYR33、CYR34及G22-14、中4-1和混合菌對(duì)331份四川小麥品種(系)在甘肅隴南的抗條銹病鑒定, 表明成株期表現(xiàn)抗性的有72份,僅11份材料對(duì)條銹菌具有全生育期抗性(all stage resistance, ASR)。以上研究結(jié)果僅對(duì)四川小麥品種(系)的條銹病抗性進(jìn)行了鑒定和評(píng)價(jià), 但是未涉及抗條銹病基因的系統(tǒng)研究。因此, 本研究對(duì)2016年以來(lái)四川省78份小麥育成品種(系)進(jìn)行苗期和成株期抗條銹病鑒定, 抗條銹病基因的分子檢測(cè), 明確這些小麥品種(系)的條銹病抗性水平和抗條銹病基因的利用, 為抗病品種的合理布局防控小麥條銹病提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

78份四川小麥育成品種(系), 由四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物所蒲宗君博士、綿陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院任勇博士、西南科技大學(xué)楊隨莊博士、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)譚飛泉博士、代壽芬博士提供。銘賢169用作苗期條銹病感病對(duì)照和誘發(fā)條銹病小麥品種, SY95-71和臺(tái)長(zhǎng)29用作成株期誘發(fā)條銹病小麥材料, 15個(gè)已知抗條銹病基因載體材料:()、/6*Avocet S、/6*Avocet S、/6*Avocet S、/6*Avocet S、/6*Avocet S、蜀麥1675 ()、川麥55 ()、Opata 85 ()、RSL65 ()、PI 566596 ()、川農(nóng)19 ()、PI 610750 ()、PI 480016 ()和C591 (), 感病材料Avocet S作為陰性對(duì)照。對(duì)照材料均由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所提供。苗期鑒定在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院溫室進(jìn)行, 采用當(dāng)前流行小種CYR32 (Avirulence/Virulence:、、、、、、、/、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、)[23-25]和CYR34 (Avirulence/Virulence:、、、/、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、)[24-26]。成株期抗條銹病鑒定在四川溫江基地, 通過(guò)人工接種CYR32、CYR33、CYR34及貴22-14、水源類型、貴農(nóng)致病類群的等量混合菌, 供試菌種均由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所賈秋珍研究員提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 苗期抗病性鑒定 在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所溫室對(duì)78份供試材料進(jìn)行苗期抗性鑒定。感病對(duì)照為銘賢169, 所有材料分別選取10~15粒種子播種, 待長(zhǎng)到一葉一心期時(shí)用于接種。小種 CYR32和CYR34各25 mg新鮮夏孢子加在1 mL的吐溫水溶液中制備條銹菌懸浮液, 用噴霧裝置將孢子懸浮液分小種均勻噴灑在植株葉片上, 靜置30 min晾干, 將接種植株置于濕度>95%的10℃保濕間黑暗保濕24 h, 后置于光照培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng), 接種后18~20 d, 待銘賢169充分感病時(shí), 調(diào)查反應(yīng)型(infection type, IT), 反應(yīng)型按照0~9級(jí)[27]調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行記錄, 高抗(ITs 0~3)、中抗(ITs 4~6)、高感(ITs 7~9)[28]。

1.2.2 成株期人工誘發(fā)抗病性鑒定 78份四川小麥育成品種(系)于2018—2019年在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)溫江基地進(jìn)行成株期抗條銹病鑒定。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 行長(zhǎng)1.5 m、行距0.3 m, 每個(gè)材料單粒播種, 每行定植15株, 垂直于供試品種種植行一端種植1行感病對(duì)照SY95-71作為條銹病誘發(fā)行。在小麥分蘗期時(shí)用等量的混合菌與滑石粉1︰50 (m/v)的比例混合均勻, 采用涂抹法[29]進(jìn)行人工接種, 待SY95-71嚴(yán)重度達(dá)80%以上時(shí), 對(duì)供試材料進(jìn)行成株期抗病性調(diào)查, 每行隨機(jī)選取單株6株, 調(diào)查其病害嚴(yán)重度(disease severity, DS)和普遍率, 每隔7 d調(diào)查一次, 共3次, 最后一次調(diào)查反應(yīng)型, 計(jì)算其平均病害嚴(yán)重度(mean disease severity, MDS)各平均普遍率。反應(yīng)型鑒定標(biāo)準(zhǔn)與苗期的一致, 嚴(yán)重度采用8個(gè)等級(jí)(0、5%、10%、20%、40%、60%、80%和100%)[27]。

1.2.3 抗條銹病基因的分子檢測(cè) 取小麥葉片組織, 采用Hill-Ambroz等[30]改良的CTAB提取方法提取供試材料基因組DNA, 使用分光光度計(jì)(NanoDropone, 賽默飛世爾科技(中國(guó))有限公司, 美國(guó))測(cè)定DNA濃度, 并用1×TE溶液將DNA稀釋至100 ng μL–1, 于–20℃冰箱中儲(chǔ)存?zhèn)溆谩＿x用與、、、、、、、、、、、、、、、、、和[31]緊密連鎖的Simple Sequence Repeats (SSR)、Cleavage Amplification Polymorphism Sequence (CAPS)、Sequence Tagged Sites (STS)和Kompetitive Allele-specific PCR (KASP)等標(biāo)記或功能標(biāo)記, 對(duì)供試材料基因組DNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增,擴(kuò)增程序使用降落式PCR (Touchdown PCR), 擴(kuò)增產(chǎn)物在1.5%~2.0% (m/v)的瓊脂糖凝膠電泳(視PCR擴(kuò)增產(chǎn)物大小而定)、毛細(xì)管電泳、熒光定量PCR中擴(kuò)增檢測(cè)。分子標(biāo)記的所有引物序列均由上海生工生物工程有限公司合成(表1)。

表1 抗條銹病基因的分子標(biāo)記及引物序列

(續(xù)表1)

aDM: dominant marker; AFLP: amplified fragment length polymorphism; STS: sequence tagged sites; InDel: insertion/deletion; CAPS: cleavage amplification polymorphism sequence; SSR: simple sequence repeats; KASP: kompetitive allele-specific PCR.

2 結(jié)果與分析

2.1 苗期抗條銹性

條銹菌小種CYR32和CYR34對(duì)78份四川小麥育成品種(系)的苗期抗病性鑒定結(jié)果表明, 綿麥161、西科麥12、川農(nóng)30等60份品種(系)對(duì)CYR32表現(xiàn)出苗期抗性(ITs 0-6), 占76.92%。綿麥827、蜀麥1783、川麥608等40份品種(系)對(duì)CYR34表現(xiàn)出苗期抗性, 占51.28% (表2)。綿麥902、蜀麥1743、川麥611等36份品種(系)對(duì)2個(gè)小種均表現(xiàn)苗期抗病性, 占46.15%, 其中蜀麥1613、蜀麥1829、蜀麥1868、川麥605和川麥1747對(duì)CYR32和CYR34都表現(xiàn)為高抗(ITs 0-3) (表2)。對(duì)比2個(gè)小種抗病情況發(fā)現(xiàn), 對(duì)CYR32表現(xiàn)感病的有18份, 對(duì)CYR34表現(xiàn)感病的有38份。其中凡37123、西科麥12和川麥613等24份種質(zhì)對(duì)CYR32表現(xiàn)抗病, 但對(duì)CYR34感病; 而西科麥475、川農(nóng)32、蜀麥1843和川麥1694對(duì)CYR32感病, 但對(duì)CYR34抗病, 說(shuō)明在新小種CYR34出現(xiàn)后對(duì)一部分抗源已產(chǎn)生毒性, 以后應(yīng)加強(qiáng)銹病監(jiān)測(cè)。綜合而言, 四川小麥育成品種(系)在苗期對(duì)當(dāng)前2個(gè)流行的條銹菌生理小種具有較好的抗病性, 抗性水平整體偏高。

2.2 成株期抗條銹性

根據(jù)2019年溫江(2019WJ)的田間條銹病鑒定結(jié)果, 78份四川小麥育成品種(系)在成株期對(duì)當(dāng)前供試的條銹菌均表現(xiàn)抗病, 其中高抗條銹病(ITs 0-3, MDS<20%)的有76份, 占97.44%, 綿麥835、蜀麥1743、蜀麥1829和蜀麥1868在成株期對(duì)供試條銹菌表現(xiàn)為免疫水平(IT 0、MDS=0), 僅蜀麥1820和川麥1546表現(xiàn)為中抗條銹病(IT 4)(表2)。

2.3 抗條銹病評(píng)價(jià)

根據(jù)78份四川小麥育成品種(系)的苗期和成株期抗病性鑒定結(jié)果, 利用成株期抗性(adult plant resistance, APR)和全生育期抗性(all stage resistance, ASR)確定供試材料的抗病性類型。所有供試材料中有36份表現(xiàn)為全生育期抗性, 占46.15%; 42份表現(xiàn)為成株期抗性, 占53,85%; 苗期和成株期均高抗(ITs 0-3)條銹病的有蜀麥1613、蜀麥1829、蜀麥1868、川麥605和川麥1747 (表2)。結(jié)果表明78份四川小麥品種(系)對(duì)條銹病具有較好的抗病性, 可以繼續(xù)投入小麥生產(chǎn)使用中, 也可作為小麥育種的親本資源。

表2 78份四川小麥育成品種(系)抗條銹病評(píng)價(jià)及分子檢測(cè)結(jié)果

(續(xù)表2)

(續(xù)表2)

a2019WJ, 成株期抗條銹病鑒定于2019年在溫江基地(2019WJ)進(jìn)行; DS: 病害嚴(yán)重度;bAPR: 成株期抗性; ASR: 全生育期抗性; “—”: 未知基因或未確定基因。

a2019WJ indicates identification of wheat materials resistance to wheat stripe rust in Wenjiang in 2019; DS: disease severity; APR: adult plant resistance; ASR: all stages resistance; “—”: unknown or undeterminedgene.

2.4 抗條銹病基因分析

根據(jù)19個(gè)抗條銹病基因、、、、、、、、、、、、、、、、、和的分子鑒定結(jié)果(表2), 綿麥319、綿麥906和蜀麥1843等5份材料可能攜帶; 西科麥557、蜀麥1829、綿麥835等5份材料可能攜帶(圖1), 占6.41%; 凡37123、31966和西科麥475等45份材料可能攜帶; 與共分離的基因特異性標(biāo)記、STS標(biāo)記以及KASP標(biāo)記的檢測(cè)表明, 僅川麥801和川麥1456 可能攜帶, 占2.56%; 與緊密連鎖的STS標(biāo)記和檢測(cè)出綿麥1419、川麥607、川麥1699等30份材料可能攜帶該基因; 綿麥905、蜀麥1675、川麥93等5份材料可能攜帶, 占6.41%; 利用CAPS標(biāo)記檢測(cè)結(jié)果, 發(fā)現(xiàn)西科麥497、蜀麥1743、川麥83等30份材料可能攜帶, 占38.46%; 西科麥12、蜀麥1821、川麥1650等39份材料可能攜帶(圖2), 占50%; 綿麥906、川農(nóng)27和川農(nóng)32等3份材料可能含有, 占3.85%; 利用的緊密連鎖標(biāo)記和均擴(kuò)增出目標(biāo)條帶的有蜀麥1868和川麥1456, 占2.56%; 可能攜帶的包括綿麥827、川麥605、川麥901等22份材料, 占28.21%; 川農(nóng)39、西科麥518、蜀麥1885等8份材料可能攜帶, 占10.26%; 與連鎖的KASP標(biāo)記檢測(cè)出綿麥1501、西科麥546和川麥607等23份材料可能攜帶該基因; 根據(jù)KASP標(biāo)記檢測(cè)結(jié)果顯示, 綿麥903、川農(nóng)30、川麥87等6份材料可能攜帶(圖3), 占7.69%; 與連鎖的KASP標(biāo)記檢測(cè)出凡37123、31966、西科麥11等24份材料可能含有該基因, 占30.77%。所有供試材料均未檢測(cè)到、、和。僅西科麥18未檢測(cè)到以上19個(gè)基因, 推測(cè)其可能攜帶未檢測(cè)到的其他已知或新的抗條銹基因。

2.5 Yr基因聚合的分子檢測(cè)

由表2可知, 四川小麥育成品種(系)中含多個(gè)基因的材料共74份, 占供試材料的94.87%, 同時(shí)攜帶2~6個(gè)基因的材料分別為24、22、11、14和3份。攜帶2個(gè)基因的西科麥12 ()、川農(nóng)41 ()和川麥606 ()等11份材料表現(xiàn)成株期抗性; 攜帶3個(gè)基因的22份材料中, 西科麥518 ()、蜀麥1821 ()和蜀麥1843 ()等12份材料表現(xiàn)出成株期抗性; 攜帶4個(gè)基因的材料中僅綿麥319 ()和川麥98 ()表現(xiàn)全生育期抗性, 其余均為成株期抗性材料; 攜帶5個(gè)基因的綿麥827 ()、蜀麥1868 ()和川麥1456 ()等8份材料表現(xiàn)全生育期抗性。攜帶6個(gè)基因的川麥93 ()和川麥801 ()為成株期抗性材料, 川麥906 ()表現(xiàn)全生育期抗性。這些攜帶多個(gè)基因的種質(zhì)在田間對(duì)條銹病均表現(xiàn)出高抗或免疫水平。

M: Molecular weight marker (1 kb); 1:; 2: Avocet S; 3: 綿麥835; 4: 西科麥557; 5: 蜀麥1829; 6: 蜀麥1868; 7: 川麥1747; 8: 凡37123; 9: 31966; 10: 綿麥161; 11: 綿麥827; 12: 綿麥906; 13: 西科麥12; 14: 川農(nóng)27; 15: 川農(nóng)41; 16: 蜀麥1613; 17: 蜀麥1821; 18: 蜀麥1871; 19: 川麥607; 20: 川麥611; 21: 川麥802; 22: 川麥803。

M: molecular weight marker (1 kb); 1:; 2: Avocet S; 3: Mianmai 835; 4: Xikemai 557; 5: Shumai 1829; 6: Shumai 1868; 7: Chuanmai 1747; 8: Fan 37123; 9: 31966; 10: Mianmai 161; 11: Mianmai 827; 12: Mianmai 906; 13: Xikemai 12; 14: Chuannong 27; 15: Chuannong 41; 16: Shumai 1613; 17: Shumai 1821; 18: Shumai 1871; 19: Chuanmai 607; 20: Chuanmai 611; 21: Chuanmai 802; 22: Chuanmai 803.

M: Molecular olecular weight marker (35~5000 bp); 1: Opata85(); 2: Avocet S; 3: 綿麥827; 4: 綿麥1419; 5: 西科麥12; 6: 西科麥475; 7: 川農(nóng)39; 8: 蜀麥1671; 9: 蜀麥1675; 10: 蜀麥1871; 11: 川麥86; 12: 川麥87; 13: 川麥802; 14: 川麥905; 15: 川麥906。

M: molecular weight marker (35–5000 bp); 1: Opata 85 (); 2: Avocet S; 3: Mianmai 827; 4: Mianmai 1419; 5: Xikemai 12; 6: Xikemai 475; 7: Chuannong 39; 8: Shumai 1671; 9: Shumai 1675; 10: Shumai 1871; 11: Chuanmai 86; 12: Chuanmai 87; 13: Chuanmai 802; 14: Chuanmai 905; 15: Chuanmai 906.

黃色: 攜帶的綿麥903、綿麥906、綿麥5658、川農(nóng)30、川農(nóng)32和川麥87。藍(lán)色: 未攜帶的綿麥319、綿麥835、西科麥12、西科麥518、蜀麥1675和川麥605。綠色:多基因品種(系)綿麥1501、蜀麥1871和川麥906。黑色: 空白對(duì)照H2O。

Yellow: wheat cultivars carrying, Mianmai 903, Mianmai 906, Mianmai 5658, Chuannong 30, Chuannong 32, and Chuanmai 87. Blue: wheat cultivars without carrying, Mianmai 319, Mianmai 835, Xikemai 12, Xikemai 518, Shumai 1675, and Chuanmai 605. Green:multigenic wheat cultivars (lines), Mianmai 1501, Shumai 1871, and Chuanmai 906. Black: H2Oasblank control.

3 討論

3.1 四川盆地小麥品種(系)條銹病抗性研究

四川盆地在我國(guó)西南麥區(qū)占有重要地位, 從1930年以來(lái), 四川小麥育種已有80多年歷史, 選育和推廣具有優(yōu)良農(nóng)藝性狀以及抗病抗蟲的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)小麥品種是小麥育種的目標(biāo), 小麥育成品種的育種措施主要是雜交育種、誘變育種和雜交誘變相結(jié)合, 其中雜交育種是目前四川省品種選育的主要方式[54]。四川小麥通過(guò)與CIMMYT的冬春雜交穿梭育種培育出一大批高產(chǎn), 優(yōu)質(zhì)和具有抗性的小麥中間材料或新品種, 使優(yōu)異的抗性基因得到合理利用, 被廣泛應(yīng)用于小麥生產(chǎn)上[13]。還有一部分小麥種質(zhì)由國(guó)內(nèi)外育種專家利用小麥與外緣屬種黑麥(L.)、簇毛麥(L.)、粗山羊草()等創(chuàng)制的易位系進(jìn)行育種, 如利用小麥-黑麥1RS?1BL易位系[55]作為親本來(lái)源培育出的川農(nóng)27、川農(nóng)30和川農(nóng)32等材料; 由小麥-簇毛麥6VS?6AL易位系選育而成的92R系列[56], 培育出蜀麥482、川麥91和川麥92等小麥品種; 以及利用CIMMYT的Syn-CD769和Syn-CD786等[57]人工合成小麥培育出綿麥367、川麥601和川麥602等優(yōu)異的種質(zhì)資源, 目前作為四川小麥育種中的重要抗性資源[54]。小麥條銹病是一種氣傳性真菌病害, 由于抗病基因布局單一, 當(dāng)前小麥生產(chǎn)上大面積推廣和種植的抗病品種攜帶相同抗病基因, 而長(zhǎng)期以來(lái)病原菌與寄主之間協(xié)同進(jìn)化, 極易導(dǎo)致抗病基因失效, 為小麥育種帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[58]。例如, 自20世紀(jì)60年代, 攜帶的小麥引進(jìn)中國(guó)并廣泛應(yīng)用于小麥育種計(jì)劃中, 到20世紀(jì)80年代末, 80%以上的小麥品種都攜帶, 然而在1985年出現(xiàn)的新小種CYR29導(dǎo)致攜帶的小麥品種喪失抗性, 造成1990年小麥產(chǎn)量損失265萬(wàn)噸[2,59-60]。因此培育具有持久抗性的小麥品種對(duì)可持續(xù)控制小麥條銹病至關(guān)重要[61]。

四川省育種家加強(qiáng)了對(duì)條銹病的防控意識(shí)。2000年后, 在小麥品種審定中實(shí)行“條銹病抗性一票否決制”, 使小麥條銹病得到有效控制[21]。朱光等[62]利用CYR31、CYR32、CYR33的混合菌對(duì)427份湖北省小麥品系進(jìn)行條銹病的抗性鑒定, 抗條銹病的有173份, 參試品系對(duì)條銹病抗性介于中抗和中感之間, 綜合抗性水平不高。劉敏捷等[63]利用CYR32、CYR33的混合菌對(duì)369份山西省小麥區(qū)試品種以及育種材料進(jìn)行條銹病抗性分析, 發(fā)現(xiàn)對(duì)小麥條銹病表現(xiàn)抗病的僅44份, 占11.9%, 抗性水平整體偏低, 建議在該地區(qū)加強(qiáng)新抗源的篩選和鑒定, 不斷提高抗病育種水平。張培禹等[64], 王相權(quán)等[21], 曹世勤等[22]對(duì)部分四川省小麥品種(系)進(jìn)行條銹病抗性鑒定, 抗性種質(zhì)分別占供試材料的47.76%、21.75%和25.29%, 抗性水平整體偏低。本研究鑒定78份近幾年選育的四川小麥品種(系)對(duì)當(dāng)前流行的條銹菌均有較強(qiáng)的抗性, 與往年相比, 抗性品種所占比例明顯提高, 可繼續(xù)在小麥生產(chǎn)中使用。

3.2 四川小麥品種(系)抗條銹病基因布局

中國(guó)歷史上發(fā)生過(guò)多次小麥條銹病大流行, 導(dǎo)致小麥嚴(yán)重減產(chǎn), 其根本原因是使用單一或少數(shù)抗源, 小麥品種較快喪失抗性。分子標(biāo)記輔助選擇(MAS)可快速準(zhǔn)確對(duì)抗病基因標(biāo)記位點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè), 再與田間抗病性鑒定相結(jié)合, 可大大縮短育種年限, 有效提高育種效率[54]。Huang等[65]在2000—2016年黃淮海麥區(qū)審定的66份小麥品種中篩選到10份對(duì)CYR32、CYR33、CYR34都具有抗性的種質(zhì), 在24個(gè)品種中檢測(cè)到、、和, 其中頻率最高, 占28.8%, 所有種質(zhì)都未檢測(cè)到、和。本研究分子檢測(cè)結(jié)果顯示, 攜帶、、、、、、、、、、、、、和的材料各有5、5、45、2、30、5、30、39、3、2、22、8、23、6和24份。其中、和主要存在于川麥系列。源自四倍體野生二粒小麥(), 定位于1BS上, 本研究中5份種質(zhì)檢測(cè)出, 目前對(duì)中國(guó)的主流小種具有較好的抗性, 今后可在小麥育種中加強(qiáng)利用[32]。來(lái)自偏凸山羊草(Tsusch)的基因片段目前仍具有抗性[66], 本研究鑒定得到45份攜帶該基因的材料, 占比較高。作為慢銹性基因, 可延緩病情發(fā)展的速度,//基因簇對(duì)葉銹病、條銹病和白粉病等多種真菌病害具有部分或持久抗性[39], 本研究中僅有川麥801和川麥1456檢測(cè)出。董娜等[67]在348份小麥育成品種(系)中僅檢測(cè)出7份攜帶的種質(zhì), 表明在中國(guó)育成品種(系)中分布頻率較低, 在今后抗性育種中也應(yīng)加強(qiáng)對(duì)此類慢銹性基因的利用。來(lái)源于中國(guó)圓錐小麥(L.)80-1, 被定位到染色體1BS上[68], 本研究篩選得到30份可能攜帶該基因的材料, 但對(duì)CYR34已失去抗性, 今后應(yīng)謹(jǐn)慎使用, 避免單個(gè)基因應(yīng)用到育種中, 應(yīng)聚合不同抗病類型的基因培育持久抗性的新品種。源自普通小麥Pavon 76, 位于染色體1BL上[43], 本研究30份種質(zhì)可能攜帶該基因。來(lái)源于普通小麥Opata 85, 位于染色體3BS上[44], 本研究檢測(cè)出39份可能攜帶該基因的種質(zhì)。源自普通小麥PI 519805[51], 本研究檢測(cè)出23份可能含該基因的材料。被鑒定來(lái)自小麥地方品種Aus27430的染色體6AS上[53], 本研究得到24份可能攜帶該抗性基因的材料。僅西科麥18未檢測(cè)到本研究中的19個(gè)抗條銹病基因, 推測(cè)可能含有其他已知或未知的抗條銹病基因。本研究結(jié)果可為育種家培育抗病新品種提供理論基礎(chǔ)。

研究表明, 提高有效抗性基因的利用率, 要因地制宜, 合理布局不同抗性類型基因, 從而實(shí)現(xiàn)小麥生產(chǎn)品種抗病基因多樣化, 以培育出具有多基因聚合的持久抗性新品種[69]。周軍等[69-70]對(duì)來(lái)自貴州、四川、山東等省的242份小麥品種(系)進(jìn)行抗條銹病評(píng)價(jià)以及抗條銹病基因、、、、的分子檢測(cè), 發(fā)現(xiàn)具有成株期抗性的有貴協(xié)2號(hào)、貴農(nóng)25號(hào)等116份材料, 同時(shí)含有2、3、4個(gè)抗條銹病基因的分別有39、7和1份, 如+和, 供試材料中攜帶基因的頻率最高(24.38%)。蔚睿等[72]對(duì)2017-2019年黃淮麥區(qū)區(qū)試的150份小麥品種(系)進(jìn)行條銹病抗性鑒定以及、、、、、、和的分子標(biāo)記檢測(cè), 鑒定到47份具有成株期抗性, 31份具有慢銹性, 其中69.3%的品種(系)攜帶, 16份材料同時(shí)攜帶2個(gè)抗性基因(、等), 2份攜帶3個(gè)抗條銹病基因(), 該研究發(fā)現(xiàn)供試材料的抗性主要是由多個(gè)基因提供。Liu等[73]對(duì)2個(gè)已知抗條銹病基因的小麥品種進(jìn)行雜交, 培育具有顯著改善條銹病抗性的小麥品系, 研究發(fā)現(xiàn)、和對(duì)目前的條銹菌生理小種仍具有較好的抗性, 在+,+和+等基因組合中存在加性效應(yīng)或上位效應(yīng), 同時(shí)抗性基因的數(shù)量與小麥的農(nóng)藝性狀顯著性較小。本研究篩選出含多基因的材料共74份, 同時(shí)攜帶2~6個(gè)抗性基因的材料分別有24、22、11、14和3份, 田間表型均高抗條銹病。主要以基因聚合形式存在, 其中綿麥1501含5個(gè)抗性基因, 川麥93和川麥906同時(shí)攜帶6個(gè)抗性基因,雖對(duì)CYR34失去抗性, 但在多基因聚合的材料中不影響小麥品種的條銹病抗性。當(dāng)前四川省選育的小麥品種(系)整體抗性水平較高, 可為小麥育種提供抗性親本資源。若抗病品種的抗性年限能從目前的3~5年延長(zhǎng)至8年, 也許就能使抗銹育種跟上品種的更新?lián)Q代, 就需要利用分子標(biāo)記輔助選擇培育多基因聚合的品種, 提高抗性基因豐富度, 以有效提高品種的持久抗病性[69]。

4 結(jié)論

2016年以來(lái)四川小麥育成品種(系)對(duì)當(dāng)前小麥條銹病流行小種具有較高抗性, 本研究中78份供試材料, 76份高抗條銹病, 2份中抗條銹病, 分子標(biāo)記檢測(cè)出74份為多基因聚合種質(zhì), 其抗性可能由多個(gè)基因共同作用, 同時(shí)材料中也可能存在新的抗條銹病基因, 如西科麥18, 可進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)抗源和抗性基因的挖掘, 結(jié)合分子標(biāo)記輔助選擇應(yīng)用于小麥育種中。

[1] Wellings C R. Global status of stripe rust: a review of historical and current threats., 2011, 179: 129–141.

[2] Wan A M, Chen X M, He Z H. Wheat stripe rust in China., 2007, 58: 605–619.

[3] 馬占鴻. 中國(guó)小麥條銹病研究與防控. 植物保護(hù)學(xué)報(bào), 2018, 45(1): 1–6. Ma Z H. Researches and control of wheat stripe rust in China., 2018, 45(1): 1–6 (in Chinese with English abstract)

[4] 鄺文靜, 張貴勝, 章振羽, 姬紅麗, 沈麗, 倪建英, 王宗華, 彭云良. 小麥條銹病菌突變體的毒性研究. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2013, 26: 2323–2331. Kuang W J, Zhang G S, Zhang Z Y, Ji H L, Shen L, Ni J Y, Wang Z H, Peng Y L. Studies on virulence ofmutants off. sp., 2013, 26: 2323–2331 (in Chinese with English abstract).

[5] 賈秋珍, 黃瑾, 曹世勤, 張勃, 王曉明, 金社林. 感染我國(guó)重要小麥抗源材料貴農(nóng)22的條銹菌新菌系的發(fā)現(xiàn)及致病性初步分析. 甘肅農(nóng)業(yè)科技, 2012, (1): 3–5. Jia Q Z, Huang J, Cao S Q, Zhang B, Wang X M, Jin S L. Discovery of new stripe rust strain infected to China’s major wheat resistant material Guinong 22 and its preliminary pathogenicity analysis., 2012, (1): 3–5 (in Chinese with English abstract).

[6] 姚革, 蔣濱, 田承權(quán), 夏先全, 蔣凡, 廖華明, 沈麗. 四川省小麥條銹病持續(xù)流行原因及防治對(duì)策. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2004, 17: 253–256. Yao G, Jiang B, Tian C Q, Xia X Q, Jiang F, Liao H M, Shen L. Epidemic and control strategies of wheat stripe rust in Sichuan, China.2004, 17: 253–256 (in Chinese with English abstract).

[7] 任勇, 李生榮, 周強(qiáng), 杜小英, 何員江, 魏育明, 鄭有良. 134份四川小麥品種(系)的條銹病抗性評(píng)價(jià). 麥類作物學(xué)報(bào), 2014, 34: 847–853. Ren Y, Li S R, Zhou Q, Du X Y, He Y J, Wei Y M, Zheng Y L.Evaluation of resistance to stripe rust of 134 wheat cultivars and lines from Sichuan province., 2014, 34: 847–853 (in Chinese with English abstract).

[8] 李北. 四川盆地條銹菌冬繁區(qū)小麥品種(系)抗條銹性評(píng)價(jià)及基因分析. 西北農(nóng)林科技大學(xué), 陜西楊凌, 2017. pp 2–7. Li B. Stripe Rust Resistance and Genes in Wheat Cultivars and Lines from Inoculum Overwintering Region in Sichuan Basin. Northwest A&F University, Yangling, Shanxi, China, 2017. pp 2–7 (in Chinese with English abstract).

[9] 向運(yùn)佳, 章振羽, 沈麗, 鄺文靜, 姬紅麗, 倪建英, 陳萬(wàn)權(quán), 彭云良. 2005-2010年四川省小麥條銹病菌毒性變化動(dòng)態(tài). 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2013, 26: 1858–1863. Xiang Y J, Zhang Z Y, Shen L, Kuang W J, Ji H L, Ni J Y, Chen W Q, Peng Y L. Virulence dynamics off. sp.in Sichuan province from 2005 to 2010., 2013, 26: 1858–1863 (in Chinese with English abstract).

[10] 徐志, 王勝, 姬紅麗, 倪建英, 尹勇, 沈麗, 彭云良. 四川小麥條銹病菌貴農(nóng)22致病類群流行對(duì)小麥品種抗性的影響. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2016, 29: 2845–2853. Xu Z, Wang S, Ji H L, Ni J Y, Yin Y, Shen L, Peng Y L. Resistance breakdown of wheat varieties in Sichuan caused by epidemic of Gu-22 virulence group off. sp.., 2016, 29: 2845–2853 (in Chinese with English abstract).

[11] 張顒, 楊武云, 胡曉蓉, 余毅, 鄒裕春, 李青茂. 源于硬粒小麥-節(jié)節(jié)麥人工合成種的高產(chǎn)抗病小麥新品種川麥42主要農(nóng)藝性狀分析. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2004, 17: 141–145. Zhang Y, Yang W Y, Hu X R, Yu Y, Zou Y C, Li Q M. Analysis of agronomic characters of new wheat variety Chuanmai 42 derived from synthetics (×)., 2004, 17: 141–145 (in Chinese with English abstract).

[12] 張颙, 楊武云, 鄒裕春. 源于CIMMYT人工合成種的小麥新品種川麥42的選育與研究. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2007, 20: 199–202. Zhang Y, Yang W Y, Zou Y C. Characterisation of the new wheat cultivar Chuanmai 42 derived from CIMMYT hexaploid wheat., 2007, 20: 199–202 (in Chinese with English abstract).

[13] 鄒裕春, 張颙, 楊武云, 楊恩年, 黃鋼. 四川-CIMMYT小麥穿梭育種回顧與展望. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2003, 16: 102–106. Zou Y C, Zhang Y, Yang W Y, Yang E N, Huang G. Reviews and prospects of Sichuan-CIMMYT wheat shuttle breeding program., 2003, 16: 102–106 (in Chinese with English abstract).

[14] 鄒裕春, 楊武云, 朱華忠, 楊恩年, 蒲宗君, 伍鈴, 張颙, 湯永祿, 黃鋼, 李躍建, 何中虎, Singh R, Rajaram S. CIMMYT種質(zhì)及育種技術(shù)在四川小麥品種改良中的利用. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2007, 20: 183–190. Zou Y C, Yang W Y, Zhu H Z, Yang E N, Pu Z J, Wu L, Zhang Y, Tang Y L, Huang G, Li Y J, He Z H, Singh R, Rajaram S. Utilization of CIMMYT germplasm and breeding technologies in wheat improvement in Sichuan, China., 2007, 20: 183–190 (in Chinese with English abstract)

[15] 韓燁, 何中虎, 夏先春, 李星, 李在峰, 劉大群. CIMMYT小麥材料的苗期和成株抗葉銹病鑒定. 作物學(xué)報(bào), 2011, 37: 1125–1133. Han Y, He Z H, Xia X C, Li X, Li Z F, Liu D Q. Seedling and slow rusting resistances to leaf rust in CIMMYT wheat lines., 2011, 37: 1125–1133 (in Chinese with English abstract).

[16] Li J B, Dundas I, Dong C M, Li G R, Trethowan R, Yang Z J, Hoxha S, Zhang P. Identification and characterization of a new stripe rust resistance geneon rye chromosome 6R in wheat., 2020, 133: 1095–1107.

[17] Ye X L, Li J, Cheng Y K, Yao F J, Long L, Yu C, Wang Y Q, Wu Y, Li J, Wang J R, Jiang Q T, Li W, Ma J, Wei Y M, Zheng Y L, Chen G Y. Genome-wide association study of resistance to stripe rust (f. sp.) in Sichuan wheat., 2019, 19: 147, doi: 10.1186/s12870-019-1764-4.

[18] 周露. 四川小麥地方品種古宋大龍須抗條銹病基因的遺傳分析及染色體定位. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文, 四川成都, 2016. pp 21–27. Zhou L. Genetic Analysis and Chromosomal Location of Yellow Rust Resistance Gene in ‘Gusongdalongxu’ of Sichuan Wheat Landrace. MS Thesis of Sichuan Agricultural University, Chengdu, Sichuan, China, 2016. pp 21–27 (in Chinese with English abstract).

[19] 王健維. 四川小麥地方品種儀隴坨麥抗條銹病基因的遺傳分析及其分子標(biāo)記. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文, 四川成都, 2015. pp 27–34. Wang J W. Genetics analysis and Molecular Tagging of Stripe Rust Resistance Gene in Sichuan Landrace Wheat Yilongtuomai.MS Thesis of Sichuan Agricultural University, Chengdu, Sichuan, China, 2015. pp 27–34 (in Chinese with English abstract).

[20] 劉濤. 四川小麥地方品種合江移栽麥抗條銹病基因的遺傳分析及染色體定位.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)位論文, 四川成都, 2015. pp 23–32. Liu T. Genetic Analysis and Chromosomal Location of Yellow Rust Resistance Gene in Hejiangyizai of Sichuan Wheat Landraces.MS Thesis of Sichuan Agricultural University, Chengdu, Sichuan, China, 2015. pp 23–32 (in Chinese with English abstract).

[21] 王相權(quán), 蔣云, 鄭建敏, 黃輝躍, 汪仁全, 王春鳳, 楊杰智, 王仕林, 榮飛雪, 王用軍, 周海燕, 關(guān)淑仙, 陳新媛. 170 份四川省冬小麥品種(系)條銹病抗性鑒定. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué), 2019, 58(14): 65–69. Wang X Q, Jiang Y, Zheng J M, Huang H Y, Wang R Q, Wang C F, Yang J Z, Wang S L, Rong F X, Wang Y J, Zhou H Y, Guan S X, Chen X Y. Identification of strip-rust resistance of 170 winter wheat varieties (lines) in Sichuan province., 2019, 58(14): 65–69 (in Chinese with English abstract).

[22] 曹世勤, 孫振宇, 徐志, 王萬(wàn)軍, 賈秋珍, 楊隨莊, 彭云良, 黃瑾, 張勃. 331份四川小麥品種(系)在甘肅隴南抗條銹性表現(xiàn)及利用價(jià)值. 植物保護(hù), 2019, 45(1): 155–158. Cao S Q, Sun Z Y, Xu Z, Wang W J, Jia Q Z, Yang S Z, Peng Y L, Huang J, Zhang B. Evaluation resistance of 331 Sichuan wheat cultivars (lines) to stripe rust and their utilization prospect in southern Gansu province., 2019, 45(1): 155–158 (in Chinese with English abstract).

[23] Quan W, Hou G L, Chen J, Du Z Y, Lin F, Guo Y, Liu S, Zhang Z J. Mapping of QTL lengthening the latent period ofin winter wheat at the tillering growth stage., 2013, 136: 715–727.

[24] Liu T G, Peng Y L, Chen W Q, Zhang Z Y. First detection of virulence inf. sp.in China to resistance genes(=) present in wheat cultivar Chuanmai 42., 2010, 94: 1163, doi:10.1094/PDIS-94-9-1163C.

[25] Wu J H, Wang Q L, Chen X M, Wang M J, Mu J M, Lv X N, Huang L L, Han D J, Kang Z S. Stripe rust resistance in wheat breeding lines developed for Central Shaanxi, an overwintering region forf. sp.in China., 2016, 38: 317–324.

[26] 劉博, 劉太國(guó), 章振羽, 賈秋珍, 王保通, 高利, 彭云良, 金社林, 陳萬(wàn)權(quán). 中國(guó)小麥條銹菌條中 34 號(hào)的發(fā)現(xiàn)及其致病特性. 植物病理學(xué)報(bào), 2017, 47: 681–687. Liu B, Liu T G, Zhang Z Y, Jia Q Z, Wang B T, Gao L, Peng Y L, Jin S L, Chen W Q. Discovery and pathogenicity of CYR34, a new race off. sp.in China., 2017, 47: 681–687 (in Chinese with English abstract).

[27] Line R F, Qayoum A. Virulence, aggressiveness, evolution and distribution of races of(the cause of stripe of wheat) in North America 1968-87., 1992, 1788: 1–44.

[28] Qayoum A, Line R F. High-temperature, adult plant resistance to stripe rust of wheat., 1985, 75: 1121–1125.

[29] 陳國(guó)躍, 姚琦馥, 劉亞西, 鄧梅, 吳文雄, 何員江, 余馬. 四川地方小麥品種條銹病抗性研究. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 31: 1–8. Chen G Y, Yao Q F, Liu Y X, Deng M, Wu W X, Yu M. Studies on yellow rust resistance of Sichuan wheat landraces., 2013, 31: 1–8 (in Chinese with English abstract).

[30] Hill-Ambroz K L, Brown-Guedira G L, Fellers J P. Modified rapid DNA extraction protocol for high throughput microsatellite analysis in wheat., 2002, 42: 2088–2091.

[31] Wu J H, Huang S, Zeng Q D, Liu S J, Wang Q L, Mu J M, Yu S Z, Han D J, Kang Z S. Comparative genome-wide mapping versus extreme pool-genotyping and development of diagnostic SNP markers linked to QTL for adult plant resistance to stripe rust in common wheat., 2018, 131: 1777–1792.

[32] Marchal C, Zhang J P, Zhang P, Fenwick P, Steuemagel B, Adamski N M, Boyd L, Mcintosh R, Wulff B B H, Berry S, Lagudah E, Uauy C. BED-domain-containing immune receptors confer diverse resistance spectra to yellow rust., 2018, 4: 662–668.

[33] 邵映田, 牛永春, 朱立煌, 翟文學(xué), 徐世昌, 吳立人. 小麥抗條銹病基因的AFLP標(biāo)記. 科學(xué)通報(bào), 2001, 46: 669–672. Shao Y T, Niu Y C, Zhu L H, Zhai W X, Xu S C, Wu L R. AFLP marker of stripe rust resistance genein wheat., 2001, 46: 669–672 (in Chinese with English abstract).

[34] Liu W, Frick M, Huel R, Nykiforuk C L, Wang X M, Gaudet D A, Eudes F, Conner R L, Kuzyk A, Chen Q, Kang Z S, Laroche A. The stripe rust resistance geneencodes an evolutionary-conserved and unique CC-NBS-LRR sequence in wheat., 2014, 7: 1740–1755.

[35] Klymiuk V, Yaniv E, Huang L, Raats D, Fatiukha A, Chen S S, Feng L H, Frenkel Z, Krugman T, Lidzbarsky G, Chang W, J??skel?inen M J, Schudoma C, Paulin L, Laine P, Bariana H, Sela H, Saleem K, S?rensen C K, Hovm?ller M S, Distelfeld A, Chalhoub B, Dubcovsky J, Korol A B, Schulman A H, Fahima T. Cloning of the wheatresistance gene sheds light on the plant tandem kinase-pseudokinase family., 2018, 9: 178–202.

[36] He Y, Feng L H, Jiang Y, Zhang L Q, Yan J, Zhao G, Wang J R, Chen G Y, Wu B H, Liu D C, Huang L, Fahima T. Distribution and nucleotide diversity ofin wild emmer populations and Chinese wheat germplasm., 2020, 9: 212, doi: 10.3390/pathogens9030212.

[37] Huang L, Feng L H, He Y, Tang Z Z, He J S, Sela H, Krugman T, Fahima T, Liu D C, Wu B H. Variation in stripe rust resistance and morphological traits in wild emmer wheat populations., 2019, 9: 44.

[38] 賈舉慶, 雷孟平, 劉成, 李光蓉, 楊足君. 小麥抗條銹基因的新SCAR標(biāo)記的建立與應(yīng)用. 麥類作物學(xué)報(bào), 2010, 30: 11–16. Jia J Q, Lie M P, Liu C, Li G R, Yang Z J. Exploitation and application of a new SCAR marker linked to strip rust resistance genein wheat., 2010, 30: 11–16 (in Chinese with English abstract).

[39] Lagudah E S, Krattinger S G, Herrera-Foessel S, Singh R P, Huerta-Espino J, Spielmeyer W, Brown-Guedira G, Selter L L, Keller B. Gene-specific markers for the wheat genewhich confers resistance to multiple fungal pathogens., 2009, 119: 889–898.

[40] Fang T L, Lei L, Li G Q, Powers C, Hunger R M, Carver B F, Yan L L. Development and deployment of KASP markers for multiple alleles ofin wheat., 2020, 133: 2183–2195.

[41] Wang C M, Zhang Y P, Han D J, Kang Z S, Li G P, Cao A Z, Chen P D. SSR and STS markers for wheat stripe rust resistance gene., 2008, 159: 359–366.

[42] Zhang C Z, Huang L, Zhang H F, Hao Q Q, Lyu B, Wang M N, Epstein L, Liu M, Kou C L, Qi J, Chen F J, Li M K, Gao G, Ni F, Zhang L Q, Hao M, Wang J R, Chen X M, Luo M C, Zheng Y L, Wu J J, Liu D C, Fu D L. An ancestral NB-LRR with duplicated 3'UTRs confers stripe rust resistance in wheat and barley., 2019, 10: 4023.

[43] Ren Y, Singh R P, Basnet B R, Lan C X, Huerta-Espino J, Lagudah E S, Ponce-Molina L J, Lan C X. Identification and mapping of adult plant resistance loci to leaf rust and stripe rust in common wheat cultivar Kundan., 2017, 101: 456–463.

[44] Hayden M J, Kuchel H, Chalmers K J. Sequence tagged microsatellites for thelocus provide new diagnostic markers to select for the presence of stem rust resistance genein bread wheat (L.)., 2004, 109: 1641–1647.

[45] Huang L, Sela H, Feng L H, Chen Q J, Krugman T, Yan J, Dubcovsky J, Fahima T. Distribution and haplotype diversity of WKS resistance genes in wild emmer wheat natural populations., 2016, 129: 921–934.

[46] Lin F, Chen X M. Genetics and molecular mapping of genes for race-specific all-stage resistance and non-race-specific high-temperature adult-plant resistance to stripe rust in spring wheat cultivar Alpowa., 2007, 114: 1277–1287.

[47] Luo P G, Hu X Y, Ren Z L, Zhang H Y, Shu K, Yang Z J. Allelic analysis of stripe rust resistance genes on wheat chromosome 2BS., 2008, 51: 922–927.

[48] Lowe I, Jankuloski L, Chao S, Chen X M, See D, Dubcovsky J. Mapping and validation of QTL which confer partial resistance to broadly virulent post-2000 North American races of stripe rust in hexaploid wheat., 2011, 123: 143–157.

[49] Cheng P, Xu S, Wang M N, See D R, Chen X M. Molecular mapping of genesandfor stripe rust resistance in hexaploid derivatives of durum wheat accessions PI 331260 and PI 480016., 2014, 127: 2267–2277.

[50] Xu H X, Zhang J, Zhang P, Qie Y M, Niu Y C, Li H J, Ma P T, Xu Y F, An D G. Development and validation of molecular markers closely linked to the wheat stripe rust resistance genefor marker-assisted selection., 2014, 198: 317–323.

[51] Dong Z Z, Hegarty J M, Zhang J L, Zhang W J, Chao S, Chen X M, Yonghong Zhou Y H, Dubcovsky J. Validation and characterization of a QTL for adult plant resistance to stripe rust on wheat chromosome arm 6BS ()., 2017, 130: 2127–2137.

[52] Nsabiyera V, Bariana H S, Qureshi N, Wong D, Hayden M J, Bansal U K. Characterisation and mapping of adult plant stripe rust resistance in wheat accession Aus27284., 2018, 131: 1459–1467.

[53] Gessese M, Bariana H, Wong D, Hayden M, Bansal U. Molecular mapping of stripe rust resistance genein a common wheat landrace Aus27430., 2019, 103: 1166–1171.

[54] 鄭建敏, 羅江陶, 萬(wàn)洪深, 李式昭, 楊漫宇, 李俊, 楊恩年, 蔣云, 劉于斌, 王相權(quán), 蒲宗君. 四川省小麥育成品種系譜分析及發(fā)展進(jìn)程. 遺傳, 2019, 41: 599–610. Zheng J M, Luo J T, Wan H S, Li S Z, Yang M Y, Li J, Yang E N, Jiang Y, Liu Y B, Wang X Q, Pu Z J. Pedigree and development of wheat varieties in Sichuan province.(Beijing), 2019, 41: 599–610 (in Chinese with English abstract).

[55] Rabinovich S V. Importance of wheat-rye translocations for breeding modern cultivars ofL., 1998, 100: 323–340.

[56] Chen P, Qi L, Zhou B, Zhang S, Liu D. Development and molecular cytogenetic analysis of wheat-6VS/6AL translocation lines specifying resistance to powdery mildew., 1995, 91: 1125–1128.

[57] Yang W, Liu D, Li J, Zhang L, Wei H, Hu X, Zheng Y, He ZH, Zou Y. Synthetic hexaploid wheat and its utilization for wheat genetic improvement in China., 2009, 36: 539–546.

[58] Chen X M. Epidemiology and control of stripe rust (f. sp.) on wheat., 2005, 27, 314–337.

[59] Wan A M, Zhao Z H, Chen X M, He Z H, Jin S L, Jia Q Z, Yao G, Yang J X, Wang B T, Li G B, Bi Y Q, Yuan Z Y. Wheat stripe rust epidemic and virulence off. sp.in China in 2002., 2004, 88: 896–904.

[60] Chen W Q, Wu L R, Liu T G, Xu S C, Jin S L, Peng Y L, Wang B T. Race dynamics diversity and virulence evolution inf. sp.the causal agent of wheat stripe rust in China from 2003 to 2007., 2009, 93: 1093–1101.

[61] 劉太國(guó), 章振羽, 劉博, 高利, 彭云良, 陳萬(wàn)權(quán). 小麥抗條銹病基因毒性小種的發(fā)現(xiàn)及其對(duì)我國(guó)小麥主栽品種苗期致病性分析. 植物病理學(xué)報(bào), 2015, 45: 41–47. Liu T G, Zhang Z Y, Liu B, Gao L, Peng Y L, Chen W Q. Detection of virulence toand pathogenicity to Chinese commercial winter wheat cultivars at seedling stage., 2015, 45: 41–47 (in Chinese with English abstract).

[62] 朱光, 彭敏, 劉健, 鄒賢斌, 汪華, 楊立軍, 高春保, 劉易科. 湖北省小麥品種(系)對(duì)赤霉病、條銹病、白粉病和紋枯病的抗性評(píng)價(jià). 植物保護(hù), 2020, 46(3): 204–209. Zhu G, Peng M, Liu J, Zou X B, Wang H, Yang L J, Gao C B, Liu Y K. Evaluation on resistance of wheat varieties (lines) tohead blight, stripe rust, powdery mildew and sharp eyespot in Hubei province., 2020, 46(3): 204–209 (in Chinese with English abstract).

[63] 劉敏捷, 原宗英, 武英鵬. 2015–2018年度山西省小麥區(qū)域試驗(yàn)品種及育種材料抗病性評(píng)價(jià). 山西農(nóng)業(yè)科學(xué), 2020, 48: 489–491. Liu M J, Yuan Z Y, Wu Y P. Resistance evaluation of wheat regional trail varieties and breeding materials in Shanxi province in 2015–2018., 2020, 48: 489–491 (in Chinese with English abstract).

[64] 張培禹, 曾慶東, 王琪琳, 康振生, 韓德俊. 四川盆地小麥品種(系)抗條銹性鑒定與評(píng)價(jià). 麥類作物學(xué)報(bào), 2012, 32: 779–783. Zhang P Y, Zeng Q D, Wang Q L, Kang Z S, Han D J. Identification and evaluation of resistance to stripe rust in current wheat cultivars (lines) from Sichuan basin., 2012, 32: 779–783 (in Chinese with English abstract).

[65] Huang L, Xiao X Z, Liu B, Gao L, Gong G S, Chen W Q, Zhang M, Liu T G. Identification of stripe rust resistance genes in common wheat cultivars from the Huang-Huai-Hai region of China., 2020, 104: 1763–1770.

[66] Wang Y, Zhang H Z, Xie J Z, Guo B M, Chen Y X, Zhang H Y, Lu P, Wu Q H, Li M M, Zhang D Y, Guo G H, Yang J, Zhang P P, Zhang Y, Wang X C, Zhao H, Cao T J, Liu Z Y. Mapping stripe rust resistance genes by BSR-Seq:andon chromosome 2AS in Chinese wheat lines Mengmai 58 and Huaiyang 1 are., 2018, 6: 91–98.

[67] 董娜, 胡海燕, 胡鐵柱, 李淦, 李小軍, 陳向東, 張亞娟, 茹振鋼. 348份小麥種質(zhì)中抗條銹病基因、和的分子標(biāo)記檢測(cè)與分布. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2019, 28: 1960–1968. Dong N, Hu H Y, Hu T Z, Li G, Li X J, Chen X D, Zhang Y J, Ru Z G. Molecular detection and distribution of stripe rust resistance genes,andamong 348 wheat germplasms., 2019, 28: 1960–1968 (in Chinese with English abstract).

[68] Ma J X, Zhou R H, Dong Y S, Wang L F, Wang X M, Jia J Z. Molecular mapping and detection of the yellow rust resistance genein wheat transferred fromL. using microsatellite markers., 2001, 120: 219–226.

[69] 吳立人, 牛永春. 我國(guó)小麥條銹病持續(xù)控制的策略. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2000, 33(5): 1–7. Wu L R, Niu Y C. Strategies of sustainable control of wheat stripe rust in China., 2000, 33(5): 1–7 (in Chinese with English abstract).

[70] 陳萬(wàn)權(quán), 康振生, 馬占鴻, 徐世昌, 金社林, 姜玉英. 中國(guó)小麥條銹病綜合治理理論與實(shí)踐. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 46: 4254–4262. Chen W Q, Kang Z S, Ma Z H, Xu S C, Jin S L, Jiang Y Y. Integrated management of wheat stripe rust caused byf. sp.in China., 2013, 46: 4254–4262 (in Chinese with English abstract).

[71] 周軍, 李魁印, 張立, 彭琴, 徐如宏, 任明見(jiàn). 242份小麥品種(系)成株期抗條銹病鑒定及分子標(biāo)記檢測(cè). 河南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2020, 49(6): 84–97. Zhou J, Li K Y, Zhang L, Peng Q, Xu R H, Ren M J. Identification of adult-plant resistance to stripe rust and molecular marker detection ofgene in 242 wheat varieties (lines)., 2020, 49(6): 84–97 (in Chinese with English abstract).

[72] 蔚睿, 金彥剛, 吳舒舒, 吳建輝, 王琪琳, 曾慶東, 劉勝杰, 夏中華, 王曉靜, 康振生, 韓德俊. 黃淮麥區(qū)小麥新品種(系)抗條銹水平與抗病基因分析. 麥類作物學(xué)報(bào), 2020, 40: 278–284. Wei R, Jin Y G, Wu S S, Wu J H, Wang Q L, Zeng Q D, Liu S J, Xia Z H, Wang X J, Kang Z S, Han D J. Stripe rust resistance of new varieties(lines) from Huang-Huai valley wheat region in China., 2020, 40: 278–284 (in Chinese with English abstract).

[73] Liu R, Lu J, Zhou M, Zheng S G, Liu Z H, Zhang C H, Du M, Wang M X, Li Y F, Wu Y, Zhang L. Developing stripe rust resistant wheat (L.) lines with gene pyramiding strategy and marker-assisted selection., 2020, 67: 381–391.

Identification of resistance to wheat and molecular detection of resistance genes to wheat stripe rust of 78 wheat cultivars (lines) in Sichuan province

XI Ling1,2, WANG Yu-Qi1,2, ZHU Wei1,2, WANG Yi1,2, CHEN Guo-Yue1,2, PU Zong-Jun3, ZHOU Yong-Hong1,2, and KANG Hou-Yang1,2,*

1Triticeae Research Institute, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, Sichuan, China;2State Key Laboratory of Crop Gene Exploitation and Utilization in Southwest China, Chengdu 611130, Sichuan, China;3Crop Research Institute, Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Chengdu 610066, Sichuan, China

Sichuan province is one of the main origins of new races of the wheat stripe rust pathogen. To understand the resistance level of wheat cultivars (lines) bred in Sichuan since 2016 to the current predominant races of the pathogen and pathotypes and to clarify the distribution of resistance genes can provide a theoretical basis for the management of wheat stripe rust by breeding resistance wheat cultivars and wheat variety deployment in Sichuan. In this study, 78 Sichuan wheat cultivars (lines) were identified at seedling stage by two races CYR32 and CYR34. At adult plant stage in wheat, the mixture of the current predominant races of CYR32, CYR33, CYR34, G22-14, and G22 pathogenic groups virulent to wheat cultivar Guinong 22 were artificially inoculated to assess the resistance of the tested wheat. Nineteen resistance genes and QTLs, including,,,,,,,,,,,,,,,,,, and, were detected the presence of the resistance genes in all tested materials. The results showed that 60 (76.92%) of the 78 tested materials were resistant to CYR32, 40 (51.28%) resistant to CYR34, and 36 (46.15%) resistant to both races at seedling stage. Seventy-eight wheat materials were resistant to wheat stripe rust at adult stage, 4 out of which, including Mianmai 835, Shumai 1743, Shumai 1829, and Shumai 1868, were immune to the disease. Disease resistance identification showed that 42 (53.85%) exhibited adult plant resistance and 36 (46.15%) were all stage resistant to wheat stripe rust. Molecular detection indicated that 5, 5, 45, 2, 30, 5, 30, 39, 3, 2, 22, 8, 23, 6, and 24 carried the resistance gene,,,,,,,,,,,,,, and, respectively. Two to six resistance genes were detected in 24, 22, 11, 14, and 3 of the tested wheat materials, accounting for 94.87%.,,, andwere not detected in all wheat cultivars (lines), and only Xikemai 18, not detected any of the 19 resistance genes mentioned above, presumably, may carried other known or new resistance genes to wheat stripe rust. In summary, that resistance level of 78 wheat cultivars (lines) to wheat stripe rust was identified, and the resistance genes of these cultivars were identified. These results provide scientific basis for breeding durable resistant wheat cultivar.

stripe rust of wheat; wheat cultivars (lines); resistance evaluation; molecular detection

10.3724/SP.J.1006.2021.01061

本研究由“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2017YFD0100900)和四川省應(yīng)用基礎(chǔ)重點(diǎn)項(xiàng)目(2020YJ0348)資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2017YFD0100900) and the Science and Technology Bureau of Sichuan Province (2020YJ0348).

康厚揚(yáng), E-mail: houyang.kang@sicau.edu.cn, Tel: 028-86250350

E-mail: 1043975458@qq.com, Tel: 028-86250350

2020-08-02;

2020-11-13;

2020-12-22.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20201222.1440.002.html