70份小麥品種(系)抗條銹病基因推導及檢測

徐默然，呂曉歡，王鳳濤，藺瑞明，馮 晶，徐世昌

(中國農業科學院植物保護研究所，植物病蟲害生物學國家重點實驗室，北京 100193)

小麥條銹病是由小麥條銹菌引起的影響我國小麥產量的重要病害之一，具有突發性強、流行速度快、損失嚴重等特點。條銹病發病一般使小麥減產0.5%～5%，在銹病大流行年份，減產會達到5%～25%，甚至絕收[1]。

國內外研究與生產實踐表明，培育和推廣抗病品種是防治小麥條銹病最經濟、有效的措施[2]。因此，尋找與培育新抗源，擴大抗源選擇與利用范圍，加快抗條銹病品種的選育和推廣，盡快育成含有新抗源的小麥品種應用于生產中，是小麥條銹病防控面臨的首要任務。

每年我國都會培育出大量的優良小麥品種(系)，這些品種(系)在產量、品質、抗病性等方面都有很好的表現。李 北等[3]、曹世勤等[4]、李敏州等[5]、任 勇等[6]、楊立軍等[7]、夏先全等[8]分別對重慶、甘肅、陜西、四川、湖北等省(市)小麥主栽品種、后備品種、區試品種和高代材料進行了研究分析，為新抗源的選擇利用和品種布局提供了一些參考依據。由于小麥條銹病菌變異及新的毒性小種產生、發展和小麥生產品種抗病基因單一化利用，20世紀50年代至今，小麥品種大范圍的抗條銹性“喪失”發生了7次[9]。目前，已命名的抗條銹病基因中僅有Yr5、Yr10、Yr15等全生育期抗性基因和Yr11、Yr12、Yr13、Yr14、Yr16、Yr18等成株期抗性基因以及一些未知的抗病基因仍保持抗性。因此，開展小麥品種抗性鑒定、了解小麥材料抗條銹病基因狀況，對合理利用和布局抗病品種，實施抗病基因多樣化和抗病基因的輪換等具有重要意義。

本研究采用抗條銹性鑒定、基因推導分析和分子標記檢測相結合的手段對70份小麥品種(系)進行抗性分析和基因解析，以期了解供試小麥品種(系)對條銹病的抗性水平、抗病基因狀況及其在品種中的分布，為合理實施抗病基因布局、防治小麥條銹病提供參考信息。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料包括70份小麥品種(系)、38份已知基因載體品種(系)和感病對照品種銘賢169，以及用于成株期田間接種的條銹菌混合菌系包括CYR34、CYR33、CYR32、CYR31、CYR30、CYR29、CYR17和Su-1分別由中國農業科學院植物保護研究所、甘肅省農業科學院植物保護研究所和四川省農業科學院植物保護研究所提供。苗期基因推導分析選用國內外24個具有不同毒性譜的條銹菌系，按照國際統一命名法進行命名。

1.2 試驗方法

1.2.1 成株期田間抗性鑒定

田間成株期接種抗性鑒定在中國農業科學院植物保護研究所農業部廊坊有害生物科學觀測實驗站病圃進行。鑒定圃畦長22 m，畦寬3 m，每畦66行；每個品種(系)種兩行，行長1 m，畦中間和兩側各種1行銘賢169做為誘發行。在小麥拔節期，選擇無風晴天且傍晚地表溫度低于12 ℃時，采用孢子懸浮液噴霧接種誘發行。接種后用塑料薄膜覆蓋保濕，次日揭開。當銘賢169充分發病，嚴重度在80%以上時開始調查，記載待測品種(系)的反應型和嚴重度。記載標準參照中華人民共和國農業行業標準NY/T1443.1-2007。

1.2.2 苗期抗條銹病基因推導分析

將70份待測小麥品種(系)與 38個已知基因載體品系按順序編號，以銘賢 169 為對照，播于盛有營養土的 35 cm × 24 cm 塑料盒內，每個品種(系)穴播已催芽種子8～10粒，每份材料播種 24 套。待麥苗長至一葉一心時，用掃抹法接種，每個菌系接種一套小麥品種(系)。接種后置于接種間(10±1 ℃)黑暗保濕 24 h，然后麥苗置于自控溫室晝15～19 ℃/夜11～15 ℃、光照時間 14 h·d-1、光強 5 000～6 000 lx)內潛育發病。待感病對照銘賢 169 充分發病后調查記載各品種(系)的侵染型。侵染型采用6 級標準，附加“+”或“-”，以表示偏輕或偏重[10]。根據基因推導原則[11-12]，以不同抗病基因載體品種對不同菌系的反應對比待測品種對不同菌系的反應，分析待測品種所攜帶的抗條銹基因。

1.2.3 小麥抗條銹病基因的分子檢測

采用改良的CTAB方法[13]提取小麥葉片DNA。用于檢測Yr基因的分子標記由北京三博遠志生物技術有限公司合成。各Yr基因檢測方法按照Yr5[14]、Yr9[15]、Yr10[16]、Yr15[17]和Yr26[18]相應文獻進行。

2 結果與分析

2.1 供試小麥品種(系)的成株期抗條銹性

經田間成株期混合小種鑒定，表現免疫和近免疫(反應型為0～0;)的有川麥53、泛麥8號等24份品種(系)，占品種(系)總數的34.29%；表現高抗和中抗(反應型為1～2)的有平安8號、冀麥585等17份品種(系)，占品種(系)總數的24.29%；表現為中感(反應型為3)的品種(系)占品種(系)總數25.71%；表現型為高感(反應型為4)的有鄭豐99488、煙農0428等11份品種(系)，占品種(系)總數的15.71%(表1)。

表1 70份小麥品種的成株期條銹病抗性鑒定及抗條銹病基因分子檢測結果Table 1 Resistance and molecular identification of wheat yellow rust in the 70 wheat varieties in adult stage

(續表1 Continued table 1)

序號No.品種(系)Variety(line)反應型Infection type嚴重度Disease severity抗條銹病基因 Resistance gene Yr5 Yr9 Yr10 Yr15 Yr2632鄂麥519 Emai 519350000133華麥0480 Huamai 04804800000034周麥26 Zhoumai 263101000035冀麥585 Jimai 5851100000036魯原502 Luyuan 5024100000037河農5290 Henong 5290350010038北農9859 Beinong 98593200000039衡136 Heng 1364400000040玄麥59 Xuanmai 59 0;50000041豐德存麥1號 Fengdecunmai 1000000042中麥13 Zhongmai 131400000043旱優6號 Hanyou 6150010044運旱719 Yunhan 7194800010045項麥9908 Xiangmai 9908000000046西農2002 Xinong 2002001000047堯麥16 Yaomai 16000000048MLT113 000000049秦農66 Qinnong 66000000050中山1號 Zhongshan14600010051長武863 Changwu 863000000052西農418 Xinong 418001000053漯02317 Luo 02317000000054西農331 Xinong 331000010055旱優30 Hanyou 30150000056洛旱12號 Luohan 12150000057小偃9號 Xiaoyan 9000000058中麥0911 Zhongmai 0911000000059長6878 Chang 6878000000060科遺5214 Keyi 5214351000061輪選801 Lunxuan 801000000062農大603 Nongda 6032100010063農大515 Nongda 515150000064航麥1號 Hangmai 1000000065廊研1445 Langyan 14453100000066汶航6號 Wenhang 63800000067小偃60 Xiaoyan 602400000068渦麥8號 Womai 82200000069中原6號 Zhongyuan 6251000070山農06-278 Shannong 06-2781500000

0表示不含抗病基因特征帶；1表示含抗病基因特征帶。

0 indicates no specific band of resistance gene; 1 indicates specific band of resistance gene.

2.2 苗期基因推導分析

38份已知基因載體品種(系)及70份供試小麥品種(系)對24個小麥條銹菌系的反應型見表2和表3。結果顯示，Yr1、Yr2、Yr6、Yr2、HVⅡ、Yr3、V23、Yr5、Yr7、Yr8,19、Yr9、Yr10、Mor、Yr21、Yr26、Yr27、Yr32、YrSu和YrSD等已知抗條銹病基因，以單基因或基因組合形式存在于70份供試小麥品種(系)中。

供試小麥品種中，可能攜帶小麥抗條銹病基因Yr21的品種(系)共18個，占供試品種(系)總數的25.71%。其中，中麥0911的抗譜與Yr21載體品系的抗譜相吻合，推測其含有Yr21。川麥53、川07225、河農6425、華成3366、河農5290、北農9859、玄麥59、中麥13、長武863、漯02317、洛旱12號、小偃9號、長6878、農大515、廊研1445、小偃60、山農06-278共17個品種(系)抗譜比Lemhi的抗譜寬，推測這些品種除了可能含有Yr21外，還含有其他已知或未知的基因。

含有Yr3的小麥品種(系)共有20份，分別為泛麥8號、周麥18、平安8號、川07225、河農6425、京冬24、山農21、鄂麥519、冀麥585、華麥0480、魯原502、河農5290、玄麥59、項麥9908、堯麥16、MLT113、旱優30、小偃9號、小偃60、山農06-278，占供試品種(系)的27.14%。這些品種與含有Yr3+基因組合的載體品種抵抗相同的條銹菌系。山農21的抗譜寬于Virmorin 23， 說明山農21除含有Yr3和V23外，可能還含有其他未知的抗病基因或者抗病基因組合。

輪選526的抗譜與Chinese 166的抗譜完全一致，推測其含有Yr1。煙836、冀麥585、堯麥16、周麥28、洛麥24、津農6號、周麥18、玄麥59、MLT113、航麥1號等10個品種(系)的抗譜比Chinese 166的抗譜略寬，因此它們除含有Yr1外，還含有其他已知或未知的抗條銹基因。

含有Yr2的小麥品種(系)有川麥53、綿5218、平安8號、淮麥30、新麥25、川07225、舜麥1718、煙農0428、隴育4號、京冬24、華成3366、衡136、旱優30。含有Yr2和Yr6基因組合的品種(系)有泛麥8號、滄麥6005、山農21、堯麥16、秦農66、漯02317、小偃9號、農大515、航麥1號、山農06-278。含有Yr2,HVII的品種(系)有平安8號和旱優30。

舜麥1718、中麥13、秦農66、小偃60的抗譜比含有Yr7載體品種的抗譜略寬，推測這些品種(系)可能除含有Yr7外，還含有其他未知的抗病基因或基因組合。農大515和小偃60的抗譜比Lee的抗譜寬，推測這兩個品種(系)除了含有Yr7、Yr22、Yr23外，還含有其他的未知抗病基因或基因組合。

可能含有Yr27的小麥品種(系)有川07225、隴育4號、魯原502、旱優30共4個品種(系)。可能含有Yr8和Yr19的小麥品種(系)有綿5218、舜麥1718、滄麥6005、煙836。只含有Yr8的小麥品種(系)有汶航6號。津農6號、秦農66、航麥1號含有YrSD。川07225、輪選801和山農06-278可能含有Yr32。可能含有Yr6和Yr20,的品種(系)有隴鑒0071和小偃9號。可能含有YrSu的小麥品種(系)為煙836。

農大3494、旱優6號、運旱719、中山1號、農大603與含有Yr10的載體品系的抗譜一致，均對具有Yr10毒性的菌系90E140高度感病，因此推測這些品種(系)可能含有Yr10。西農331含有Yr10和Mor。金禾9123感染對Yr26有毒的菌系73E172，推測其含有Yr26。

含有Yr5的載體品種能夠抵抗本次試驗中的所有條銹菌優勢小種(表2)。在本次試驗中有8個品種(系)能夠抵抗供試所有條銹菌小種，它們分別是鄭豐99488、農大212、云麥57、周麥26、西農2002、西農418、科遺5214和中原6號。因此，推測這幾個品種(系)可能含有Yr5或其他未知基因。揚麥158、中麥415、晉麥86號、豐德存麥1號、渦麥8號等5個品種(系)對供試的24個條銹菌生理小種均高度感病，推測它們不攜帶供試的已知抗條銹病基因。

2.3 分子標記檢測抗病基因

表1為利用分子標記檢測70份小麥品種(系)的結果。其中，含有抗條銹病基因Yr5特征帶的品種(系)有綿5218、鄭豐99488、淮麥30、農大212、云麥57、華成3366、周麥26、西農2002、西農418、科遺5214、中原6號共11個品種(系)，與基因推導結果大致相同，但綿5218基因推導并未推導出含有Yr5；川麥53、中麥175兩個品種擴增出了與Yr9載體品種(系)Lovrin 13一致的條帶，而基因推導中未發現含有Yr9基因品種；泛麥8號、煙農0428、農大3494、河農5290、旱優6號、運旱719、中山1號、西農331、農大603共9份檢測出與Yr10載體品種(系)Moro所具有的特異性條帶，而基因推導結果只有6個品種(系)推導出含有Yr10基因，其中泛麥8號、煙農0428和河農5290在基因推導中并沒有推導出含有Yr10；含有抗條銹病基因Yr15的品種(系)只有津農6號，但基因推導并未推測出津農6號含有小麥抗條銹病基因Yr15；有4份材料檢測出含有小麥抗條銹病基因Yr26，分別為川麥53、金禾9123、隴育4號、鄂麥519，而在基因推導中只推導出金禾9123含有Yr26。

表2 38個已知基因載體品系對24個條銹菌系的抗性譜Table 2 Resistance patterns of the 38 lines with known Yrresistance genes to 24 isolates of Puccinia striiformis

a+：未知抗性基因。b表中數字為侵染型，分為6級，0：葉片不產生任何癥狀；0; ：葉片產生小壞死斑，不產生夏孢子堆；1：葉片產生壞死斑，壞死斑上零星散生很小的夏孢子堆；2：葉片退綠或壞死，夏孢子堆中等大小；3：葉片連片退綠，產生大量夏孢子堆；4：葉片不退綠，上面著生大量夏孢子堆；數字后的“+”或“-”表示感病偏輕或偏重。下同。

a+:Unknown resistance gene.bValue represents infection type with 6 classes, 0:Leaves with no symptom; 0;:Leaves with small necrosis but no sporulation; 1:Leaves with some necrosis with only a trace of slight sporulation; 2:Leaves with chlorosis flecks or necrosis with moderately sporulation; 3:Leaves with extensive sporulation production with some chlorosis; 4:Leaves without chlorosis and with extensive sporulation production; “+” or “-” behind the value indicate more or less serious infection. The same below.

表3 供試小麥品種(系)對24個條銹菌菌系的反應型及可能含有的抗性基因Table 3 Resistance patterns of the tested wheat varieties(lines) to 24 isolates of Puccinia striiformis and the postulated Yr genes

品種序號名稱同表1。鄭豐99488、農大212、云麥57、周麥26、西農2002、西農418、科遺5214和中原6號對24個菌株全部免疫到近免疫，未在表中列出。揚麥158、中麥415、晉麥86號、豐德存麥1號和渦麥8號對24個菌株全部高感，也未在表中列出。中麥175分子標記檢測到但基因推導中未發現抗條銹基因Yr9，數據未列出。

The number and name of the varieties(lines) are same as table 1. Zhengfeng 99488, Nongda 212, Yunmai 57, Zhoumai 26, Xinong 2002, Xinong 418, Keyi 5214 and Zhongyuan 6 were immune or nearly immune to 24 isolates ofPucciniastriiformis, and were not listed in the table. Yangmai 158, Zhongmai 415, Jinmai 86, Fengdecunmai 1, Womai 8 were highly susceptible to 24 isolates ofPucciniastriiformis, and were also not listed in the table.Yr9was detected by molecular marker but not found by gene postulation in Zhongmai 175, and the data was not listed in the table.

3 討 論

了解小麥品種的抗病性及抗病基因情況，有助于合理利用小麥品種，阻斷病菌擴展，預防病害的發生。本研究對70份小麥品種(系)進行抗病性鑒定，其中表現免疫、近免疫、高抗和中抗的品種有41份，說明供試材料成株期對當前流行的條銹菌混合小種具有良好的抗性。其中對條銹菌生理混合小種表現為0或0；的小麥品種(系)含有很好的抗條銹病基因，在今后的生產中，這些品種(系)是較理想的選擇；對條銹菌混合小種表現高抗或中抗水平的品種(系)含有某些抗條銹病的基因，具有一定的利用價值。曹世勤等[19]發現冀魯豫的146份小麥生產品種(系)抗條銹性較弱。徐曉丹等[20]研究發現部分生產主栽品種攜帶新的抗條銹病基因。在今后小麥品種育種的過程中，需要加強抗條銹病的篩選和鑒定，增強抗病基因組合的利用，避免抗病基因單一化。

基因推導分析發現小麥抗條銹病已知抗病基因Yr1、Yr2、HVⅡ、Yr3、Yr5、Yr6、Yr7、Yr8、Yr9、Yr10、Yr19、Yr20、Yr21、Yr22、Yr23、Yr26、Yr27、Yr32、YrSu和YrSD以單基因或基因組合形式存在于70份供試小麥材料中。其中，Yr21來源于北美鑒別寄主Lemhi，除了對美國條銹菌生理小種CDL-21表現抗病以外，對其他已知條銹菌生理小種均感病[21]，在本研究中Yr21只對3個小種表現近免疫，對1個品種表現中抗，說明該基因已喪失對大部分條銹菌的抗性。Yr1雖然在育種中已不再使用，但曾被廣泛使用，在國審品種和農家品種分別占到13.6%和25%[22-23]。本研究中含有Yr1的小麥品種(系)共有10個。Yr1對當前流行小種已經失去抗性，但對個別小種仍具有一定的抗性，可以通過基因聚合，拓寬品種抗性譜，達到提高抗性水平。

含有抗條銹病基因Yr3的品種(系)有泛麥8號等共20個品種(系)。含有Yr2基因以及Yr2和Yr6、Yr2和HVII基因組合的小麥品種(系)共23個。夏先全等[8]對四川省常規小麥品種抗條銹基因進行分析，Yr2所占比例最大。Yr2和Yr3出現的頻率較高可能是由于培育新品種(系)的親本有Joss Cambier、Cappelle Desprez和Mega背景。品種Joss Cambie中除含有Yr2外還含有成株抗性基因Yr11，品種Cappelle Desprez和Mega除含有Yr3外，也分別含有成株抗性基因Yr16與Yr12[24]，這幾個基因對當前國內流行的條銹菌小種均表現出抗性，是很好的成株抗性基因，所以在培育新品種(系)中頻繁使用致使Yr2和Yr3基因在小麥品種(系)中大量出現。

小麥抗條銹病基因Yr5是在斯卑爾脫小麥(T.speltaalbum)中發現的[25]。李鋒奇等[26]和董淑靜[24]分別在黃淮麥區的126份和河南省42個小麥品種(系)中檢測到鄭育麥031等6個品種(系)和阿勃等5個品種(系)含有Yr5。本研究中鄭豐99488等8個品種(系)可能含有Yr5。Yr15源自四倍體野生二粒小麥(T.dicoccoides)，在供試品種津農6號中檢測到Yr15。Yr5和Yr15對當前流行的已知小麥條銹菌生理小種表現抗病，但這2個基因卻未能充分利用，這可能與它們所在載體品種的農藝性狀和豐產性狀較差有關[27]。以后應加強對這兩個基因在小麥抗條銹病育種中的利用。

Yr9來自小麥-黑麥1BL/1RS易位系，其衍生品種曾在小麥抗病育種工作中起著積極的作用，由于CYR29毒性小種的出現而抗性喪失，因此當前育種中對Yr9的使用率降低。分子標記檢測到川麥53和中麥175含有抗條銹基因Yr9。從系譜上分析川麥53含有親本綿農4號，夏先全等[8]基因推導發現小麥綿農4號含有抗條銹基因Yr9。中麥175系譜中含有洛夫林10號，它是Yr9的直接抗源材料。崔永亮[28]抗條銹病基因推導分析周麥18含有Yr9。而小麥品種(系)中麥415和輪選526的系譜中均具有洛夫林10號，但本研究在這3個品種中均未檢測出該基因，可能是不同遺傳背景造成的，或者是雜交過程中基因被篩選丟失的緣故。

Yr10源于土耳其小麥PI 178383[29]，被轉育到Moro、Jacman和Crest等栽培品種中廣泛使用。在我國，李敏州等[5]、王欣等[30]、李鋒奇等[25]、伍玲等[31]分別對陜西省、青海省、黃淮麥區和四川省小麥檢測，發現Yr10檢出率很低。基因推導和分子檢測在70份小麥品種中僅有6個品種含有Yr10，說明該基因未被廣泛利用。而Yr10對中國大部分條銹菌生理小種都表現高水平抗性，因此在育種中具有一定的利用價值。小麥金禾9123含有親本92R137，92R137來源于小麥-簇毛麥易位系，含6VS、帶Pm21基因、對白粉病免疫。本研究檢測到金禾9123含有Yr26基因，與井長勤等[32]研究結果一致。在重慶麥區107份材料中有36%攜帶Yr26，說明該基因的使用過于頻繁[3]。 由于CYR34對Yr26和Yr10具有毒性，尤其對生產上攜帶Yr26的92R系列和貴農系列有一定的威脅，要注意對該基因合理 使用。

由于遺傳基礎不同、基因間互作方式差異、菌株毒性、菌種種類有限等因素的存在，使基因推導達不到100%準確的效果，如本研究中分子標記檢測到中麥175和川麥53含有抗條銹病基因Yr9，但在中麥175和川麥53中未推導出Yr9。隨著分子標記技術的發展，利用抗病基因的分子標記可以快速檢測品種所攜帶的抗病基因。但由于遺傳背景和遺傳距離等因素，有的抗條銹病分子標記檢測效率較低。所以為了提高檢測結果的準備性，應利用抗病基因兩側遺傳距離最小的分子標記，同時結合抗病性鑒定或系譜信息進行綜合分析。目前，正式命名的抗條銹病基因有80多個，有的已喪失抗性，有的仍然保持良好的抗性。而抗病基因聚合或累加，被認為是一種有效的持久抗性，如Yr18與微效基因的聚合使用[33]。因此，小麥育種需要合理、科學的利用已有抗性資源，發掘新的抗病基因，改善小麥品種品質，真正達到基因水平的應用層次。