小麥種質P10078的成株期條銹病抗性特征及遺傳規律

蘇萍萍，曾慶東，李海洋，王琪琳,吳建輝，穆京妹，康振生，韓德俊

(1.西北農林科技大學旱區作物逆境生物學國家重點實驗室，陜西楊凌 712100； 2.西北農林科技大學農學院，陜西楊凌 712100； 3.西北農林科技大學植物保護學院，陜西楊凌 712100)

小麥種質P10078的成株期條銹病抗性特征及遺傳規律

蘇萍萍1,2，曾慶東1,3，李海洋1,2，王琪琳1,3,吳建輝1,3，穆京妹1,2，康振生1,3，韓德俊1,2

(1.西北農林科技大學旱區作物逆境生物學國家重點實驗室，陜西楊凌 712100； 2.西北農林科技大學農學院，陜西楊凌 712100； 3.西北農林科技大學植物保護學院，陜西楊凌 712100)

為明確小麥抗病種質P10078的抗條銹病特征及抗病遺傳規律，利用4個小麥條銹菌小種CYR32、CYR33、V26/CM42和Sull-7對P10078進行了苗期分小種鑒定，并分別在陜西楊凌人工接種病圃和甘肅天水自然誘發病圃連續多年對P10078與感病品種銘賢169及其雜交后代(F1、F2、F2∶3)進行成株期抗條銹病鑒定。結果發現，P10078苗期對CYR32、V26/CM42表現為感病(IT:7～8)，對V26/CM42和Sull-7表現為抗病(IT：2)，成株期對混合小種表現為高度抗病(IT：1，S：1%)，表明P10078為包含全生育期抗病基因的成株期抗病品種；F2抗感分離比為3∶1，F2∶3抗感分離比為1∶2∶1，表明P10078成株期抗性由一對顯性主效基因控制。P10078所含抗條銹基因為未知抗性基因。

小麥；條銹病；成株期；遺傳分析

由條形柄銹菌(Pucciniastriiformisf. sp.tritici)引起的小麥條銹病，是世界性小麥病害[1-2]，也是中國小麥第一大病害，一般流行年份可導致小麥減產20%～30%，大流行年份產量損失可高達50%～60%，甚至顆粒無收[3-4]。防控小麥條銹病最直接有效且安全的方法就是種植抗病品種[5]。由于抗源單一和抗病品種使用不當，致使條銹菌新小種不斷產生，導致眾多小麥品種3～5年就喪失條銹病抗性[6]。不斷篩選小麥新抗源，挖掘抗條銹病新基因是小麥育種長期而重要的工作。

21世紀以來，小麥條銹病在中國發病率呈上升趨勢[7]，條銹小種CYR32和CYR33成為重要的流行小種[8]，致使2010年之前中國90%的小麥生產品種喪失抗性，只有少數抗病品種攜帶抗條銹病基因，如 Yr5、 Yr10、 Yr15和 Yr26[9-10]；對條銹菌小種保持較好抗病性，攜帶 Yr26的抗病品種作為主要抗源被廣泛應用于四川、甘肅、貴州、陜西等地[3,11]。2010年在成都的調查發現，幾年前對條銹病高抗的川麥42表現為高感[12-13]，抗病基因 Yr26對新條銹菌小種V26的抗性喪失，導致川麥42、92R137、貴農等系列品種抗條銹性下降[14-16]，因此急需挖掘新型抗源來應對新毒性小種。

P10078是經過多年抗病鑒定，從數千份小麥種質資源中篩選出來的抗病種質，具有優良的成株期抗病性[17]，對當前小麥抗病育種具有潛在應用價值。本試驗通過對P10078抗條銹性鑒定、抗性遺傳分析和已知抗條銹基因篩查等研究，以期明確其抗條銹遺傳規律，為該抗源的深度發掘和在抗病育種中的利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

小麥抗病種質P10078(國家小麥種質庫保存號)由西北農林科技大學吉萬全教授和王亞娟老師提供，6個已知抗條銹病單基因系抗性材料(分別含 Yr1、 Yr2、 Yr9、 Yr17、 Yr18、 Yr36基因)由美國華盛頓州立大學陳賢明教授提供。P10078與感病親本銘賢169的雜交各世代(F1、F2及F2∶3)材料均由本實驗室保存。

供試小麥條銹菌小種：CYR32、CYR33、V26/CM42、Sull-7小種，由西北農林科技大學植物病理研究所提供。

1.2 方 法

1.2.1 成株期抗條銹性鑒定及抗性遺傳分析

2013年9月-2015年9月在陜西楊凌人工混合小種病圃和甘肅天水大田試點種植P10078、銘賢169及其雜交F1、F2、F2∶3材料。參照文獻10的方法，在播種后的第二年3月份，接混合條銹小種(CYR32和CYR33)，5月上旬，待誘發行感病品種銘賢169充分發病后，記載各材料的條銹病發病情況，按0～9級標準記錄反應型，八級標準記載嚴重度[3]。統計F2的抗、感病單株比例，并進行卡方測驗，推測P10078所含有的抗條銹基因數目。收獲F2單株得到F2∶3家系群體，鑒定F2∶3家系的抗病表現，并據此驗證F2單株抗病性鑒定結果，并推測其抗病基因型。

1.2.2 苗期抗條銹性鑒定

于2011年12月在西北農林科技大學植物病理研究所溫室，將P10078和銘賢169種植于直徑10 cm盆中，每份材料種10粒。待小麥生長至二葉期采用抖粉法分小種進行接種[18]， 3次生物學重復。接種后將材料放置保濕桶中，10 ℃、24 h后，轉到溫室中，12～20 ℃，光照強度9 000 lx，光暗比16 h/8 h，待銘賢169充分發病后(大約兩周左右)記載P10078和銘賢169的反應型。反應型按0～9[19]級的標準記載，其中，0～6級為抗病型，7～9級為感病型，每隔3 d調查一次，至少調查3次，以最高反應型作為最終結果[10]。

1.2.3 抗條銹病基因的分子檢測

取P10078的葉片，用CTAB法提取基因組DNA。以單基因系抗性材料為陽性對照，銘賢169為陰性對照。應用抗條銹病基因 Yr1、 Yr2、 Yr9、 Yr17、 Yr18及 Yr36的分子標記[20]，參照文獻[9]的方法，對P10078進行分子標記檢測。

2 結果與分析

2.1 P10078對條銹病的抗性

由表1可知，P10078無論在楊凌人工接種圃，還是在天水自然發病條件下，其成株期均對小麥條銹病表現為高度抗病，銘賢169則均表現為感病，表明P10078具有穩定的成株期抗條銹性，具有極高的發掘應用價值。

為了明確P10078對當前條銹菌流行小種和潛在小種的抗性，采用4個條銹菌生理小種對其進行苗期接種鑒定。其中，CYR32和CYR33為中國小麥條銹菌最重要的2個流行小種，V26/CM42為最近發現的對 Yr26基因類抗源有毒性的新致病類型，具有潛在流行的可能性[21]。結果(表1)顯示，銘賢169對所有測試小種均表現為感病反應(IT:8-9)，P10078對CYR33和Sull-7表現為抗病(IT分別為2與4)，對CYR32和V26/CM42表現為感病(IT:7)。

綜合成株期和苗期抗條銹性，推測P10078攜帶有全生育期抗條銹基因。

表1 P10078與銘賢169的抗條銹性

R:抗病；S:感病。成株期數據為反應型/嚴重度(%)。

R: Resistance；S:Susceptible.Date of adult plant were reaction type/sevenity type(%).

2.2 抗條銹病基因檢測結果

利用已知抗條銹病基因 Yr1、 Yr2、 Yr9、 Yr17、 Yr18及 Yr36的分子標記，對抗病種質P10078進行分子檢測，結果發現，P10078中未檢測到上述基因的相關標記，說明P10078不攜帶上述6個已知基因。推測其抗條銹性可能由未知的基因決定，具有進一步發掘價值。

2.3 P10078抗條銹性遺傳分析

為明確抗病種質P10078成株期抗條銹病的遺傳規律，在陜西楊凌人工接種圃對P10078、銘賢169及其雜交F1、F2、F2∶3代進行人工接種混合條銹菌小種(CYR32和CYR33)的抗病性鑒定。結果(圖1)顯示，F2代株系的抗性反應型呈雙峰分布，為典型的質量性狀分布模型。雜交后代F1對條銹菌表現高度抗病(IT:0～1)，說明主效抗條銹性基因為顯性。F2代抗病株數為135(IT:0～6 )， 感病株數為63(IT:7～9 )，經卡方測驗(χ2=0.21<3.84),符合3∶1的期望比。151個F2∶3家系中，純合抗病家系數為33，抗感分離家系為84，純合感病株系數為34,經卡方測驗(χ2=1.93<5.99，P=0.38>0.05)，符合1∶2∶1的期望比。說明小麥抗病種質P10078成株期抗性至少由一對顯性主效基因控制。

3 討 論

進入21世紀以來，小麥條銹病在中國的發病情況呈上升態勢，其原因主要是抗源單一，導致新毒性小種不斷產生[22-23]。挖掘持久、廣譜新抗源對中國小麥條銹病的持續控制具有重要意義。P10078是國外引進的抗病種質，本實驗室自2008年以來，在小麥條銹病高發區的甘肅天水連續種植多年，其成株期始終表現出高度抗病，新毒性小種V26/CM42的出現，并未影響其抗性。本研究結果表明，無論是在陜西楊凌人工接種圃，還是甘肅天水自然誘發圃，P10078成株期都表現為高抗條銹病，具有持久、廣譜抗性特征。P10078苗期對CYR32和V26/CM42表現為感病，但對CYR33和Sull-7表現為抗病，表明其含有苗期專化抗病基因。

圖1 F2群體抗條銹反應型的分布

本研究利用P10078與感病品種銘賢169雜交，建立F1、F2遺傳群體及衍生F2∶3家系，抗病遺傳分析表明，抗病種質P10078 成株期抗病性至少由一對顯性主效基因控制。通過 Yr1、 Yr2、 Yr9、 Yr17、 Yr18、 Yr36已知基因的分子檢測，初步確定P10078 成株期抗性與這些已知基因無關，可能由未知基因決定，具有發掘利用價值。目前，基于對其抗病遺傳分析，本課題組已著手利用小麥SNP芯片和和三代測序技術[24-26]，對其成株期抗病性進行快速基因定位，同時，利用SNP發掘與KASP標記開發的技術策略，對抗病基因進行精確定位，以加快該抗源在中國小麥抗病育種中的廣泛應用。

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Characterization of Resistance to Stripe Rust and Inheritance at Adult Stage in Wheat Germplasm P10078

SU Pingping1,2, ZENG Qingdong1,3, LI Haiyang1,2, WANG Qilin1,3, WU Jianhui1,3, MU Jingmei1,2, KANG Zhensheng1,3, HAN Dejun1,2

( 1.State Key Laboratory of Crop Stress Biology in Arid Areas, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100, China; 2.College of Agronomy, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100, China; 3.College of Plant Protection, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100, China)

The wheat germplasm P10078 has strong resistance to stripe rust. In order to know its characterization of resistance to stripe rust for exploring and using the resistance sources in wheat breeding, the resistance was investigated using four Chinese prevalent isolates ofPucciniastriiformis(CYR32, CYR33, V26/CM42, Sull-7), at seedling stage in greenhouse, and at adult-plant stage in Yangling by artificial inoculation and Tianshui naturally infection in field trail, respectively. The results showed P10078 is susceptible to CYR32 and V26/CM42(IT:7～8), but resistant to CYR33 and Sull-7(IT：2). It performed highly resistance to stripe rust at adult-plant stage(IT：1，S：1%) in Yangling and Tianshui. The inheritance of resistance was analyzed with F1plants, F2generation and F2∶3lines derived from a cross between P10078 and the susceptible line Mingxian 169. Meanwhile, adult-plant inheritance suggested, F2generation from the cross showed separation ratio close to 3∶1(χ2=0.21<3.84) and F2∶3separation ratio close to 1∶2∶1(χ2=1.93<5.99). This result illustrated that P10078 probably has adult-plant resistance, controlled by a dominant gene.The resistance genes to stripe rust in P10078 are unknown.

Wheat; Stripe rust; Adult plant stage; Genetic analysis

時間：2017-04-07

2016-07-21

2016-10-09 基金項目：國家公益性行業(農業)科研專項(201203014); 國家自然科學基金項目(31371924)；高等學校學科創新引智計劃資助項目(B07049)

E-mail：1280405347@qq.com

康振生(E-mail:kangzs@nwsuaf.edu.cn)；韓德俊(E-mail:handj@nwsuaf.edu.cn)

S512.1；S332

A

1009-1041(2017)04-0500-04

網絡出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20170407.1021.018.html