東北春小麥抗稈銹病基因Sr31的分子檢測(cè)及其抗性分析

摘要：為促進(jìn)東北春小麥抗性育種，利用與抗稈銹病基因Sr31連鎖的分子標(biāo)記SCSS30.2和iag95，對(duì)300份東北春小麥抗稈銹病基因進(jìn)行分子檢測(cè)及抗性分析。結(jié)果表明，在300份春小麥品種中，有8份小麥品種被檢測(cè)到含有iag95或SCSS30.2分子標(biāo)記，含有抗稈銹病Sr31基因，而小麥品種農(nóng)林45號(hào)中只鑒定到了含有iag95標(biāo)記，鋼09-558中只鑒定到了含有SCSS30.2標(biāo)記。通過ω-sec標(biāo)記，發(fā)現(xiàn)9.67%的供試材料含有1BL/1RS易位系。其中，同時(shí)攜帶與抗性基因Sr31連鎖的兩個(gè)標(biāo)記SCSS30.2和iag95的8份材料，均被檢測(cè)到含有1BL/1RS易位系。田間抗性鑒定進(jìn)一步表明，被SCSS30.2檢測(cè)到的9個(gè)材料中，除黑春1號(hào)外，其余材料在田間均表現(xiàn)出了極強(qiáng)的抗病性。而僅被iag95標(biāo)記檢測(cè)到的農(nóng)林45號(hào)，對(duì)21C3CTHQM和34MKGQM兩類生理小種均表現(xiàn)為感病。本研究成功鑒定出攜帶Sr31基因及1BL/1RS易位系的小麥材料，可作為小麥抗病育種材料進(jìn)一步利用。

關(guān)鍵詞：小麥；Sr31基因；分子標(biāo)記；1BL/1RS易位系；田間抗病性

小麥?zhǔn)鞘澜缟献钪匾募Z食作物之一，占世界作物種植面積的1/5，能滿足人類提供日常所需的膳食營(yíng)養(yǎng)需求［1-4］。在小麥各病害中，流行程度相同的條件下稈銹病造成的損失最大［5-7］。20世紀(jì)20年代至70年代，在我國(guó)東北春麥區(qū)共發(fā)生過9次小麥稈銹病大流行和1次中度流行，給小麥的生產(chǎn)帶來了極大的危害［8］。 為了解決這一難題，育種家們開始逐漸引入新的抗性資源來選育抗病小麥品種。然而，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)手段的限制，育種家主要依賴于田間表型鑒定，致使育種工作效率低，育種成效慢，且不能從分子角度解析東北春小麥品種的抗稈銹基因的分布和組成［8］。

近年來育種趨勢(shì)顯示，東北春小麥品種的遺傳基礎(chǔ)逐漸狹窄，類型單一［9］。這可能會(huì)導(dǎo)致小麥品種對(duì)新病害或新生理小種更加敏感，增加了病害爆發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)［10］。在如今全球化和氣候變化的背景下［11］，隨著交通和貿(mào)易的增加，病原體可以快速地跨越大陸和國(guó)界，導(dǎo)致病原體的飛速傳播［12］。大面積種植不抗病的小麥品種，可能導(dǎo)致病害大面積發(fā)生和嚴(yán)重的產(chǎn)量損失。

現(xiàn)全球范圍內(nèi)已經(jīng)鑒定出了許多抗稈銹基因［13］。其中，Sr31基因分布廣泛，它源于栽培黑麥，并與小麥1BL/1RS易位系密切相關(guān)，已被廣泛用于小麥檢測(cè)和品種改良中［14］。這種易位系不僅提高了稈銹病抗性，而且也能提高小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)［15］。Sr31與條銹病抗性基因Yr9、葉銹病抗性基因Lr26、白粉病抗性基因Pm8存在連鎖關(guān)系［5，16-17］。20世紀(jì)70年代，含有Sr31的小麥在世界麥區(qū)推廣使用。但在1999年，首次發(fā)現(xiàn)了能夠克服Sr31抗性的稈銹菌小種Ug99［18］，并且該小種具有強(qiáng)大的變異能力，可侵染全球絕大部分小麥品種［19］。近年來，Ug99的分布已經(jīng)從非洲東部擴(kuò)展到亞洲，威脅著全球的小麥生產(chǎn)［20］。近年來針對(duì)Sr31基因的分子標(biāo)記已經(jīng)被相繼開發(fā)出來，為稈銹病基因的分子檢測(cè)以及抗性鑒定篩選提供了有效手段［21］。此外，東北春小麥材料中可能也含有Sr31基因［22］，因此，對(duì)東北春麥資源中Sr31的分子標(biāo)記鑒定有助于掌握該基因的組成和分布，進(jìn)而增強(qiáng)小麥的持久抗性，并降低小麥稈銹病爆發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)［23］。

綜上所述，東北春麥區(qū)已育成眾多春小麥品種，在小麥生產(chǎn)過程中起到重要作用，但是東北春麥區(qū)小麥抗稈銹病基因和機(jī)理的相關(guān)報(bào)道較少，特別是Sr31基因?qū)|北春麥抗稈銹的貢獻(xiàn)尚不清楚。為此，本研究選用300份東北春小麥代表性品種進(jìn)行分子檢測(cè)和抗性分析，明確東北春麥區(qū)小麥抗稈銹病基因Sr31的組成和抗性，為春小麥抗性育種提供可靠的材料和參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為東北春小麥代表性品種300份（附表1，詳見OSID碼），這些材料涵蓋了上世紀(jì)初到近年來推廣的有代表性品種，且地理分布范圍廣，遺傳背景清晰。陽性對(duì)照單抗基因系由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所提供，陰性對(duì)照選擇春小麥品種“克華”。對(duì)于田間表型抗性的鑒別，選擇了Little club作為易感品種進(jìn)行對(duì)比。

同時(shí)，涉及到的小麥稈銹病小種包括21C3CTHTM和34MRGQM，它們最近20年內(nèi)在我國(guó)小麥生產(chǎn)中都占據(jù)了主導(dǎo)地位。

1.2 方法

1.2.1 引物選擇

參照公開報(bào)道的小麥稈銹病抗性基因相關(guān)的分子標(biāo)記進(jìn)行選擇，進(jìn)而確認(rèn)其實(shí)際應(yīng)用效果。對(duì)所選材料進(jìn)行PCR驗(yàn)證，所有的特異性引物由上海生工生物技術(shù)有限公司提供（表1）。

1.2.2 DNA提取及PCR反應(yīng)

小麥幼苗生長(zhǎng)至10 d時(shí)，取其葉片2 g，利用CTAB法提取DNA［24］。使用TaKaRa品牌的Taq DNA聚合酶展開PCR擴(kuò)增。擴(kuò)增體系設(shè)定如下：DNA樣品 50 ng，10×PCR緩沖溶液 2 μL，2.5" mmol·L-1 dNTPs混合液1.6 μL，10 μmol·L-1的引物0.8 μmol·L-1，Taq DNA聚合酶0.16 μL，再加去離子水至20 μL。具體反應(yīng)條件參考各引物來源文獻(xiàn)［25-27］。擴(kuò)增產(chǎn)物在瓊脂糖凝膠電泳中進(jìn)行檢測(cè)，緩沖液體系為1×TAE溶液，140 V電壓電泳40 min，溴化乙錠染色。

1.2.3 田間抗性鑒定

在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院的試驗(yàn)田內(nèi)進(jìn)行成株階段的抗性評(píng)估。試驗(yàn)布局采用雙列模式，列間和行間距各為25 cm，每列長(zhǎng)度為100 cm。在布局中，每個(gè)品種單獨(dú)播種于一行中，每隔10行設(shè)置一行易感品種作為對(duì)照。在小麥返青拔節(jié)階段開始接種，接種前，對(duì)實(shí)驗(yàn)地進(jìn)行噴水處理，以提高濕度，并在傍晚進(jìn)行接種。首先，用0.05%的吐溫20溶液噴濕小麥葉片，然后利用噴粉器對(duì)葉片進(jìn)行夏孢子噴粉接種（夏孢子與滑石粉的比例為1∶30）。接種后，用塑料薄膜覆蓋葉片，以保持濕度，持續(xù)14 h。

抗性評(píng)估依據(jù)Roelfs等［28］的分級(jí)準(zhǔn)則和Cobb改良量表來評(píng)估病害嚴(yán)重程度。銹菌孢子堆占葉面積的0.37%對(duì)應(yīng)于1%的病害嚴(yán)重度，病害等級(jí)分為1%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%共12個(gè)等級(jí)［29］。當(dāng)對(duì)照品種出現(xiàn)明顯的病害后（接種后的第14天），進(jìn)行首次病害狀況調(diào)查，之后每隔5 d進(jìn)行1次，共進(jìn)行3次調(diào)查。最終的評(píng)估結(jié)果以最高的反應(yīng)類型和病害嚴(yán)重程度為準(zhǔn)。0表示免疫性，R表示抗病性，MR指示中等的抗病性，MS表示中度易感，S則代表易感。

2 結(jié)果與分析

2.1 Sr31和1BL/1RS易位系的分子標(biāo)記鑒定

利用與抗性基因Sr31連鎖的兩個(gè)標(biāo)記SCSS30.2和iag95對(duì)供試材料進(jìn)行檢測(cè)。由圖1可以看出，SCSS30.2和iag95標(biāo)記在含有抗性基因Sr31的陽性材料中分別可擴(kuò)增出576 bp和1 100 bp的PCR片段。在檢測(cè)的300份材料中，有8個(gè)品種中同時(shí)存在iag95和SCSS30.2，這8個(gè)材料分別為北麥1號(hào)、北麥6號(hào)、克春5號(hào)、克春8號(hào)、克春9號(hào)、黑春1號(hào)、新曙光8號(hào)和吉春1004。而農(nóng)林45號(hào)中只鑒定到了iag95，鋼09-558中只鑒定到了SCSS30.2。此外，本研究用ω-sec鑒定1BL/1RS易位系的存在［30］。結(jié)果表明，有29份材料鑒定到了ω-sec標(biāo)記，意味著它們含有1BL/1RS易位系。8個(gè)同時(shí)存在iag95和SCSS30.2的品種也鑒定到了1BL/1RS易位系，而農(nóng)林45號(hào)和鋼09-558沒有鑒定到1BL/1RS易位系。

2.2 田間抗病鑒定

本研究利用小麥稈銹病的典型癥狀進(jìn)行田間抗病鑒定，結(jié)果表明，陰性對(duì)照品種Little club表現(xiàn)為易感（S）（圖2）。在標(biāo)記SCSS30.2鑒定到的9個(gè)材料中：北麥1號(hào)、北麥6號(hào)、克春5號(hào)、克春8號(hào)、克春9號(hào)、黑春1號(hào)、新曙光8號(hào)、吉春1004和鋼09-558表現(xiàn)出極強(qiáng)的田間抗病性，只有黑春1號(hào)的嚴(yán)重度和普遍率為5%，其他材料都表現(xiàn)為免疫。而只被標(biāo)記iag95檢測(cè)到的材料農(nóng)林45號(hào)在21C3CTHQM和34MKGQM兩類小種抗性鑒定中都表現(xiàn)為感?。ū?）。

由表3可知，在300份材料田間抗性統(tǒng)計(jì)中，利用21C3CTHQM和34MKGQM兩個(gè)生理小種分別檢測(cè)到了5個(gè)抗性等級(jí)的材料?？剐缘燃?jí)為免疫（0）的材料在兩個(gè)小種的檢測(cè)中都達(dá)到60%以上，分別為64.67%和69.00%；抗?。≧）材料分別為23.00%和19.33%；中抗（MR）比例分別為4.33%和4.00%。中感（MS）比例分別為7.00%和6.33%；感?。⊿）的比例分別為1.00%和1.33%。在兩個(gè)生理小種的檢測(cè)中，不同抗性等級(jí)的材料數(shù)量分布相似，都是免疫材料數(shù)量最多，其次是抗?。≧），最少的為感?。⊿）。兩個(gè)生理小種檢測(cè)結(jié)果相同的材料一共有266份，占全部材料的88.67%。其中，對(duì)兩個(gè)小種都為免疫表現(xiàn)的材料為188份。

2.3 含有Sr31材料的亞群分析

有研究者在2021年對(duì)本研究所用群體進(jìn)行遺傳分析，并利用55K SNP芯片的基因數(shù)據(jù)進(jìn)行群體結(jié)構(gòu)分析，結(jié)果表明，東北春麥主要資源的群體可分為3個(gè)亞群［32］。農(nóng)林45號(hào)和吉春1004屬于第三亞群，新曙光8號(hào)屬于第一亞群，其他材料都屬于第二亞群（表3）。即第二亞群中包括更多攜帶Sr31抗病基因的品種，該亞群包含75份品種，主要來自于1990年到2010年在黑龍江省種植的品種，如北麥1號(hào)、克春9號(hào)、北麥6號(hào)和克春8號(hào)；第一亞群包含126個(gè)品種，主要來自于1950年到1980年在黑龍江省種植的品種，如克紅、克旱8號(hào)、克堅(jiān)和新曙光5號(hào)；第三亞群包含50份品種，主要來自吉林、美國(guó)、加拿大和日本。

3 討論

3.1 Sr31的抗性表現(xiàn)和分布

在300份東北春麥資源中，有188份材料對(duì)兩種稈銹病生理小種均表現(xiàn)免疫，占全部材料62.67%（表3）。但是鑒定到含Sr31基因的材料僅有8個(gè)，說明Sr31不是東北春麥區(qū)主效抗性基因，該群體中還存在其他抗稈銹病基因，只有進(jìn)行更多的抗性基因檢測(cè)，才能更好地分析東北春小麥的抗病基因組成。

在農(nóng)林45號(hào)的鑒定過程中，僅檢測(cè)到分子標(biāo)記iag95的存在，然而，該材料對(duì)主流稈銹病生理小種均表現(xiàn)為感?。?3］。一般而言，Sr31被認(rèn)為對(duì)小麥稈銹病具有顯著的抗病效果［34］。因此農(nóng)林45號(hào)有可能并未攜帶抗病基因Sr31，但攜帶了與Sr31連鎖的標(biāo)記iag95。

Sr31抗性基因廣泛存在于世界上的小麥品種中，但是其不抗Ug99［18，35］，為了避免通過傳統(tǒng)抗性育種得到的抗稈銹栽培品種中主效抗性基因?yàn)镾r31，世界范圍內(nèi)開展了眾多對(duì)Sr31的分子標(biāo)記檢測(cè)。Pretorius等［36］在65個(gè)南非小麥品種中檢測(cè)到5個(gè)品種含有Sr31基因。Purnhauser等［37］利用分子標(biāo)記檢測(cè)對(duì)匈牙利220個(gè)小麥品種進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)24.1%的小麥品種含有Sr31。陳萬權(quán)等［38-39］推導(dǎo)出49個(gè)來自17個(gè)國(guó)家的小麥種質(zhì)資源中有11個(gè)品系攜帶Sr31，44個(gè)江蘇主要小麥品種中的9個(gè)品種攜帶Sr31。李丹丹等［40］在2019年對(duì)黑龍江省83份小麥品種的檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，6份小麥品種可能含有Sr31。與前人研究結(jié)果相似，本研究中鑒定到8個(gè)可能含有Sr31的材料。這表明東北春麥資源抗稈銹Sr31基因相對(duì)其他地區(qū)比例較少。此外，還發(fā)現(xiàn)包含Sr31基因的樣本幾乎全部來源于1990年到2010年在黑龍江省培育并廣泛種植的品種。相對(duì)地，從其他地區(qū)引進(jìn)的品種以及1950年到1980年在黑龍江省種植的小麥品種中，Sr31基因出現(xiàn)頻率極低。表明，Sr31基因可能是在20世紀(jì)末到21世紀(jì)初的黑龍江小麥育種活動(dòng)中逐漸被引入和固定的。

3.2 東北春麥資源中存在Sr31較少的原因

抗稈銹病基因Sr31位于1BL/1RS易位系上［41］，1BL/1RS易位系攜帶了許多抗病和豐產(chǎn)基因［42-44］。研究表明，1BL/1RS易位系對(duì)條銹病、葉銹病和赤霉病具有較高的抗性［45］。1BL/1RS易位系也可以提高小麥的千粒重、穗粒數(shù)和籽粒重，從而提高產(chǎn)量［46］。本研究中鑒定到可能含有Sr31的8份材料全部存在1BL/1RS易位系，但是全部材料中有21份鑒定出1BL/1RS易位系卻不含Sr31。當(dāng)小麥品種含有1BL/1RS易位系時(shí)，它通常也會(huì)攜帶Sr31基因，提供對(duì)稈銹病的抗性。然而，即使小麥攜帶Sr31基因，也不一定表示它具有完整的1BL/1RS 易位系。Lukaszewski等［47］描述了一種技術(shù)，可以通過誘導(dǎo)同源重組來操作1RS/1BL易位系轉(zhuǎn)位，從而只轉(zhuǎn)移與Sr31相關(guān)的特定1RS區(qū)段，而不是整個(gè)1RS染色體臂。

中國(guó)東北春麥資源中，部分材料存在1BL/1RS易位系但不存在Sr31，這可能由以下幾個(gè)原因造成，（1）選擇壓力：上世紀(jì)含有抗稈銹基因的材料Yaroslav等引入后，東北春小麥主要面臨的是非稈銹病的病害或其他生物和非生物壓力［8］，這使得育種者主要關(guān)注于改良其他性狀，而不是具有Sr31抗性的品種。這意味著1BL/1RS易位系可能因?yàn)槠渌c它相關(guān)的有益性狀被選入，而不是因?yàn)槠鋽y帶的Sr31基因。（2）遺傳隨機(jī)性：隨著時(shí)間的推移，某些遺傳變異可能會(huì)在群體中丟失，這是一個(gè)隨機(jī)的過程，Sr31在這一過程中在大部分品種中丟失了。

3.3 1BL/1RS易位系和Sr31鑒定結(jié)果的應(yīng)用

ω-secalin蛋白對(duì)小麥筋性的負(fù)向調(diào)控已逐漸得到學(xué)界的認(rèn)識(shí)。有研究明確指出，在1BL/1RS易位系的小麥中，ω-sec與較低的筋性和較差的面包制作品質(zhì)緊密相關(guān)［48-49］。本研究顯示，東北春麥資源中9.67%的品種可能存在ω-secalin蛋白的表達(dá)。通過篩選不含ω-secalin但含有1BL/1RS易位系上優(yōu)良抗病基因的小麥品種，可以在保證其抗病性基礎(chǔ)上提高加工品質(zhì)。此外，本研究同時(shí)檢測(cè)到兩個(gè)分子標(biāo)記的小麥品種北麥1號(hào)、北麥6號(hào)、克春5號(hào)、克春8號(hào)、克春9號(hào)、黑春1號(hào)、新曙光8號(hào)和吉春1004含有Sr31抗稈銹基因，可以作為種質(zhì)資源進(jìn)行廣泛應(yīng)用，這為提高東北春小麥抗病能力和產(chǎn)量提供了材料支撐。

4 結(jié)論

本研究對(duì)300份東北春小麥資源的抗稈銹基因進(jìn)行了分子標(biāo)記檢測(cè)和抗性鑒定。其中有8個(gè)品種中同時(shí)存在iag95和SCSS30.2，占全部品種的2.67%，表現(xiàn)出極強(qiáng)的田間抗病性。這8個(gè)材料分別為北麥1號(hào)、北麥6號(hào)、克春5號(hào)、克春8號(hào)、克春9號(hào)、黑春1號(hào)、新曙光8號(hào)和吉春1004。有9.67%的材料鑒定到了ω-sec標(biāo)記，意味著它們可能含有1BL/1RS易位系。

參考文獻(xiàn)：

［1］SHEWRY P R，HEY S J.the contribution of wheat to human diet and health［J］.Food and Energy Security，2015，4（3）：178-202.

［2］李海泳，殷貴鴻.從國(guó)家糧食安全角度探討我國(guó)小麥育種發(fā)展趨勢(shì)［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2022，50（18）：36-41.

［3］龐碧玉，馮愛芬，曹振雪，等.中國(guó)糧食供需研究及預(yù)測(cè)：以小麥為例［J］.河南科技學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，48（3）：15-21.

［4］劉春華.探討糧食安全與小麥栽培發(fā)展趨勢(shì)［J］.種子科技，2017，35（6）：10，12.

［5］李振岐，曾士邁.中國(guó)小麥銹病［M］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2002.

［6］王廣金，趙遠(yuǎn)玲，王永斌.小麥稈銹病的危害與防治研究綜述［J］.黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（12）：169-171.

［7］李明菊.中國(guó)小麥稈銹病越冬初菌源基地云南小麥稈銹病危害分析［J］.云南農(nóng)業(yè)科技，2003（5）：28-29.

［8］肖步陽.春小麥生態(tài)育種［M］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2006.

［9］TEMESGEN B.Effects of crop evolution under domestication and narrowing genetic bases of crop species［J］.Open Journal of Plant Science，2021：49-54.

［10］GOVINDARAJ M，VETRIVENTHAN M，SRINIVASAN M.Importance of genetic diversity assessment in crop plants and its recent advances：an overview of its analytical perspectives［J］.Genetics Research International，2015，2015：431487.

［11］COAKLEY S M，SCHERM H，CHAKRABORTY S.Climate change and plant disease management［J］.Annual Review of Phytopathology，1999，37：399-426.

［12］BROWN J K M，HOVMLLER M S.Aerial dispersal of pathogens on the global and continental scales and its impact on plant disease［J］.Science， 2002，297（5581）：537-541.

［13］BARANWAL D.Genetic and genomic approaches for breeding rust resistance in wheat［J］.Euphytica，2022，218（11）：159.

［14］SCHLEGEL R，KORZUN V.About the origin of 1RS.1BL wheat-rye chromosome translocations from Germany［J］.Plant Breeding，1997，116（6）：537-540.

［15］VILLAREAL R L， MUJEEB-KAZI A， RAJARAM S. Agronomic performance of wheat doubled haploids derived from Triticum timopheevi［J］.Field Crops Research，1998，59（3）：187-195.

［16］DYCK P L. Transfer of a gene for stem rust resistance from Triticum araraticum to hexaploid wheat［J］.Genome，1992，35（5）：788-792.

［17］DYCK P L.Inheritance of leaf rust and stem rust resistance in ‘Roblin’ wheat［J］.Genome，1993，36（2）：289-293.

［18］PRETORIUS Z A，SINGH R P，WAGOIRE W W，et al.Detection of virulence to wheat stem rust resistance gene Sr31 in Puccinia graminis.f.sp.tritici in Uganda［J］.Plant Disease，2000，84（2）：203.

［19］姜玉英，陳萬權(quán)，趙中華，等.新型小麥稈銹病菌Ug99對(duì)我國(guó)小麥生產(chǎn)的威脅和應(yīng)對(duì)措施［J］.中國(guó)植保導(dǎo)刊，2007，27（8）：14-16.

［20］SINGH R P，HODSON D P，HUERTA-ESPINO J，et al.Will stem rust destroy the world’s wheat crop？［J］.Advances in Agronomy，2008，98：271-309.

［21］NIU Z X，KLINDWORTH D L，F(xiàn)RIESEN T L，et al.Targeted introgression of a wheat stem rust resistance gene by DNA marker-assisted chromosome engineering［J］.Genetics，2011，187（4）：1011-1021.

［22］LIN Q J，GAO Y，WU X X，et al.Evaluation of resistance to wheat stem rust and identification of resistance genes in wheat lines from Heilongjiang Province［J］.PeerJ，2021，9：e10580.

［23］del" SAL G，MANFIOLETTI G，SCHNEIDER C.The CTAB-DNA precipitation method：a common mini-scale preparation of template DNA from phagemids，phages or plasmids suitable for sequencing［J］.BioTechniques，1989，7（5）：514-520.

［24］CHAI J F，ZHOU R H，JIA J Z，et al.Development and application of a new codominant PCR marker for detecting 1BL·1RS wheat-rye chromosome translocations［J］.Plant Breeding，2006，125（3）：302-304.

［25］RDER M S，KORZUN V，WENDEHAKE K，et al.A microsatellite map of wheat［J］.Genetics，1998，149（4）：2007-2023.

［26］MAGO R，SPIELMEYER W，LAWRENCE G，et al.Identification and mapping of molecular markers linked to rust resistance genes located on chromosome 1RS of rye using wheat-rye translocation lines［J］.Theoretical and Applied Genetics，2002，104（8）：1317-1324.

［27］DAS B K，SAINI A，BHAGWAT S G，et al.Development of SCAR markers for identification of stem rust resistance gene Sr31 in the homozygous or heterozygous condition in bread wheat［J］.Plant Breeding，2006，125（6）：544-549.

［28］ROELFS A P，SINGH R P，SAARI E E，et al.Rust diseases of wheat：concepts and methods of disease management［M］. Cimmyt，1992.

［29］PETERSON R F，CAMPBELL A B，HANNAH A E.A diagrammatic scale for estimating rust intensity on leaves and stems of cereals［J］.Canadian Journal of Research，1948，26（5）：496-500.

［30］余利，何方，陳桂玲，等.利用1RS特異標(biāo)記和染色體原位雜交技術(shù)鑒定小麥1BL·1RS易位系［J］.作物學(xué)報(bào)，2011，37（3）：563-569.

［31］LI Y Y，TANG J Q，LIU W L，et al.The genetic architecture of grain yield in spring wheat based on genome-wide association study［J］.Frontiers in Genetics，2021，12：728472.

［32］李禹堯.東北春小麥主要農(nóng)藝性狀全基因組關(guān)聯(lián)分析及候選基因挖掘［D］.大慶：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，2022.

［33］XU X F，YUAN D P，LI D D，et al.Identification of stem rust resistance genes in wheat cultivars in China using molecular markers［J］.PeerJ，2018，6：e4882.

［34］PLOTNIKOVA L，POZHERUKOVA V，KNAUB V，et al.What was the reason for the durable effect of Sr31 against wheat stem rust？［J］.Agriculture，2022，12（12）：2116.

［35］JIN Y，SINGH R P.Resistance in U.S.wheat to recent eastern African isolates of Puccinia graminis f.sp.tritici with virulence to resistance gene Sr31［J］.Plant Disease，2006，90（4）：476-480.

［36］PRETORIUS Z A，JIN Y，BENDER C M，et al.Seedling resistance to stem rust race Ug99 and marker analysis for Sr2，Sr24 and Sr31 in South African wheat cultivars and lines［J］. Euphytica，2012，186（1）：15-23.

［37］PURNHAUSER L，BNA L，LNG L.Identification of Sr31 and Sr36 stem rust resistance genes in wheat cultivars registered in Hungary［J］.Cereal Research Communications，2011，39（1）：53-66.

［38］陳萬權(quán)，王劍雄.76個(gè)小麥種質(zhì)資源抗葉銹及稈銹基因初步分析［J］.作物學(xué)報(bào)，1997，23（6）：655-663.

［39］陳萬權(quán)，秦慶明，王奎榮，等.江蘇省重要小麥品種抗葉銹病和稈銹病基因初步分析［J］.植物保護(hù)學(xué)報(bào)，1997，24（3）：225-234.

［40］李丹丹，高越，徐曉鳳，等.黑龍江省83份小麥品種抗稈銹病基因的分子檢測(cè)［J］.植物病理學(xué)報(bào)，2019，49（2）：235-245.

［41］VILLAREAL R L， RAJARAM S， MUJEEB-KAZI A，et al.The effect of chromosome 1B/1R translocation on the yield potential of certain spring wheats （Triticum aestivum L.）［J］.Plant Breeding，1991，106（1）：77-81.

［42］李婷，李雙，周小玲，等.1BL/1RS易位小麥面筋蛋白的分離重組及其面條品質(zhì)研究［J］.糧油食品科技，2021，29（5）：71-77.

［43］呂婷婷，張珍悅，姚曉妮，等.小麥-黑麥1RS-1BS/1BL小片段易位系抗赤霉病鑒定及分子細(xì)胞遺傳學(xué)分析［J］.農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報(bào)，2020，28（7）：1193-1202.

［44］宮文萍，韓冉，任天恒，等.1293份小麥品種（系）1RS/1BL易位和抗條銹病基因Yr41的分子檢測(cè)［J］.山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，52（8）：1-6.

［45］REN T H，YANG Z J，YAN B J，et al.Development and characterization of a new 1BL.1RS translocation line with resistance to stripe rust and powdery mildew of wheat［J］.Euphytica，2009，169（2）：207-213.

［46］VILLAREAL R L，del TORO E， MUJEEB-KAZI A，et al.The 1BL/1RS chromosome translocation effect on yield characteristics in a Triticum aestivum L.cross［J］.Plant Breeding，1995，114（6）：497-500.

［47］LUKASZEWSKI A J.Manipulation of the 1RS.1BL translocation in wheat by induced homoeologous recombination［J］.Crop Science，2000，40（1）：216-225.

［48］DHALIWAL A S，MARES D J， MARSHALL D R.Measurement of dough surface stickiness associated with the 1B/1R chromosome translocation in bread wheats［J］.Journal of Cereal Science，1990，12（2）：165-175.

［49］SHEWRY P R， HALFORD N G， LAFIANDRA D.Genetics of wheat gluten proteins［J］.Advances in Genetics，2003，49：111-184.

Molecular Detection and Resistance Analysis of the Stem Rust Resistance Gene Sr31 in Northeast Spring Wheat

TANG Jingquan1， LIU Wenlin1， SUN Yan1， YANG Shuping1， LI Yuyao2， SUN Dan1， WANG Xiangyu1， ZHANG Hongji1

Abstract：In order to identify the presence of the resistance gene Sr31 in wheat materials the linked molecular markers SCSS30.2 and iag95 were used and to further determine the existence of the 1BL/1RS translocation in these materials. Using the PCR method， target fragments of 576 bp and 1100 bp were successfully amplified from positive control materials with SCSS30.2 and iag95， respectively. Among the 300 tested wheat materials， 10 varieties were detected with either the iag95 or SCSS30.2 molecular markers， with eight varieties carrying both markers. Using the ω-sec marker， we identified 9.67%， of materials possessing the 1BL/1RS translocation. Notably， all 8 materials identified as possibly containing the Sr31 gene were found to carry the 1BL/1RS translocation. Field disease resistance evaluations further revealed that， of the nine materials detected with the SCSS30.2 marker， all except Heichun 1 demonstrated strong field resistance. In contrast， the Nonglin 45， detected only with the iag95 marker， displayed susceptibility to both 21C3CTHQM and 34MKGQM pathotypes. In conclusion， this research successfully identified wheat materials carrying the Sr31 gene and the 1BL/1RS translocation， offering valuable molecular tools and germplasm resources for wheat resistance breeding.

Keywords：wheat;Sr31 gene;molecular markers;1BL/1RS translocation;field disease resistance

收稿日期：2023-10-19

基金項(xiàng)目：黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院級(jí)科研項(xiàng)目（2021YYYF003）；“十四五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2022YFD1200701）；核能開發(fā)科研項(xiàng)目（春小麥核輻射生物誘變新品種創(chuàng)制與示范）；黑龍江省外向型農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新體系。

第一作者：唐婧泉（1995-），女，碩士，研究實(shí)習(xí)員，從事小麥遺傳育種研究。E-mail： tangjingquan2020@163.com。

通信作者：張宏紀(jì)（1969-），男，博士，研究員，從事小麥遺傳育種研究。E-mail： fumai@163.com。