小麥抗葉銹病基因研究綜述

劉源

摘 ?要：小麥葉銹菌引起的小麥葉銹病是影響世界小麥穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)的重要病害之一，其具有破壞性強(qiáng)、循環(huán)式侵染、專(zhuān)性寄生等特點(diǎn)，是小麥銹病中分布最廣，發(fā)生最普遍的一種病害。選育成株期抗性品種對(duì)于減少因葉銹病危害造成的產(chǎn)量損失至關(guān)重要。本文綜合國(guó)內(nèi)外研究狀況，對(duì)小麥葉銹病病原菌、抗葉銹基因的定位、抗病育種所取得的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，并提出研究對(duì)策和展望，為抗葉銹基因的深入研究和分子標(biāo)記輔助育種奠定理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：小麥;葉銹病;抗病基因;抗病育種

1 小麥抗葉銹病基因研究的意義

小麥?zhǔn)鞘澜缟献钪匾募Z食作物之一，在我國(guó)的種植面積次于水稻，在世界糧食作物中產(chǎn)量位居第二。而小麥葉銹病嚴(yán)重地影響了我國(guó)小麥作物的產(chǎn)量，小麥葉銹病可以造成5%-15%的減產(chǎn)，造成巨大的農(nóng)業(yè)損失和經(jīng)濟(jì)損失。培育作物的抗病品種是防治該病最有效、最經(jīng)濟(jì)、最環(huán)保的方法。因此，廣泛收集抗原并對(duì)其抗病基因進(jìn)行篩選鑒定，培育新的持久抗病品種，是小麥育種的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2小麥葉銹病抗性類(lèi)型

小麥對(duì)葉銹菌的抗性主要分為小種專(zhuān)化抗性和非小種專(zhuān)化抗性?xún)煞N類(lèi)型，小種專(zhuān)化抗性通常由一個(gè)單一的基因控制，這種單基因抗性極其脆弱;非小種專(zhuān)化抗性一般在苗期不能完全表達(dá)，表現(xiàn)為部分侵染或中低程度侵染，但在成株期則表現(xiàn)出較好的耐病性，與小種專(zhuān)化抗性相比，這種抗性是更為持久的。

3 小麥抗葉銹基因研究方法

3.1 常規(guī)雜交法

常規(guī)雜交法即將葉銹菌接種于葉銹病抗、感品種的雜交后代調(diào)查F1代的表現(xiàn)型和F2代的分離比，以此推斷抗性基因的顯隱性、基因數(shù)目和互作方式，其缺點(diǎn)是費(fèi)時(shí)、費(fèi)工。

3.2 基因推導(dǎo)法

基因推導(dǎo)法即依據(jù)基因?qū)蚣僬f(shuō)，在苗期比對(duì)待測(cè)品種和鑒別寄主的抗、感表型，結(jié)合系譜分析，可推導(dǎo)出待測(cè)品種是否含有某個(gè)抗病基因。此法周期短，不受生長(zhǎng)季節(jié)限制，并可在短期內(nèi)對(duì)大量品種進(jìn)行分析，但其準(zhǔn)確性易受溫度、供試培養(yǎng)物、鑒別能力和人為因素的影響，此外，基因間互作、寄主或病原菌小種的雜合性和對(duì)照品種復(fù)雜的遺傳背景也會(huì)影響到基因推導(dǎo)的準(zhǔn)確性。

3.3 染色體定位法

染色體定位法是利用單體、缺體、端體等非整倍體材料，將抗病基因定位到染色體上的一種方法。迄今為止，絕大多數(shù)已定名的小麥抗葉銹基因都是利用此方法進(jìn)行染色體或染色體臂定位的。根據(jù)所借助的材料不同分為單體分析、缺體分析、端體分析等一系列方法。

3.4 DNA分子標(biāo)記法

DNA分子標(biāo)記法則是利用與己知抗病基因緊密連鎖的分子標(biāo)記追蹤抗病基因，分子標(biāo)記穩(wěn)定遺傳，不受顯隱性影響，不受季節(jié)和環(huán)境條件影響，操作簡(jiǎn)便，結(jié)果可靠，而且能將基因定位于染色體上，為基因分離、克隆以及多基因聚合育種工作奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4 小麥葉銹病成株抗性研究進(jìn)展

4.1 RFLP

RFLP 是應(yīng)用較早的一種基于 DNA 水平上的分子標(biāo)記，使用標(biāo)記過(guò)放射性同位素的探針與酶切過(guò)的基因組 DNA 進(jìn)行雜交，放射性標(biāo)記經(jīng)過(guò)顯影后，可以有效檢測(cè)目標(biāo)區(qū)段之間的差別。目前已利用該技術(shù)定位了14 個(gè)小麥抗 葉 銹 病 基 因。

4.2 RAPD

RAPD標(biāo)記由Williams等于1990年創(chuàng)立。其原理是用短的（通常9 bp ～10 bp）隨機(jī)序列DNA作為引物對(duì)基因組DNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增而產(chǎn)生的多態(tài)性DNA片段。RAPD檢測(cè)靈敏、方便、多態(tài)性強(qiáng)，但是RAPD標(biāo)記為顯性標(biāo)記，不能有效鑒別雜合子;易受反應(yīng)條件的影響，穩(wěn)定性較差。目前應(yīng)用RAPD技術(shù)找到了與7個(gè)小麥抗葉銹基因相連鎖的RAPD標(biāo)記。

4.3 AFLP

AFLP是在 RFLP 和 RAPD 基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型分子標(biāo)記技術(shù)，它使用高頻酶切和低頻酶切 2 種限制性?xún)?nèi)切酶同時(shí)切割基因組 DNA 產(chǎn)生分子量大小不同的限制性片段，經(jīng)過(guò) PCR 擴(kuò)增后可產(chǎn)生很高的多態(tài)性，同時(shí)結(jié)果穩(wěn)定。已利用該技術(shù)成 功 定 位 了 Lr19，Lr21，Lr37，Lr38，Lr41，Lr44 和Lr46 等 7 個(gè)小麥抗葉銹病基因。

4.4 SSR標(biāo)記

SSR標(biāo)記又稱(chēng)微衛(wèi)星DNA（Microsatellites），以廣泛且隨機(jī)分布于基因組不同位置的重復(fù)序列為基礎(chǔ)，通過(guò)PCR擴(kuò)增后能夠產(chǎn)生比RFLP高得多的多態(tài)性，且結(jié)果穩(wěn)定可靠，具有很好的重復(fù)性。目前，應(yīng)用該技術(shù)已得到了Lr34，Lr39，Lr40，Lr46，Lr50的分子標(biāo)記。

目前國(guó)際上已發(fā)現(xiàn)了 100多個(gè)小麥抗葉銹病基因，其中正式命名的有 76 個(gè)，具有成株抗性的僅有11個(gè)。除此之外，Rosewarne 等、Crossa 等和 Ren 等還在 2BS、3BS、4BL 和 6BS 染色體上發(fā)現(xiàn)了多個(gè)兼抗小麥葉銹、條銹和白粉病的基因簇。這些基因的發(fā)現(xiàn)為培育兼抗多種病害的持久抗病品種提供了可能。

5 小麥抗葉銹育種中存在的問(wèn)題與對(duì)策

5.1存在的問(wèn)題

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)小麥育種家在葉銹抗性遺傳改良方面，專(zhuān)注于使用小種專(zhuān)化抗性基因，隨著葉銹菌生理小種的變異和優(yōu)勢(shì)小種的轉(zhuǎn)換，除少數(shù)品種可維持較長(zhǎng)時(shí)間的抗病性，大多數(shù)抗性品種在生產(chǎn)上應(yīng)用時(shí)間較短，很容易喪失抗性。

根據(jù)現(xiàn)有研究成果，我國(guó)對(duì)抗病基因缺乏更深入的研究，對(duì)其抗病機(jī)制及調(diào)控機(jī)理尚不十分清楚，被分離克隆的抗性基因太少。分子標(biāo)記開(kāi)發(fā)滯后，分子標(biāo)記輔助選擇的效率不高，不利于這些抗性基因在育種中的利用。

5.2相應(yīng)的對(duì)策

5.2.1 合理使用現(xiàn)有抗病基因

分子生物技術(shù)的快速發(fā)展為抗病基因的研究與應(yīng)用提供了有力的工具。運(yùn)用分子生物學(xué)技術(shù)繼續(xù)開(kāi)發(fā)與抗銹基因連鎖的分子標(biāo)記，既可方便育種家進(jìn)行目的基因的鑒定、分子標(biāo)記輔助選擇和多基因的聚合育種，避免抗病基因單一化，又可加快育種進(jìn)程。

5.2.2 尋找新的抗病基因

截止到目前已有66個(gè)抗葉銹病基因正式命名，其中大多數(shù)具有生理專(zhuān)化性，這些抗病基因往往會(huì)由于病菌小種的變異而很快“喪失”抗性。要實(shí)現(xiàn)多基因聚合、基因布局和多系品種，必須有豐富的有效抗源，持續(xù)不斷地研究發(fā)現(xiàn)和標(biāo)記小麥抗葉銹病新基因?qū)τ诳共∮N和病害防治具有十分重要的意義。