小麥骨干親本周8425B抗條銹病優(yōu)異基因在其衍生品種中的遺傳解析

李俁佳 許 豪 于士男 唐建衛(wèi) 李巧云 高 艷 鄭繼周 董純豪 袁雨豪 鄭天存 殷貴鴻,*

1河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 / 省部共建小麥玉米作物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 / 河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心 / 國家小麥工程技術(shù)研究中心, 河南鄭州 450046, 2河南豐德康種業(yè)股份有限公司, 河南鄭州 450001

小麥條銹病是一類由條形柄銹菌(Pucciniastriiformisf. sp.tritici, Pst)引起的真菌性病害[1]。中國是小麥條銹病的高發(fā)地區(qū), 且發(fā)病規(guī)律較為復(fù)雜[2],常發(fā)地區(qū)主要分布在西北、西南、華北和黃淮海等地的冬、春麥區(qū)[3]。小麥條銹菌的頻繁變異和新強(qiáng)毒性小種的出現(xiàn)和流行, 尤其新生理小種條中34號(hào)(CYR34)[4]的出現(xiàn), 因具有毒性譜寬、致病性強(qiáng)的特性[5], 使大多數(shù)小麥主栽品種“喪失”抗性, 極有可能再次引起條銹病的大流行, 造成新一輪小麥主栽品種的大規(guī)模更替。黃亮等[6]檢測全國近年來推廣面積較大的14個(gè)主栽小麥品種對(duì)CYR34的苗期抗性,發(fā)現(xiàn)除周麥22外其他13個(gè)供試品種苗期均表現(xiàn)感病。吳舒舒[7]用小麥條銹菌混合小種CYR32、CYR33和CYR34對(duì)270份冬小麥主產(chǎn)區(qū)候選品種(系)進(jìn)行條銹病抗性鑒定, 表現(xiàn)穩(wěn)定成株期抗病的新品種(系)有35份(占比12.96%), 表現(xiàn)穩(wěn)定全生育期抗病的新品種(系)僅有2份(占比0.74%)。管方念等[8]利用由條銹菌CYR32、CYR33、CYR34、水源11-4和水源11-5組成的混合小種進(jìn)行接種鑒定, 發(fā)現(xiàn)152份黃淮海麥區(qū)小麥農(nóng)家品種中僅35份表現(xiàn)為穩(wěn)定的成株期抗性, 7份表現(xiàn)出全生育期抗性。胡朝月等[9]發(fā)現(xiàn)在所鑒定103份抗病基因載體品系中, 僅含有Yr5、Yr15和Yr45的載體品系全生育期高抗生理小種CYR32、CYR33和CYR34。鑒定并選育抗病品種是控制小麥條銹病最為簡便、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保且有效的方法[10], 在成株期持久多抗基因的基礎(chǔ)上聚合全生育期抗條銹病基因的育種策略將成為今后育種工作的重中之重[11]。

周8425B是利用六倍體小黑麥與普通小麥遠(yuǎn)緣雜交、大群體回交、輻射誘變、階梯雜交改良和一年2次加代等技術(shù), 創(chuàng)制出的重要小麥骨干親本。因其具有抗病、抗逆、矮稈、大穗、大粒等突出優(yōu)點(diǎn)[12], 在河南、江蘇、安徽、陜西、山東、河北、甘肅、湖北等13個(gè)省市291家單位用作供體親本廣泛利用, 至2022年已育成審定衍生新品種655個(gè), 形成了以周麥、鄭麥、百農(nóng)、豫麥、豫農(nóng)、存麥、中麥等為代表的系列品種, 種植面積占黃淮南片麥區(qū)65%以上, 為該麥區(qū)小麥品種更新?lián)Q代、生產(chǎn)發(fā)展及我國糧食安全和農(nóng)民增產(chǎn)增收做出了重要貢獻(xiàn)[13-14]。這與周8425B[15]及其子一代品種周麥11、周麥13、周麥16[16]和周麥22[17-19]的優(yōu)異性狀具有良好的配合力和較強(qiáng)的傳遞力有著密切關(guān)系。周8425B攜帶YrZH84、YrZH84.2、YrZH22、Yr30和Yr9等抗條銹病基因[20], 其中YrZH84[21]和YrZH84.2[22]是從周8425B中發(fā)掘出的2個(gè)顯性抗條銹病基因,YrZH84位于7BL染色體上與SSR標(biāo)記Xcfa2040和Xbarc32緊密連鎖,YrZH84.2位于1BL染色體上與EST標(biāo)記BE497107和CD373538緊密連鎖, 均為苗期抗性(全生育期抗性)基因;YrZH22[23]是從周麥22中發(fā)掘出的抗條銹病新基因, 該基因位于4BL染色體上, 與STS標(biāo)記WGGB119和WGGB124緊密連鎖, 屬于成株期抗性基因。Yr30(成株期抗性基因)[24]是位于3BS染色體基因簇上有待進(jìn)一步發(fā)掘的兼抗條銹病和白粉病的基因[25], 與SSR標(biāo)記WMS533[26]緊密連鎖。Crossa等[27]證實(shí)Yr30為非小種專化抗性基因, 且在不同環(huán)境下均表達(dá)中度抗性。Yr9(全生育期抗性基因)[28]位于1RS上, 與SSR標(biāo)記Xgwm582緊密連鎖,1985年流行的CYR29造成其喪失抗病性。然而, 在眾多的周8425B衍生品種中, 這5個(gè)抗條銹病基因的遺傳分布情況尚不明確。

本研究對(duì)周8425B及其衍生品種進(jìn)行條銹病抗性鑒定和分子標(biāo)記檢測, 以期了解YrZH84、YrZH84.2、YrZH22、Yr30及Yr9在衍生品種中的分布情況和遺傳規(guī)律, 同時(shí)篩選攜帶抗條銹病基因且農(nóng)藝性狀優(yōu)良的優(yōu)異小麥種質(zhì)資源, 為骨干親本周8425B的持續(xù)遺傳研究、小麥抗條銹病育種及抗條銹病基因的挖掘利用提供重要信息。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為骨干親本周8425B的衍生品種222份, 其中, 68份為本課題組保存的種質(zhì), 其余166份由各品種培育單位提供。衍生品種的審定信息從網(wǎng)絡(luò)查詢(中國種子協(xié)會(huì)網(wǎng)http://seedchina.com.cn/; 種業(yè)商務(wù)網(wǎng)https://www.chinaseed114.com/)。

試驗(yàn)于2020—2021、2021—2022年度在黃淮麥區(qū)南部河南農(nóng)業(yè)大學(xué)許昌校區(qū)小麥試驗(yàn)田的條銹病鑒定圃進(jìn)行。試驗(yàn)田土質(zhì)為壤土, 地勢平整, 排灌方便。10月下旬播種, 采用人工開溝點(diǎn)播, 每份材料種植4行, 行長1 m, 行距20 cm, 株距10 cm, 試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 3次重復(fù), 以高感品種銘賢169作為誘發(fā)行種植于鑒定圃走道及周邊。

條銹病鑒定使用的條銹菌種由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所提供。苗期鑒定采用條中34號(hào)(CYR34)單一小種, 成株期鑒定采用混合菌種, 以條中34號(hào)為代表的貴農(nóng)致病類群為主, 占50.0%(其中條中34號(hào)占21.8%), 以條中32號(hào)(CYR32)為主的Hy致病類群為次要類群, 占25.0%, 以條中33號(hào)(CYR33)為主的水源11類群約占16.0%, 新的感染中四的菌系占9.0%。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 DNA提取 取各供試材料標(biāo)準(zhǔn)種子2粒,采用改良的CTAB法[29]提取基因組DNA。用紫外分光光度計(jì)測定DNA濃度及純度, 并用無菌超純水將DNA稀釋至50 ng μL–1, –20℃保存。

1.2.2 抗條銹基因分子標(biāo)記檢測 選用已報(bào)道的與YrZH84、YrZH84.2、Yr30、YrZH22和Yr9抗條銹病基因兩側(cè)緊密連鎖的分子標(biāo)記對(duì)周8425B及其222份衍生品種、感病對(duì)照銘賢169進(jìn)行檢測(表1)。引物序列信息來自文獻(xiàn)或從Grain Genes 2.0(http://wheat.pw.usda.gov/)網(wǎng)站查獲, 引物均由上海生工生物工程有限公司(https://www.sangon.com/)合成。PCR反應(yīng)體系10 μL, 含5 μL的2×TaqMix, 上下游引物各0.5 μL, 模板DNA 2 μL, ddH2O 2 μL。引物的擴(kuò)增程序: 94℃預(yù)變性5 min; 94℃變性1 min,52～60℃退火1 min (視引物情況而定), 72℃延伸1 min, 40個(gè)循環(huán); 然后72℃延伸10 min。PCR反應(yīng)在Applied Biosystems PCR儀(賽默飛世爾科技公司Thermo Fisher Scientific)上進(jìn)行。擴(kuò)增產(chǎn)物用8%非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測, 檢測結(jié)果在SYNGENE G:BOX F3凝膠成像儀中觀察記錄。

表1 抗條銹病基因的分子標(biāo)記及其引物序列Table 1 Molecular markers and primer sequences for rust resistance genes

1.2.3 苗期接種抗性鑒定 2021年12月在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院人工氣候室進(jìn)行苗期接種抗性鑒定。將供試材料種植于10 cm×10 cm口徑的育苗盆中, 待小麥一葉一心時(shí)進(jìn)行接種。在抖粉瓶中加入1 g的CYR34條銹菌孢子和200 g的滑石粉混合均勻。用噴壺加蒸餾水將小麥葉片多角度噴濕, 用手指蘸水脫去蠟質(zhì)層, 再噴濕, 均勻抖孢子粉于葉片表面。蓋上塑料罩保濕, 10℃黑暗保濕24 h。之后每天光照16 h, 溫度15～20℃。在接種15～20 d后, 待感病對(duì)照材料銘賢169葉片充分發(fā)病時(shí)記載供試材料反應(yīng)型, 鑒定標(biāo)準(zhǔn)按照0～9級(jí)標(biāo)準(zhǔn)記載侵染型[30],每3 d重復(fù)鑒定一次, 調(diào)查3次, 以最高反應(yīng)型為最終鑒定結(jié)果[31]。

1.2.4 成株期抗性鑒定 在3月初無風(fēng)陰天的下午, 將1 g以CYR34為主的條銹菌混合小種孢子溶于2 L水中, 加2 mL濃度96%的Tween-20配置成孢子懸浮液, 采用噴霧法將懸浮液噴施于誘發(fā)行進(jìn)行接種。同時(shí)將1 g條銹菌混合菌種與200 g滑石粉充分混合后, 均勻撒在誘發(fā)行上進(jìn)行接種, 接種后用薄膜覆蓋保濕2 d。待感病對(duì)照充分發(fā)病后進(jìn)行第一次抗病性調(diào)查, 分別記載反應(yīng)型(infection type, IT)和嚴(yán)重度(disease severity, DS), 并計(jì)算病情指數(shù)?？剐杂涊d標(biāo)準(zhǔn), 反應(yīng)型調(diào)查采用6級(jí)[32]標(biāo)準(zhǔn), 即0、0; 、1、2、3、4, 嚴(yán)重度是根據(jù)病葉上孢子堆的大小和數(shù)量的多少來分級(jí), 一般按照孢子堆占小麥葉片面積的百分?jǐn)?shù)進(jìn)行分級(jí), 分別記載為0、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%。普遍率用病葉數(shù)占調(diào)查總?cè)~片數(shù)的百分比表示。病情指數(shù)等于平均嚴(yán)重度和普遍率的乘積。調(diào)查兩次, 最終以所調(diào)查結(jié)果中最高等級(jí)為最終結(jié)果。

1.2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 利用Gephi 0.9.2軟件[33]繪制周8425B衍生品種系譜圖, 采用Microsoft Excel 2020和Origin 2021對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和制圖,用R語言circlize包(https://jokergoo.github.io/circlize/)進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化分析[35]。

2 結(jié)果與分析

2.1 條銹病抗性鑒定結(jié)果與綜合評(píng)價(jià)

苗期條銹病接種鑒定結(jié)果顯示(附表1), 骨干親本周8425B苗期對(duì)強(qiáng)毒力優(yōu)勢生理小種條中34號(hào)表現(xiàn)高抗(IT=3)。222份衍生后代中, 表現(xiàn)中抗及以上的衍生品種共72個(gè), 占比32.4%。其中表現(xiàn)免疫的衍生品種有2個(gè), 占總數(shù)的0.9%; 表現(xiàn)高抗的衍生品種有8個(gè), 占3.6%; 表現(xiàn)中抗的衍生品種有62個(gè), 占27.9%。其他150份品種為感病類型, 占比67.6%。表明各主要小麥育種單位在新品種選育過程中, 周8425B苗期抗條銹病的優(yōu)良性狀部分得到較好的利用。

成株期條銹病抗性鑒定結(jié)果顯示, 2021年和2022年衍生品種中抗病品種分別占材料數(shù)的30.0%和47.1% (表2和附表1)。周8425B及其222份衍生品種中, 只有蘭天36連續(xù)2年對(duì)條銹病抗性表現(xiàn)近免疫, 占比0.5%; 駐麥305、安麥1350、寶景麥161、科達(dá)668、科林201、沃德麥365、西農(nóng)805a、鑫華麥818、鄭品麥26號(hào)和中育1220共10份衍生品種2年表現(xiàn)1年近免疫和1年高抗條銹病, 占比4.5%;周8425B (圖1-a)和其9份衍生品種鄭麥22、存麥13、百農(nóng)5822、農(nóng)麥22、平安518、泉麥29、天麥119、天麥166、周麥22 (圖1-b) 2年均表現(xiàn)高抗條銹病, 占比4.1%; 許科918、周麥11、周麥26等23份衍生品種2年中表現(xiàn)1年高抗和1年中抗條銹病,占比10.4%; 宛麥66、周麥28、周麥36、矮抗58等21份衍生品種2年均表現(xiàn)中抗條銹病, 占比9.5%;其余158份衍生品種(系)表現(xiàn)1年中抗1年感病或2年均為感病, 這與苗期鑒定抗感品種數(shù)量(結(jié)果)較一致, 占比71.2%。

圖1 周8425B和周麥22成株期抗條銹病表現(xiàn)Fig. 1 Resistance to stripe rust at the adult stage of Zhou 8425B and Zhoumai 22

結(jié)合成株期和苗期表型鑒定結(jié)果, 對(duì)周8425B及其222份衍生品種進(jìn)行抗病類型綜合評(píng)價(jià), 周8425B表現(xiàn)穩(wěn)定全生育期和成株期抗性; 昌麥9號(hào)、濟(jì)研麥10、百農(nóng)4199、賽德麥7號(hào)、鄭麥103等共14份衍生品種2年表現(xiàn)穩(wěn)定成株期抗性, 占比6.3%; 周麥11、周麥22、周麥26、周麥36、蘭天36等52份衍生品種表現(xiàn)穩(wěn)定全生育期抗性, 占比23.4% (表3)。以上篩選出的66份抗條銹病衍生品種均可作為小麥抗條銹病育種親本材料或推廣品種廣泛利用。

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表4 不同抗條銹病基因及組合在衍生品種中的抗性效應(yīng)差異Table 4 Difference of resistance effects of different stripe rust resistance genes and combinations in derived varieties

2.2 抗條銹病基因類型分布

利用緊密連鎖的分子標(biāo)記對(duì)周8425B及其222份衍生品種進(jìn)行基因型檢測(圖2～圖6)。結(jié)果顯示周8425B攜帶YrZH84、YrZH84.2、Yr30、YrZH22和Yr9等5個(gè)抗條銹病基因; 在222份衍生品種中, 77份材料攜帶YrZH84, 占34.7%; 33份材料攜帶YrZH84.2, 占14.9%; 147份材料攜帶Yr30, 占66.2%;93份材料攜帶YrZH22, 占41.9%; 149份材料攜帶Yr9, 占67.1%。骨干種質(zhì)周8425B攜帶的抗條銹病基因Yr9、Yr30、YrZH22和YrZH84在衍生品種中出現(xiàn)的頻率相對(duì)較高。

圖2 標(biāo)記Xcfa2040檢測骨干種質(zhì)周8425B衍生品種YrZH84基因結(jié)果Fig. 2 PCR gragments of Xcfa2040 for YrZH84 gene in some wheat germplasms

圖3 標(biāo)記CD373538檢測骨干種質(zhì)周8425B衍生品種YrZH84.2基因結(jié)果Fig. 3 PCR gragments of CD373538 for YrZH84.2 gene in some wheat germplasms

圖4 標(biāo)記WGGB124檢測骨干種質(zhì)周8425B衍生品種YrZH22基因結(jié)果Fig. 4 PCR gragments of WGGB124 for YrZH22 gene in some wheat germplasms

圖5 骨干種質(zhì)周8425B衍生品種的Yr30基因檢測結(jié)果Fig. 5 PCR gragments of Yr30 gene in some wheat germplasms

圖6 骨干種質(zhì)周8425B衍生品種的Yr9基因檢測結(jié)果Fig. 6 PCR gragments of Yr9 gene in some wheat germplasms

2.3 不同抗條銹病基因及組合抗性效應(yīng)分析

成株期抗性效應(yīng)分析顯示(過濾樣本數(shù)小于3份的抗病基因類型), 在檢測的5個(gè)基因中, 僅攜帶其中1個(gè)抗病基因的衍生品種以攜帶YrZH84的平均嚴(yán)重度最低, 為15.4%; 攜帶YrZH84.2的平均嚴(yán)重度最高, 為58.1%; 單個(gè)抗病基因的抗病效應(yīng)為YrZH84>YrZH22>Yr9>Yr30>YrZH84.2。聚合2個(gè)抗病基因的衍生品種中, 以攜帶YrZH84+YrZH22的平均嚴(yán)重度最低, 為20.0%, 攜帶Yr30+Yr9的平均嚴(yán)重度最高, 為73.4%, 聚合2個(gè)抗病基因的抗病效應(yīng)為YrZH84+YrZH22>YrZH84+Yr9>YrZH84+YrZH84.2>YrZH22+Yr9>YrZH84.2+Yr30>YrZH22+Yr30>YrZH84.2+YrZH22>Yr30+Yr9。聚合3個(gè)抗病基因的衍生品種中, 以攜帶YrZH84+YrZH22+Yr9的平均嚴(yán)重度最低, 為12.0%; 攜帶YrZH22+Yr30+Yr9的平均嚴(yán)重度最高, 56.5%, 聚合3個(gè)抗病基因的抗病效應(yīng)為YrZH84+YrZH22+Yr9>YrZH84+YrZH22+Yr30>YrZH84+YrZH84.2+Yr30>YrZH84.2+YrZH22+Yr30>YrZH22+Yr30+Yr9。聚合4個(gè)抗病基因的衍生品種中, 攜帶YrZH84+YrZH22+Yr30+Yr9的平均嚴(yán)重度為16.9%, 攜帶YrZH84.2+YrZH22+Yr30+Yr9的平均嚴(yán)重度為38.4%。表明攜帶YrZH84或YrZH84+YrZH22、YrZH84+YrZH22+Yr9、YrZH84+YrZH22+Yr30基因組合的衍生品種成株期均具有良好的抗病性, 與不攜帶這5個(gè)抗條銹病基因的品種相比, 差異達(dá)顯著水平。

苗期抗性效應(yīng)分析顯示, 在檢測的5個(gè)基因中,僅攜帶其中1個(gè)抗病基因的衍生品種以攜帶YrZH84的反應(yīng)型最低, 為4.7; 攜帶Yr9的反應(yīng)型最高, 為7.3;單個(gè)抗病基因的抗病效應(yīng)為:YrZH84>YrZH22>Yr30>YrZH84.2>Yr9。聚合2個(gè)抗病基因的衍生品種中,以攜帶YrZH84+YrZH84.2的平均反應(yīng)型最低, 為5.0;以攜帶YrZH84.2+Yr30的反應(yīng)型最高, 為8.2; 聚合2個(gè)抗病基因的抗病效應(yīng)為:YrZH84+YrZH84.2>YrZH84+YrZH22>YrZH84+Yr9>YrZH22+Yr9>YrZH22+Yr30>Yr30+Yr9>YrZH84.2+YrZH22>YrZH84.2+Yr30。聚合3個(gè)抗病基因的衍生品種中,以攜帶YrZH84+YrZH22+Yr30的反應(yīng)型最低, 為3.7;以攜帶YrZH22+Yr30+Yr9的反應(yīng)型最高, 為7.5; 聚合3個(gè)抗病基因的抗病效應(yīng)為:YrZH84+YrZH22+Yr30>YrZH84+YrZH22+Yr9>YrZH84+YrZH84.2+Yr 30>YrZH84.2+YrZH22+Yr30>YrZH22+Yr30+Yr9。聚合4個(gè)抗病基因的衍生品種中, 攜帶YrZH84+YrZH22+Yr30+Yr9的反應(yīng)型為5.3, 攜帶YrZH84.2+YrZH22+Yr30+Yr9的反應(yīng)型為7.0。表明苗期以攜帶全生育期抗性基因YrZH84或含有YrZH84的基因組合的衍生品種的抗病性較好, 與不攜帶YrZH84抗條銹病基因的衍生品種差異達(dá)顯著水平。

2.4 抗病基因位點(diǎn)遺傳通路分析

圖7顯示, 周8425B眾多的衍生品種主要通過周麥11、周麥12、周麥13、周麥15、周麥16和周麥17等6個(gè)子一代再次衍生到子二代、子三代。子一代中周麥16和周麥13由于具有較好的農(nóng)藝性狀直接衍生出較多品種, 而周麥15、周麥17衍生品種較少; 周麥12與周麥13培育出子二代周麥22進(jìn)而衍生出45個(gè)子三代, 周麥11培育出矮抗58進(jìn)而衍生出54個(gè)子三代。

圖7 周8425B衍生品種系譜圖Fig. 7 Family tree of Zhou 8425B

根據(jù)攜帶抗條銹病基因情況, 將6個(gè)子一代與各自子代分類進(jìn)行聚類分析(圖8)。從圖中可以看出, 子一代周麥16 (中至高感)遺傳了周8425B的YrZH22＋Yr9抗條銹病基因, 其衍生的68個(gè)子二代中: 攜帶YrZH22的有54個(gè)品種, 攜帶Yr9的有44個(gè)品種, 聚合了YrZH84的有16個(gè)品種, 聚合了YrZH84.2的有7個(gè)品種, 聚合了Yr30的有33個(gè)品種。

圖8 周8425B及其衍生品種攜帶的抗條銹病基因和嚴(yán)重度Fig. 8 Stripe rust resistance gene and severity carried by Zhou 8425B and its derivative lines

子一代周麥11 (中至高抗)遺傳了周8425B的YrZH84+YrZH22+Yr30+Yr9基因組合, 用其培育的重大品種子二代品種矮抗58 (中抗)也遺傳了優(yōu)異抗性基因YrZH84+Yr9組合。使用矮抗58培育的子三代54個(gè)品種中, 攜帶YrZH84基因的有27個(gè)品種,攜帶Yr9基因的有45個(gè)品種; 再次聚合YrZH22基因的有21個(gè)品種, 聚合Yr30基因的有24個(gè)品種,聚合YrZH84.2基因的有11個(gè)品種。

周麥12和周麥13培育的重大品種子二代周麥22 (高抗)攜帶YrZH84+YrZH22+Yr30+Yr9基因, 利用周麥22培育的子三代45個(gè)品種中攜帶YrZH84基因的有22個(gè)品種, 攜帶YrZH22基因的有40個(gè)品種, 攜帶Yr30基因的有24個(gè)品種, 攜帶Yr9基因的有35個(gè)品種, 聚合了YrZH84.2基因的有4個(gè)品種。表明周8425B的優(yōu)異抗條銹病基因在遺傳育種的過程中并不是完全傳遞到子代中, 而是在不斷地分離與聚合, 可能與該4個(gè)基因分布在不同的染色體上、對(duì)手親本抗病基因遺傳背景和育種選擇壓有關(guān)。

3 討論

抗病育種的選育伴隨抗病性鑒定和選擇, 通常需要有發(fā)病充分的鑒定條件和穩(wěn)定可靠的鑒定技術(shù)體系。小麥條銹病抗性的鑒定一般分溫室苗期鑒定和田間成株期鑒定。在每年都發(fā)生條銹病的地區(qū)也可以單純依靠自然發(fā)病進(jìn)行抗條銹病鑒定, 但遇到發(fā)病不利的氣候和生態(tài)條件往往影響鑒定的結(jié)果。不同年份間小麥生長發(fā)育過程條銹菌侵染時(shí)的溫度和濕度等環(huán)境條件會(huì)影響條銹病鑒定結(jié)果。前期溫暖濕潤、后期低溫多雨的氣候條件適宜條銹病病害流行[35]。本研究田間抗性鑒定時(shí), 從2021年3月1日接種至5月16日表型調(diào)查期間有22天降雨, 平均最高氣溫18.5℃, 最低氣溫9.1℃; 2022年2月28日接種至5月14日表型調(diào)查期間有14天降雨, 平均最高氣溫19.9℃, 最低氣溫9.4℃ (河南省許昌市建安區(qū)歷史天氣https://tianqi.2345.com/wea_history/72167.htm)。因此, 在2022年的成株期抗病鑒定結(jié)果中, 抗病材料相比2021年偏多, 并且2021年的39份感病衍生品種在2022年表現(xiàn)抗條銹病, 這可能與2021年的氣候更有利于條銹病發(fā)病有關(guān)。也有研究認(rèn)為, 條銹病菌的毒性頻率年度間會(huì)存在差異,即使從條銹病菌繁殖單位購買的相同混合小種在不同年份間也可能會(huì)存在一定的差異。劉志勇等[20]發(fā)現(xiàn)在2021年度的條銹病菌混合小種毒性較強(qiáng), 而2022年度條銹病菌混合小種毒性偏弱, 相同的抗條銹病基因抗性表現(xiàn)比2021年要好, 本研究年度間的抗性差異可能也與混合小種毒性差異有關(guān)。

周8425B作為中國重要的小麥骨干親本之一,在全國范圍內(nèi)被廣泛用作親本使用[36]。盡管周8425B對(duì)目前流行的條中32號(hào)、條中33號(hào)及條中34號(hào)小種具有較好的抗性, 但苗期和成株期條銹病抗性鑒定發(fā)現(xiàn), 其部分衍生品種對(duì)強(qiáng)毒力優(yōu)勢生理小種條中34號(hào)抗病性一般。究其原因, 主要與衍生品種所含抗病基因類型和數(shù)量與周8425B存在較大差異有關(guān), 周8425B含有的5個(gè)抗條銹病基因分布在多條染色體上, 不利于多個(gè)基因同時(shí)傳遞到子代中, 在222個(gè)衍生品種中僅有15個(gè)品種攜帶了4個(gè)基因。特別是以攜帶全生育期抗性基因YrZH84或含有YrZH84的基因組合的衍生品種的苗期抗病性較好。其次, 衍生品種是由全國10多個(gè)省市290多家小麥育種單位選育, 育成時(shí)間從2000年一直延續(xù)到2022年, 育成時(shí)間跨度大, 地域覆蓋廣, 選育時(shí)所處的條銹病菌優(yōu)勢生理小種和選擇壓不同所致。周8425B衍生后代多具有優(yōu)良的豐產(chǎn)性、株葉型, 這類性狀容易選擇, 且受環(huán)境、氣候影響較小, 易被育種家選擇進(jìn)而傳遞, 而抗條銹病選擇容易受到年度間、麥區(qū)間、抗性選擇壓等因素有較大影響, 沒有達(dá)到像株葉型改良利用一樣的明顯效果。對(duì)比發(fā)現(xiàn),本研究檢測衍生品種的條銹病抗性與當(dāng)初審定時(shí)鑒定結(jié)果存在部分不一致, 214個(gè)衍生品種當(dāng)年審定時(shí),其中慢條銹病品種34個(gè), 占15.9%, 對(duì)條銹病表現(xiàn)抗性的品種102個(gè), 占47.7% (附表1)。肖永貴等于2019—2010年利用條銹菌優(yōu)勢小種CYR32對(duì)周8425B及其50個(gè)衍生品種(與本試驗(yàn)中17個(gè)衍生品種重復(fù))進(jìn)行成株期抗性檢測, 供試材料整體趨向抗條銹病表現(xiàn)型[12]。而在本試驗(yàn)的條銹病成株期檢測結(jié)果中僅有28.8%的衍生品種對(duì)條銹病表現(xiàn)穩(wěn)定的中抗及以上抗性水平, 抗性品種數(shù)量顯著減少, 可能與條銹菌優(yōu)勢小種CYR34的毒性更強(qiáng)有關(guān), 需要今后要高度重視對(duì)CYR34的監(jiān)測和抗性遺傳育種研究應(yīng)用?？傊? 在聚合多個(gè)抗條銹病基因育種時(shí),不僅需要田間人工接種菌種進(jìn)行抗性鑒定, 還需要借助快速發(fā)展的分子標(biāo)記輔助選擇進(jìn)行抗條銹病基因的精準(zhǔn)鑒定。

抗病基因多樣化是防止育成品種中抗條銹病基因單一化, 延緩抗病品種抗病性喪失, 延長其生產(chǎn)上推廣利用時(shí)間的有效策略?？共』蚓酆鲜桥嘤志枚嗫剐←溒贩N的重要途徑。在抗病基因聚合的策略上, 國外的育種家, 尤其是以國際玉米小麥改良中心(CIMMYT)為代表的育種家倡導(dǎo)聚合多個(gè)成株期抗條銹病基因, 并且育成了一些聚合3～4個(gè)成株期抗條銹病基因的品種, 可達(dá)到成株期高抗甚至免疫程度的條銹病抗性[37]。而結(jié)合我國的小麥條銹病菌傳播特點(diǎn)和育種實(shí)踐, 需要采用在成株期持久多抗基因的基礎(chǔ)上聚合全生育期抗條銹病基因的策略, 使育成品種在苗期和成株期均保持較好的條銹病抗性, 以達(dá)到有效控制小麥條銹病的傳播和危害。周8425B能夠作為骨干種質(zhì)被廣泛應(yīng)用, 可能與其聚合了多個(gè)全生育期抗性和成株期抗性基因,具有持久抗性有關(guān)。鑒于周8425B衍生品種眾多且利用的更加廣泛, 今后需要加強(qiáng)周8425B攜帶的優(yōu)異抗條銹病基因的克隆及分子機(jī)制研究, 同時(shí)做好周8425B攜帶的優(yōu)異抗條銹病基因在西北春麥區(qū)、長江中上游麥區(qū)等條銹病發(fā)生危害的“策源地”抗性布局和利用, 減緩強(qiáng)毒力生理小種出現(xiàn)頻率, 嚴(yán)防黃淮等小麥主產(chǎn)區(qū)小麥品種的抗條銹病突然“喪失”,保障國家小麥生產(chǎn)持續(xù)增產(chǎn)。

4 結(jié)論

周8425B苗期和成株期對(duì)目前強(qiáng)毒力優(yōu)勢菌種CYR34均表現(xiàn)高抗條銹病。篩選出穩(wěn)定成株期抗病的衍生品種14份, 穩(wěn)定全生育期抗病的衍生品種52份。周8425B攜帶的YrZH84、YrZH84.2、YrZH22、Yr30和Yr9抗條銹病基因主要通過周麥11、周麥12、周麥13、周麥15、周麥16和周麥17等6個(gè)子一代再次傳遞和聚合到衍生品種中。在衍生后代中的頻率分別為34.7%、14.9%、41.9%、66.2%和67.1%。攜帶全生育期抗性基因YrZH84或含有YrZH84的基因組合的衍生品種具有較好的苗期和成株期條銹病抗性。研究結(jié)果為中國小麥骨干種質(zhì)周8425B的持續(xù)改良利用提供了參考。

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