黃淮麥區34個小麥主栽品種(系)抗條銹病基因推導

黃亮 劉太國 劉博 高利

摘要為明確黃淮麥區小麥主栽品種抗條銹病基因組成，選用來自國內外的15個條銹菌菌株和21個以Avocet*S為遺傳背景的小麥抗條銹病近等基因系，對我國黃淮麥區34個小麥主栽品種（系）進行苗期抗條銹病基因推導，并結合系譜分析明確其抗條銹病基因攜帶情況。結果表明，Yr3、Yr4、Yr8、Yr9、Yr17、Yr26、Yr27、Yr30、YrA、YrSp、YrSk分別以單基因或基因組合的形式存在于19個小麥品種中，Yr9比例最高，占29.4%，‘泰農18等9份品種僅含一個抗條銹病基因，‘山農483等10份品種含多個已知或未知基因，其余品種含有未知基因。該結果將為黃淮麥區小麥品種的合理布局提供依據。

關鍵詞小麥條銹病;基因推導;抗條銹病基因

中圖分類號：S 435.121.42

文獻標識碼：A

DOI：10.16688/j.zwbh.2018070

小麥條銹病是由禾谷丙銹菌小麥專化型Puccinia striiformis f.sp. tritici（Pst）引起的一種世界性小麥真菌病害，病害流行年份導致小麥嚴重減產乃至絕收。我國是小麥條銹病發生面積最大、危害損失最重的產麥國家[1]，新中國成立以來先后發生了9次小麥條銹病大流行，其中有4次分別造成小麥產量損失600萬、320萬、180萬和130萬t[2]。條銹菌毒性的不斷變異和單個抗性基因的過度使用是造成小麥條銹病大暴發的主要原因[3]，選育并合理運用多基因聚合的廣譜持久抗病良種是防治小麥條銹病最經濟、環保和有效的方法[4]。

基因對基因學說的提出為小麥抗病基因遺傳研究奠定了良好基礎[5]，Dubin等[6]總結了6條關于小麥抗條銹病基因推導的基本原則，為該理論在小麥抗條銹病基因推導領域的應用提供了重要指導。基因推導克服了傳統方法配置雜交組合和遺傳分析等費時費力的弊端，一般在4～8周就能得到有用的遺傳信息，是摸清品種的抗病基因組成的有效手段。我國眾多學者先后運用已知基因載體品種與條銹菌的互作關系推導出了部分小麥品種的抗條銹病主效基因，為抗條銹病基因的合理布局提供了理論依據。張玉薇等[7]推導了2006-2010年國家審定的75個小麥品種的抗條銹病基因，認為多數品種含有已知或未知抗條銹病基因，其中含Yr1、Yr2、Yr3、Yr9等基因的品種所占比例最高。王吐虹等[8]推導了我國條銹菌菌源地甘肅南部40個小麥生產品種的抗條銹病基因，發現主要以Yr9、Yr24和Yr26基因為主。

2009年在我國四川首次出現了對重要小麥抗條銹病基因Yr26和Yr10具有聯合毒性的新條銹菌致病類群G22（代號V26）[9]。2016年該致病類群中流行頻率最高的G229致病類型被正式命名為CYR34號生理小種[10]，CYR34具有超越CYR32和CYR33成為我國第一優勢小種的趨勢[11]，嚴重威脅我國小麥生產安全。黃淮麥區是我國小麥的主產區，摸清當前黃淮麥區小麥主栽品種的抗條銹病基因組成情況，及時調整小麥品種布局，預防小麥條銹病的大范圍暴發成為需要解決的首要問題。基于此，我們對目前我國黃淮麥區34份小麥主栽品種進行了抗條銹病基因推導，旨在為這些品種合理布局提供科學依據。

1材料與方法

1.1材料

供試小麥為我國黃淮麥區34個小麥主栽品種（表1），由山東農業大學作物生物學國家重點實驗室提供;21個以Avocet*S為背景的小麥抗條銹近等基因系，即‘Avocet*S、‘Avocet*S/Yr1、‘Avocet*S/Yr3、‘Avocet*S/Yr4、‘Avocet*S/Yr5、‘Avocet*S/Yr6、‘Avocet*S/Yr7、‘Avocet*S/Yr8、‘Avocet*S/Yr9、‘Avocet*S/Yr10、‘Avocet*S/Yr15、‘Avocet*S/Yr17、‘Avocet*S/Yr24、‘Avocet*S/Yr25、‘Avocet*S/Yr26、‘Avocet*S/Yr27、‘Avocet*S/Yr30、‘Avocet*S/Yr32、‘Avocet*S/YrA、‘Avocet*S/YrSp、Avocet*S/YrSk由澳大利亞悉尼大學植物育種研究所培育，中國農業科學院植物保護研究所收集、繁殖、保存;對照品種‘銘賢169由中國農業科學院植物保護研究所收集、繁殖、保存。

供試的15個條銹菌生理小種中，來自國外的8個，即66E74（DK）、98E26（DK）、66E10（DK）、66E154（DK）、86E90（UK）、70E72（DK）、114E26（DK）、98E90（DK）;來自國內的7個，即66E26、72E66、70E10、111E239（CYR32）、111E222（CYR33）、127E255（CYR34）、63E254（G2214），所有菌種均由中國農業科學院植物保護研究所麥類真菌病害研究室保存。

1.2方法

將所有小麥品系成套播種于20 cm×30 cm的塑料盒中，用30孔的模板打穴，按照編號將近等基因系和待測小麥品種催芽后依次播種于穴內，每穴6～8粒，覆土、澆水、蓋膜，置于育苗間內培養，2～3 d 后待所有小麥發芽后揭去薄膜，繼續培養3～4 d，待小麥第一片葉完全展開時分生理小種進行人工接菌。接種采用劉太國等[12]的方法：每10 mg 條銹菌新鮮夏孢子加1 mL 礦物油（Soltrol170）配制孢子懸浮液，隨后均勻噴灑在小麥葉片上，4～6 h后待礦物油完全晾干，將0.001%吐溫水溶液均勻噴灑在葉片表面，放入洗凈的接種桶中蓋上薄膜，置于保濕間（黑暗、10℃），保濕24 h 后取出，人工溫室（14～18℃，光照16 h/d）培養15 d，待對照品種‘銘賢169 和‘Avocet*S完全發病后調查。按照0～9 級[13]標準進行調查，即0～6 為低侵染型，7～9 為高侵染型。根據基因對基因學說和Dubin等[6]提出的6條基因推導原則，比較所有參試條銹菌生理小種對待測品種和近等基因系的侵染型，并參考系譜分析待測品種攜帶的抗條銹病基因。

2結果與分析

由表2、表3結果看出， ‘初94、‘德選1號、‘昌樂5號、‘品資旱992、‘泰農18、‘ LS3283、‘山農25等與Yr9抗譜一致，推測這7個品種含有Yr9基因。‘小偃216含有Yr9和其他抗性基因。Yr4僅對菌株63E254（G2214）具有抗性，‘豫麥49含有Yr4，‘豫麥54含有Yr4和其他抗性基因。 ‘山農483和‘川35050含有Yr9、Yr4和其他抗性基因。 ‘唐麥8號可能含有YrA和YrSp。‘煙農23可能含有Yr3、Yr8和Yr17基因，‘泰山23可能含有Yr8、Yr30、YrA、YrSk，‘西農85可能含有Yr8、Yr17、YrSk，‘晉麥33可能含有Yr27、YrA、YrSp，‘周99233可能含有Yr26，‘平陽298可能含有YrA和其他抗性基因。另外，‘濟麥22、‘臨優145、‘新麥16、‘新麥18、‘新麥26、‘鄭麥9023、‘煙99603、‘澳大利亞紅麥、‘加拿大超強筋麥、‘藍58、‘AN2（珍珠綠）、‘山農8355、‘河農4198、‘中優9507、‘臨旱822等15個品種與供試的已知基因的抗譜均不一致，推測這些品種可能含有供試基因之外的其他抗性基因。

1） 0：不產生任何病癥;1：產生少量壞死和/或褪綠斑點，不產生夏孢子;2：產生較大壞死和/或褪綠病斑并連接成片，不產生夏孢子;3：產生大片壞死和/或褪綠病斑并連成片，有很少夏孢子堆;4：產生大量成片壞死和/或褪綠病斑，有少量小型夏孢子堆;5：葉片壞死和/或褪綠，較少量小型夏孢子堆;6：葉片壞死和/或褪綠，中等大小夏孢子堆;7：葉片壞死和/或褪綠，較多中等大小夏孢子堆;8：葉片稍有褪綠，大量大型夏孢子堆;9：葉片無壞死或褪綠，大量大型夏孢子堆。下同。

0： No visible signs or symptom; 1： Necrotic and/or chlorotic flecks， no sporulation; 2： Necrotic and/or chlorotic blotches or stripes， no sporulation; 3： Necrotic and/or chlorotic blotches or stripes， trace sporulation; 4： Necrotic and/or chlorotic blotches or stripes， light sporulation; 5： Necrotic and/or chlorotic blotches or stripes， intermediate sporulation; 6： Necrotic and/or chlorotic blotches or stripes， moderate sporulation; 7： Necrotic and/or chlorotic blotches or stripes， abundant sporulation; 8： Chlorosis behind sporulating area， abundant sporulation; 9： No necrosis or chlorosis， abundant sporulation.The same below.

3討論

本研究結果顯示，從參試的34份小麥品種中共推導出11個基因，這些基因以單基因或基因組合的形式存在于19個小麥品種中，部分品種間抗病譜存在細微差異，其中10個品種攜帶Yr9，3個品種攜帶Yr8，攜帶Yr4和YrA的品種各4份，攜帶Yr17、YrSp和YrSk的品種各2份，攜帶Yr3、Yr26、Yr27和Yr30基因的品種各1份。其中僅含1個基因的品種共9份，含一個及以上已知或未知基因的共10份，有15個品種未能推導出含有已知基因但對部分小種依然具有較高的抗性，其抗性可能是由其他抗性基因決定的。

Yr9對CYR32、CYR33、CYR34、G2214表現感病，對其余的參試菌株表現抗病，在所有參試的34份小麥中Yr9基因所占的比例最高，達到了29.4%，其原因是Yr9基因位于小麥1BL/1RS易位系上，該易位系具有抗病性、豐產性和穩產性，于20世紀后期引入我國并在生產中大量使用[14]，所以我國目前的小麥品種大多含有該易位系。黃亮等[15]、李敏州等[16]的研究結果中Yr9基因的含量均超過30%，與本研究結果基本保持一致。根據系譜分析發現，‘泰農18（萊州137/煙3697）、‘ LS3283（萊州137/煙3697∥臨麥6號）、‘山農25[J1697（L156/萊州137）∥煙1933/陜8229]3個品種均具有‘萊州137的血統，且‘萊州137為‘洛夫林10和‘洛夫林13的衍生品種，帶有小麥1BL/1RS易位系[15]，所以推測它們的Yr9基因來自于‘萊州137;‘山農483為‘矮孟牛的衍生品種，而‘矮孟牛為親本‘牛朱特的子1代，所以推測‘山農483的Yr9基因來源于‘牛朱特;‘小偃216[（鄭引4號/小偃96×7751）/小偃107∥蘭考906]具有 ‘蘭考906的遺傳背景，‘蘭考906又名‘豫麥66，是通過小麥細胞工程選育的具有六倍體小黑麥血統的高產品系，所以推測‘小偃216的Yr9基因源自于‘蘭考906。

黃淮麥區是我國的主要產麥區，小麥的種植面積和產量分別占全國的45%和51%[17]，享有我國“糧倉”的美譽，小麥條銹病是該地區小麥生產的主要病害之一，每年都有不同程度的發生，影響小麥產量和品質。本試驗參試品種‘鄭麥9023（{（小偃6號/西農65）∥[83（2）33/84（14）43]}F3/陜213）和‘濟麥22（臨遠7069/魯麥14∥935106）是黃淮麥區重要的主推品種，每年的種植面積均領先其他小麥品種，雖然本試驗在這兩個品種中并沒有推導出已知抗性基因，但是研究發現這兩個品種對部分參試菌株具有較好的抗性，初步認為這兩個品種可能含有其他未檢測到的抗條銹病基因，‘濟麥22具有‘魯麥14的血統，研究表明‘魯麥14含有未知抗條銹基因[18]，所以‘濟麥22的未知抗條銹基因可能來自‘魯麥14。

植物的抗病性并不只是單基因遺傳控制，更多的是基因間相互作用的結果，基因間的相互作用會造成抗病性互補、累加等優勢[19]。基因間相互作用現象在本試驗中也有體現，例如本試驗的供試品種 ‘山農483，聚合了抗條銹病基因Yr9和Yr4之后兼具了兩個基因的抗性，使‘山農483的抗性增強、抗性譜擴寬，這樣的現象在其他學者的研究中也有體現，如聚合了抗條銹基因Yr1、Yr2、Yr9、Yr32的持久抗性品種‘Savannah抗性得到了明顯的提高[20]。所以在育種過程中將多個抗條銹基因聚合到同一小麥品種中是增強抗病性、拓寬抗病譜的有效途徑。

需要引起重視的是，參試的34份小麥品種對我國當前流行的條銹菌生理小種CYR32、CYR33、CYR34以及條銹菌致病類型G2214大多表現感病，這意味著我國黃淮麥區將持續受到小麥條銹病的威脅，在品種布局時應盡量考慮周全，將條銹病造成的危害降到最低。

本研究雖然采用基因推導的方法推測了參試品種的抗條銹病基因，但是受含抗條銹近等基因系的品種數量和小麥條銹菌的致病性等的限制，部分品種依然無法推導出可能的抗性基因，并且部分參試品種未能查到相應的系譜，影響了試驗結果的準確性。所以在使用基因推導方法確定抗病基因時，應盡量多地使用已知基因載體品種和毒性差異更顯著的致病菌生理小種，并且使用的菌株應涵蓋更多毒性譜，在條件允許的情況下可使用分子標記、等位性測驗等手段進行驗證，從而提高試驗結果的準確度。

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（責任編輯：楊明麗）