小麥Pm21抗白粉病基因新種質(zhì)篩選及其抗性鑒定

摘要：為進(jìn)一步加強(qiáng)小麥白粉病抗性基因Pm21在黃淮冬麥區(qū)的育種利用，選用100份近年來審定的小麥品種、后備品系等開展Pm21分子標(biāo)記檢測，同時進(jìn)行白粉病苗期單小種抗性鑒定，并對苗期單小種抗性材料進(jìn)行成株期田間自然發(fā)病抗性鑒定。結(jié)果表明，內(nèi)麥8號等7份材料攜帶Pm21抗白粉病基因，且除南農(nóng)9918外，其余6份材料均來自西南冬麥區(qū)；表型鑒定結(jié)果表明，含有Pm21抗病基因的7份材料在苗期均對E09小種表現(xiàn)為抗性，且成株期仍保持抗性。另外，有26份材料在苗期對E09小種表現(xiàn)為抗性，但成株期不抗，且不含有Pm21基因，推測其可能含有其他白粉病單小種抗病基因。

關(guān)鍵詞：小麥；Pm21基因；抗白粉??；種質(zhì)資源；抗性鑒定

中圖分類號：S512.103.7；S435.121.4⁺6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）21-0162-04

收稿日期：2024-07-09

基金項(xiàng)目：淮安市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院科研發(fā)展基金（編號：HNY202115、HNY202211）；江蘇省種業(yè)振興“揭榜掛帥”項(xiàng)目（編號：JBGS［2021］051）；江蘇現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項(xiàng)目（編號：JATS［2023］190）；淮安市自然科學(xué)研究計劃（指導(dǎo)性）項(xiàng)目（編號：HABZ202228）。

作者簡介：李 菁（1995—），女，河南三門峽人，碩士，研究實(shí)習(xí)員，研究方向?yàn)樾←溸z傳育種。E-mail：453165085@qq.com。

通信作者：孫蘇陽，研究員，研究方向?yàn)樾←湼咝вN。E-mail：ssy6688@163.com。

小麥白粉病是由布氏白粉菌（Blumeria graminis f. sp. tritici）引起的植物病害，以子囊孢子或分生孢子通過氣流進(jìn)行傳播，屬于氣傳性病害，其主要特征為葉面覆蓋白色粉狀物^［1］。該病害的發(fā)生和流行與氣候、土壤和病原體的種類等因素密切相關(guān)^［2］。小麥白粉病菌短暫的生命周期使得它在小麥群體中迅速傳播，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成重大損害。小麥白粉病是影響江蘇省小麥生產(chǎn)的主要病害之一。因此，培育抗白粉病小麥新品種，對降低農(nóng)戶種植成本、保障糧食安全具有重大意義。

研究表明，遺傳改良是預(yù)防小麥白粉病的一個重要途徑。通過基因定位、克隆和功能研究，已經(jīng)從小麥及其近緣物種中得到了90多個與小麥白粉病抗性相關(guān)的基因^［3］，這為小麥品種的遺傳改良提供了有力支持。其中，Pm21基因被發(fā)現(xiàn)能夠顯著提高植物的抗病性能，也是針對目前流行的白粉菌菌株依舊保持抗性的一個基因。Pm21來源于英國劍橋的簇毛麥，以T6VS.6AL易位形式在長江中下游麥區(qū)和西南麥區(qū)得到較為廣泛的應(yīng)用^［4］。而通過分子標(biāo)記檢測，可以提前知曉植株中是否含有目的基因，進(jìn)而提高選擇效率，進(jìn)一步縮短育種年限，是小麥定向遺傳改良的一種重要手段。

本研究對100份近年來審定的小麥品種、后備品系等進(jìn)行Pm21分子標(biāo)記檢測，明確Pm21基因分布情況；并結(jié)合白粉病苗期單小種抗病性鑒定，及部分材料成株期抗病性鑒定，明確抗病基因真實(shí)性及材料抗性，為有針對性地配置雜交組合、選育抗病新品種奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料共100份，均為近年來育成的品種或高代品系，由筆者所在課題組自行收集。已知攜帶Pm21抗病基因的陽性對照材料為揚(yáng)麥33。感病對照為蘇麥3號，用于接種的菌株為目前流行的強(qiáng)毒性致病菌E09白粉菌菌株，均由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院種質(zhì)資源與生物技術(shù)研究所吳紀(jì)中研究員提供。

1.2 抗白粉病基因Pm21的標(biāo)記檢測

在供試小麥生長至2葉1心時，取葉片，用CTAB法提取基因組DNA。Pm21分子鑒定引物序列為F：5′-CACTCTCCTCCACTAACAGAGG-3′；R：5′-GTTTGTTCACGTTGAATGAATTC-3′^［5］，由生工生物工程（上海）股份有限公司合成。

采用10 μL擴(kuò)增體系，擴(kuò)增程序?yàn)椋?4 ℃預(yù)變性3 min；94 ℃變性1 min，55 ℃退火1 min，72 ℃延伸2 min，循環(huán)40次；72 ℃延伸5 min。擴(kuò)增產(chǎn)物利用1.0%瓊脂糖凝膠電泳檢測。

1.3 白粉病抗性鑒定

1.3.1 苗期鑒定 采用人工接菌法鑒定。將小麥種子播在72孔的穴盤，供試品種及感病對照各播種20粒。于幼苗1葉期人工接種，將充分發(fā)病的足量蘇麥3號葉片置于待接葉片上方，輕輕抖落病菌孢子。接種7 d后當(dāng)感病對照表現(xiàn)出明顯病癥時調(diào)查病情，按照盛寶欽的0～4級分類方法^［6］，2級中抗為抗感標(biāo)準(zhǔn)（葉片病斑直徑小于1 mm，但菌絲層較厚，不透綠，能產(chǎn)生一定量孢子）。評價時，癥狀比2級更嚴(yán)重則判定為感?。⊿），癥狀與2級相同或輕于2級，則判定為抗?。≧）。

1.3.2 成株期鑒定 采用自然發(fā)病。選取苗期表現(xiàn)為抗病的材料，種植于溫室大棚內(nèi)，每個材料播種10粒。待植株進(jìn)入拔節(jié)期時，勤澆水，保持環(huán)境濕潤，持續(xù)觀察發(fā)病情況。在小麥抽穗時白粉病盛發(fā)期，按照《小麥品種試驗(yàn)記載項(xiàng)目與標(biāo)準(zhǔn)》記載發(fā)病嚴(yán)重程度：1級，葉片無肉眼可見癥狀；2級，基部葉片發(fā)病；3級，病斑蔓延至中部葉片；4級，病斑蔓延至劍葉；5級，病斑蔓延至穗及芒。

2 結(jié)果與分析

2.1 Pm21的分子標(biāo)記檢測

利用分子標(biāo)記SCAR1265對100份材料進(jìn)行檢測，陽性對照為揚(yáng)麥33。檢測結(jié)果表明，僅南農(nóng)9918、綿麥1501、綿麥51、南麥660、內(nèi)麥366、內(nèi)麥8號、西科546等7份材料能夠擴(kuò)增出與陽性對照相同的特異性片段（圖1），占試驗(yàn)材料總數(shù)的 7%，其中6份材料來自西南冬麥區(qū)；1份材料來自長江中下游冬麥區(qū)；而76份黃淮冬麥區(qū)材料均未檢測到Pm21抗病基因。

2.2 白粉病抗性鑒定

利用國內(nèi)白粉病流行菌種E09小種對100份育成品種（系）進(jìn)行苗期抗性鑒定，結(jié)果表明，對E09小種表現(xiàn)為抗性的材料共有33份，占比33%。來自黃淮冬麥區(qū)的材料共76份，表現(xiàn)苗期抗性的有23份，占比30.26%；來自西南冬麥區(qū)的小麥品種（系）有21份，表現(xiàn)為苗期抗性的材料有9份，占比42.86%；來自長江中下游冬麥區(qū)的小麥品種（系）有3份，表現(xiàn)為苗期抗性的材料有1份，占比33.33%（表1）。對苗期表現(xiàn)為抗病的33份材料進(jìn)行成株期自然發(fā)病，抗性鑒定結(jié)果表明，表現(xiàn)為成株期抗白粉病（嚴(yán)重度為1級）的材料共有 7份，它們主要來自西南冬麥區(qū)。嚴(yán)重度為3級的材料共有8份，占比24.24%；嚴(yán)重度為4級的材料有18份，占比54.54%。經(jīng)分子鑒定含有Pm21抗病基因的7份材料，在苗期和成株期均表現(xiàn)出抗性。

3 討論與結(jié)論

各個麥區(qū)的育種家針對不同生態(tài)環(huán)境對品種抗病性的選擇有所差異。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，西南冬麥區(qū)的品種無論苗期還是成株期白粉病抗病性都要略優(yōu)于黃淮冬麥區(qū)的品種，結(jié)合Pm21抗病基因在材料中的分布結(jié)果來看，西南冬麥區(qū)的品種對Pm21的利用率較高，這可能是其抗性較好的原因之一。對國審小麥品種白粉病抗性水平的研究發(fā)現(xiàn)，抗性水平為長江上游麥區(qū)gt;長江中下游麥區(qū)gt;黃淮北片麥區(qū)gt;北部冬麥區(qū)gt;黃淮南片麥區(qū)gt;黃淮冬麥早播組、東北西北春麥區(qū)，本研究的結(jié)果與之基本一致。我國各大麥區(qū)的白粉病育種中，長江流域麥區(qū)和黃淮北片麥區(qū)占有領(lǐng)先地位，近5年審定了部分高抗、中抗白粉病小麥品種，但此類品種在各麥區(qū)中所占比例還比較低。2019—2023年黃淮北片和黃淮南片麥區(qū)國審小麥品種對主要病害的抗性水平中，白粉病雖有所增強(qiáng)，但抗性水平仍以中感和高感為主^［7］。本研究中黃淮冬麥區(qū)小麥品種占比較高，但抗白粉病品種占比較小，黃淮冬麥區(qū)抗白粉病小麥新品種的培育力度有待進(jìn)一步增強(qiáng)。

本研究中分子鑒定含有Pm21基因的材料在苗期和成株期抗病鑒定中均表現(xiàn)出白粉病抗性，驗(yàn)證了抗病基因存在的真實(shí)性，也表明Pm21是針對目前流行的白粉病生理小種仍具有極強(qiáng)抗性的一個基因，亟需擴(kuò)大其育種利用范圍。

本研究利用Pm21分子標(biāo)記對100份小麥品種、后備品系等開展基因檢測，得到7份含有Pm21抗性基因的材料；同時利用小麥白粉病菌E09單小種進(jìn)行苗期抗性鑒定，得到33份單小種抗性材料，對其進(jìn)一步開展成株期田間自然發(fā)病鑒定，發(fā)現(xiàn)仍然保持抗性的材料有7份；結(jié)合分子鑒定結(jié)果，發(fā)現(xiàn)表現(xiàn)出全生育期抗性的材料均為含有Pm21抗性基因的材料。本研究篩選到的抗性材料，將為針對性地利用Pm21抗性基因、選育抗白粉病小麥新品種奠定基礎(chǔ)。

另外，本研究中有一些不含Pm21抗性基因的材料在苗期表現(xiàn)出對白粉病菌單小種的抗性，其可能含有其他已知或未知的基因，有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

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