中國小麥地方品種抗白粉病基因的發掘與定位

李靜婷++劉子記

摘要：小麥（Triticum aestivum L.）地方品種具有豐富的遺傳多樣性，其中蘊含著豐富的抗白粉病基因，為小麥遺傳改良和抗病育種提供了優異的抗源。就中國小麥地方品種抗白粉病研究進行了綜述，包括抗病資源篩選鑒定、抗病性遺傳分析、抗病基因定位及分子標記研究等，探討了利用地方品種抗源進行小麥育種存在的問題，并對其發展前景進行了展望。

關鍵詞：小麥（Triticum aestivum L.）；地方品種；抗白粉病基因；分子標記

中圖分類號：S435.121.4 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）17-4113-04

小麥（Triticum aestivum L.）白粉病是由高度專化性寄生菌布氏禾白粉菌（Blumeria graminis f. sp. tritici）引起的一種流行性病害，過去在中國西南和東南沿海地區發生較重，近年來，隨著水肥條件的改變以及病菌生理小種的變異，其發生范圍逐漸向全國蔓延，發病面積逐年擴大，2014年發病面積達到666.7萬hm2，而加強抗白粉病品種的選育是防治白粉病最有效的手段。

小麥地方品種又稱農家品種，是漫長的自然選擇和人工選擇的產物。中國擁有1.3萬多份小麥地方品種資源，數量之大和類型之多是世界上許多國家不可比擬的。小麥地方品種具有豐富的遺傳多樣性，是豐富小麥遺傳變異的潛在基因資源，同時也蘊含著豐富的抗病資源。部分地方品種經歷了漫長的時間，仍保持著抗白粉病能力，因此挖掘利用小麥地方品種抗病基因，豐富小麥白粉病抗源，是提高小麥抗病性的有效途徑。近30年來，在中國小麥地方品種抗白粉病篩選鑒定、遺傳分析、基因推導和抗白粉病基因定位等方面研究取得了很多成果，在此研究基礎上，本文對中國小麥地方品種抗白粉病研究進展進行了綜述。

1 小麥地方品種白粉病抗源的篩選鑒定

開展抗白粉病育種是解決小麥白粉病問題最有效的手段，小麥白粉病抗源的鑒定、篩選和創新是進行小麥白粉病育種的前提和基礎。自20世紀70年代以來，中國學者對小麥地方品種資源進行了廣泛的白粉病抗性鑒定。最初，對來自我國8個省區的3 441個小麥農家種進行白粉病抗性鑒定，免疫至高抗的僅有6個品種，中抗的品種有71個[1]。江蘇農業科學院在1979～1995年間從來自江蘇省60個縣及國內13個省、市1 837份農家品種中僅篩選出4個中抗類型[2]。后來，根據小麥地方品種的行政區分布進行白粉病抗性鑒定，河南省867份農家小麥品種中44個品種表現苗期白粉病抗性[3]；陜西省1 152份小麥地方品種中7個品種表現高抗[4]；甘肅省193份小麥地方品種中苗期抗性材料46份，成株期抗性材料15份[5]。近期，根據小麥地方品種的生態區分布進行苗期白粉病抗性鑒定，結果表明，西南冬麥區和新疆冬麥區抗病品種頻率最高，其次為青藏春冬麥區和西北春麥區，而華南冬麥區、東北春麥區和北部春麥區沒有發現抗病品種[6]。雖然我國小麥地方品種數量繁多，但抗白粉病的材料相對較少。

2 抗病性遺傳分析及抗病基因定位

在對我國廣泛存在的小麥地方品種進行抗白粉病鑒定的基礎上，對表現高抗的地方品種進行遺傳分析，以確定其所含抗病基因的數量和抗性遺傳機制。利用分子標記及中國春缺體-四體系、雙端體和染色體缺失系對地方品種所含抗病基因進行染色體定位；利用攜帶已知抗白粉病基因的材料與抗白粉病地方品種進行等位性測驗分析和基因推導分析，以確定這些地方品種所攜帶的抗白粉病基因是已知基因還是新基因，期望篩選出新的抗白粉病基因，為小麥抗病育種提供優異的抗源。

已報道的小麥抗白粉病基因中，Pm5e（復壯30）[7]﹑Mlxbd（小白冬麥）[8]﹑PmH（紅蜷芒）[9]﹑Mljy （節燕）[10]﹑Mlsy（斯燕）[10]、Mlmz（螞蚱麥）[11]、PmTm4 （唐麥4號）[12]和Pm24（齒牙糙）[13]、Pm24b（白葫蘆）[14]、Pm47（紅洋辣子）[15]和PmX（小紅皮）[16]均來自小麥地方品種（表1）。其中，來源于齒牙糙的Pm24已經在育種中被廣泛應用。

2.1 定位于小麥地方品種7B染色體上的抗白粉病基因

小麥品種復壯30來源于利用陜西小麥地方品種醴泉和尚頭和華縣氣死風雜交選育出的小麥品種涇惠30系統選育[23]，Huang等[7]對復壯30遺傳分析表明，其白粉病抗性是單隱性基因控制的；通過單體分析將該基因定位于7B染色體長臂末端，命名為Pm5e，同時小白冬麥的抗白粉病基因（Mlxbd）也定位于7BL染色體；等位性測驗分析結果表明，Pm5e是與Pm5a緊密連鎖而非Pm5位點的等位基因，而Mlxbd可能是Pm5e的等位基因[8]。由張慶勤教授選育的節燕與斯燕分別攜帶1對隱性抗白粉病基因，定位于7B染色體，等位性測驗分析顯示是Pm5的等位基因，分別命名為Mljy﹑Mlsy[10]。紅蜷芒攜帶1對隱性抗白粉病基因，采用分子標記分析將該基因定位于7BL染色體上；抗譜分析表明是1個新基因，暫命名為PmH[9]。螞蚱麥攜帶的隱性抗病基因位于小麥7BL染色體上，與Pm5e位置不同，也是1個新基因，暫命名為Mlmz[11]。而唐麥4號攜帶1個抗白粉病半顯性單基因，暫命名為PmTm4，位于小麥7BL染色體上，并推測PmTm4很可能來源于我國地方品種老早麥或老早麥的衍生系[12]。司權民等[24]、朱偉[25]分別進行等位性測驗分析，發現小白冬麥、白蚰蜒條、紅蜷芒和螞蚱麥所攜帶的抗病基因是等位的。薛飛等[26]對部分小麥農家品種進行抗白粉病基因推導分析，發現小白冬麥、唐麥4號、白蚰蜒條、芒麥-1、螞蚱麥、紅蜷芒、復壯30及芒麥-2抗譜較為相近，其中唐麥4號、白蚰蜒條、芒麥-1及芒麥-2含有的抗白粉病基因可能與小白冬麥的抗白粉病基因Mlxbd相同。據此推測，在小麥7BL染色體上抗白粉病基因Pm5位點及其附近位點可能存在著1個抗白粉病基因簇，表明在中國小麥地方品種中Pm5基因存在豐富的單倍型變異。近年來，在小麥7BS染色體上又定位了1個新的抗白粉病基因Pm47，來源于小麥地方品種紅洋辣子，遺傳分析發現，該基因為隱性單基因[15]。這些結果表明，我國小麥地方品種在小麥7B染色體上蘊含著豐富的抗白粉病基因，這有利于在育種中將多個抗病基因進行基因聚合，從而選育出具有持久抗性的新品種。

2.2 定位于小麥地方品種其他染色體上的抗白粉病基因

除了7B染色體之外，我國小麥地方品種的抗白粉病基因也可能存在于其他染色體上。Huang等[13]發現齒牙糙對不同白粉菌菌種的反應方式與攜帶已知抗白粉病基因的小麥品種不同，遺傳分析表明，齒牙糙攜帶1對抗白粉病顯性基因，命名為Pm24，位于小麥6D染色體上；但后續研究中，利用染色體特異性分子標記結合單體分析的方法，將Pm24重新定位于小麥1DS染色體上[21]。此外，遺傳分析表明，農家品種白葫蘆攜帶的抗病基因是單顯性控制的，位于小麥1D染色體上[27]；等位性測驗分析表明，mlbhl是1個新基因，是Pm24的等位基因，命名為Pm24b[14]。

近來，研究發現小紅皮攜帶1對隱性抗白粉病基因，命名為PmX，定位于小麥2AL染色體上，等位性測驗分析可知，PmX是Pm4a位點的1個新等位基因[16]。至此，在小麥染色體Pm4位點上有等位基因Pm4a、Pm4b、Pm4c、Pm4d、PmPS5A和PmX。

此外，利用關中白粉菌優勢菌株對8個陜西小麥地方品種進行遺傳分析，發現陰山小白麥、芒麥、矮稈芒麥、紅油麥和紅麥各含有3對隱性抗白粉病基因，白葫蘆含有1對隱性抗白粉病基因，大紅頭含有2對顯性互補抗白粉病基因[28]。趙小華等[29]通過對小麥農家品種矮稈芒麥、紅頭麥和大紅頭進行苗期抗性的遺傳分析，表明3份農家品種對E09菌株的抗性均由1對隱性基因控制。不同研究對農家品種白葫蘆、矮稈芒麥、大紅頭的研究結果不一致，可能與其所選用的白粉菌菌株及環境條件的不同而異。

3 地方品種中抗白粉病基因的利用

由于抗病品種的不合理使用和新的毒性基因的不斷產生，經常使育成的抗病品種抗性逐漸減弱，發掘和利用新的抗病資源已成為當務之急。而我國小麥地方品種蘊藏豐富且抗源較多、抗性較好，因此，從小麥地方品種中發掘和利用抗白粉病基因，進而為小麥抗病育種提供優異的抗源。但是由于地方品種產量較低和農藝性狀較差等原因，地方品種在育種中難以得到充分的研究和利用，應通過遺傳改良，或者是利用抗性較好的地方品種進行新品種的選育，提高對地方品種中抗病基因的利用。

由于在已構建的小麥地方品種抗白粉病基因遺傳連鎖圖譜中獲得的連鎖分子標記與目標基因遺傳距離均較遠，且在不同遺傳背景下存在差異，因此在將來的研究中需要利用多種方法來開發與抗白粉病基因更緊密連鎖或共分離的分子標記，例如：Bin mapped的小麥EST、比較基因組學、BSA RNA-Seq和RAD-seq技術等，進而對抗病基因進行精細定位，以增加分子標記輔助選擇的可靠性和用于目標基因的圖位克隆。

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