長齒蔗茅品系‘云滇95-19’和‘云滇95-20’抗褐銹病的遺傳分析

張榮躍 李文鳳 黃應昆

摘要 甘蔗褐銹病是一種重要的世界性甘蔗病害，可造成巨大的經濟損失。為明確甘蔗屬長齒蔗茅‘云滇95-19和‘云滇95-20對甘蔗褐銹病的抗性遺傳規律，采用自交方法分別獲得‘云滇95-19和‘云滇95-20自交F1代，對親本及其自交F1代進行了抗褐銹病基因Bru1的檢測和褐銹病抗性鑒定。研究結果表明，‘云滇95-19和‘云滇95-20及其自交F1代均未檢測到Bru1基因，兩個自交F1代群體對褐銹病的抗性均出現了明顯的3∶1的分離比，證實了‘云滇95-19和‘云滇95-20對甘蔗褐銹病的抗性均由一對新的顯性基因控制。本研究為挖掘和利用長齒蔗茅抗褐銹病基因資源奠定了基礎，對今后抗褐銹病品種的選育具有重要意義。

關鍵詞 長齒蔗茅; 甘蔗褐銹病; 遺傳分析; 抗病基因

中圖分類號： S 432.1

文獻標識碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2019412

Abstract Sugarcane brown rust is an important global disease， causing severe economic losses. In order to clarify the resistance inheritance of Saccharum longesetosum ‘Yundian 95-19 and ‘Yundian 95-20 to sugarcane brown rust， the self-bred F1 populations of ‘Yundian 95-19 and ‘Yundian 95-20 were obtained， respectively. The parents and their self-bred F1 individuals were used for detection of Bru1 gene and their resistance to sugarcane brown rust. The results showed that the Bru1 gene was not detected in the ‘Yundian 95-19 ‘Yundian 95-20 and their self-bred F1 individuals. The segregation ratio of resistance to sugarcane brown rust showed an obvious 3∶1 in two self-bred F1 populations. The results confirmed that the resistance of both ‘Yundian 95-19 and ‘Yundian 95-20 to sugarcane brown rust is controlled by a new pair of dominant gene， respectively. The above results laid a foundation for exploit and utilize the gene resources resistant to sugarcane brown rust， and it is of great significance for breeding resistant varieties in the future.

Key words Saccharum longesetosum; sugarcane brown rust; genetic analysis; resistance gene

甘蔗褐銹病是由黑頂柄銹菌Puccinia melanocephala H.Sydow & P.Sydow引起的一種重要病害，在全世界甘蔗種植區普遍發生，造成巨大的經濟損失[1-2]。1982年首次在中國大陸蔗區發現甘蔗褐銹病[3]。目前，甘蔗褐銹病在我國甘蔗主產區常發生流行，已成為中國蔗區發生最普遍，危害最嚴重的病害之一。該病害造成甘蔗種質退化、產量降低，嚴重影響著蔗糖產業的可持續發展[4]。

甘蔗褐銹病的發生流行與品種抗病性密切相關，大面積種植感病品種是病害流行的重要原因。生產上，大面積施藥防治甘蔗褐銹病非常困難，且收效甚微。選育和種植抗病品種是防治甘蔗褐銹病最經濟有效的措施。選育抗病品種最為關鍵的是抗病基因的發掘。目前，甘蔗抗褐銹病基因研究較為深入的是Bru1基因。Daugrois等[5]1996年在‘R570的自交群體上進行抗褐銹病鑒定，推測存在主效抗病基因Bru1。Asnaghi等[6]在‘R570另一自交群體上再次確認Bru1的存在，并把標記定位到距離目的基因兩側2.2 cM和1.9 cM。Lecunff等[7]開發出高分辨率的圖譜，把標記定位到Bru1兩側0.28 cM和0.14 cM處。Bru1基因被證實對來自不同國家地區的褐銹病分離物具有廣譜抗性[5]，現已開發出2對引物（R12H16和9O20-F4）用于Bru1的分子鑒定[8]。李文鳳等[9-10]利用這兩對引物對我國生產上的甘蔗品種、甘蔗主要育種親本和甘蔗野生核心種質資源進行了抗銹病鑒定和Bru1的分子檢測。

抗病種質資源的發掘利用是抗病育種的基礎和關鍵，甘蔗野生資源是現代甘蔗育種中抗病基因的重要來源，挖掘野生抗病基因資源提供育種利用，拓寬甘蔗抗病遺傳基礎，對選育抗病品種具有重要意義。本研究利用高抗褐銹病的甘蔗近緣野生種長齒蔗茅Saccharum longesetosum（原名：滇蔗茅Erianthus rockii）‘云滇95-19和‘云滇95-20分別自交構建遺傳群體，并利用褐銹病菌孢子接種后進行抗性鑒定和遺傳分析，以明確其抗病基因的遺傳規律，為建立抗病基因的分子標記和育種利用奠定基礎。

由黑頂柄銹菌引起的甘蔗褐銹病在世界范圍內普遍發生并能造成感病品種產量的巨大損失[1-2]。雖然可以利用殺菌劑防治甘蔗褐銹病，但實踐證明殺菌劑對褐銹病的防治效果有限[2]，所以防治該病最有效的措施是利用寄主的抗病性。先前，甘蔗對褐銹病的抗性通常被認為是數量遺傳性狀控制[21-22]。然而，Daugrois等[5]1996年報道了一個抗褐銹病的主效基因Bru1，這是在甘蔗中唯一確定的單基因。先前的研究表明該基因可抗來自不同地理區域的各種銹病病原分離物[23]。褐銹病抗病主效基因Bru1的發現代表了一個實質性的突破，目前已在甘蔗抗褐銹病評價中廣泛使用[10-11，24]。雖然目前還未發現Bru1基因抗性衰退的報道，但仍存在著長期使用單一抗源導致其抗病性下降，發生抗病品種抗性丟失的危險，所以對新抗源的開發利用十分必要。本研究對長齒蔗茅開展了抗褐銹病基因研究，證實了‘云滇95-19和‘云滇95-20均存在一個抗褐銹病的主效基因。挖掘‘云滇95-19和‘云滇95-20中的抗病基因將有助于改變目前甘蔗抗銹育種中抗源單一的局面，對實現甘蔗品種抗病基因多樣化和抗病基因合理布局具有重要意義。

參考文獻

[1] COMSTOCK J C， SHINE JR J M， RAID R N. Effect of rust on sugarcane growth and biomass [J]. Plant Disease， 1992， 76（2）： 175-177.

[2] HOY J W， HOLLIER C A. Effect of brown rust on yield of sugarcane in Louisiana [J]. Plant Disease， 2009， 93（11）： 1171-1174.

[3] 阮興業， 楊雰， 孫楚堅. 云南省發現甘蔗茅柄銹菌[J]. 真菌學報， 1983， 2（4）： 260-261.

[4] 黃應昆， 李文鳳. 現代甘蔗病蟲草害原色圖譜[M]. 北京： 中國農業出版社， 2011.

[5] DAUGROIS J H， GRIVET L， ROQUES D. A putative major gene for rust resistance linked with a RFLP marker in sugarcane cultivar ‘R570 [J]. Theoretical and Applied Genetics， 1996， 92（8）： 1059-1064.

[6] ASNAGHI C， ROQUE D， RUFFEL S， et al. Targeted mapping of a sugarcane rust resistance gene （Bru1） using bulked segregant analysis and AFLP markers [J]. Theoretical and Applied Genetics， 2004， 108（4）： 759-764.

[7] LECUNFF L， GARSMEUR O， RABOIN L M， et al. Diploid/polyploid syntenic shuttle mapping and haplotype specific chromosome walking toward a rust resistance gene （Bru1） in highly polyploid sugarcane （2n approximately 12x approximately 115）[J]. Genetics， 2008， 180（1）： 649-660.

[8] COSTET L， CUNFF L L， ROYAERT S， et al. Haplotype structure around Bru1 reveals a narrow genetic basis for brown rust resistance in modern sugarcane cultivars [J]. Theoretical and Applied Genetics， 2012， 125（5）： 825-836.

[9] 李文鳳， 王曉燕， 黃應昆， 等. 甘蔗抗褐銹病基因Bru1分子檢測體系的建立與應用[J]. 植物保護， 2015， 41（2）： 120-124.

[10]李文鳳， 王曉燕， 黃應昆， 等. 101份中國甘蔗主要育種親本褐銹病抗性鑒定及Bru1基因的分子檢測[J]. 作物學報， 2016， 42（9）： 1411-1416.

[11]李文鳳， 單紅麗， 張榮躍， 等. 甘蔗優良新品種（系）抗褐銹病基因Bru1的分子檢測及自然抗性評價[J]. 植物病理學報， 2017， 47（5）： 667-674.

[12]李文鳳， 蔡青， 黃應昆， 等. 甘蔗野生資源對蔗茅柄銹菌的抗性鑒定[J]. 植物保護， 2005， 31（2）： 51-53.

[13]王麗萍， 蔡青， 陸鑫， 等. 甘蔗近緣野生種滇蔗茅（Erianthus rockii）的種質創新利用[J]. 中國糖料， 2008 （2）： 8-11.

[14]劉新龍， 蔡青， 畢艷， 等. 中國滇蔗茅種質資源遺傳多樣性的AFLP分析[J]. 作物學報， 2009， 35（2）： 262-269.

[15]林秀琴， 毛鈞， 陸鑫， 等. 甘蔗近緣野生種云滇95-20的染色體及核型分析[J]. 中國糖料， 2013（1）： 30-31.

[16]林秀琴， 陸鑫， 毛鈞， 等. 甘蔗屬熱帶種與滇蔗茅雜交后代BC1核型分析[J]. 西南農業學報， 2015， 28（6）： 2413-2420.

[17]林秀琴， 陸鑫， 劉新龍， 等. 甘蔗-滇蔗茅雜交F1花粉母細胞減數分裂過程GISH分析[J]. 植物遺傳資源學報， 2016， 17（3）： 497-502.

[18]林秀琴， 陸鑫， 劉新龍， 等. 甘蔗與滇蔗茅雜交后代F1、BC1表型和GISH分析[J]. 分子植物育種， 2017， 15（6）： 2307-2316.

[19]徐超華， 陸鑫， 劉洪博， 等. 甘蔗近緣種滇蔗茅（Erianthus rockii）表型性狀遺傳多樣性研究[J]. 植物遺傳資源學報， 2014， 15（6）： 1369-1373.

[20]陸鑫， 毛鈞， 林秀琴， 等. 甘蔗野生種滇蔗茅種質創新利用研究Ⅳ.應用灰色多維度分析法綜合評價滇蔗茅F1育種潛力[J]. 中國糖料， 2016， 38（1）： 1-4.

[21]TAI P Y P， MILLER J D， DEAN J L. Inheritance of resistance to rust in sugarcane [J]. Field Crops Research， 1983， 7（4）： 313-316.

[22]HOGARTH D M， RYAN C C， TAYLOR P W J. Quantitative inheritance of rust resistance in sugarcane [J]. Field Crops Research， 1993， 34（2）： 187-193.

[23]ASNAGHI C， D′HONT A， GLASZMANN J C， et al. Resistance of sugarcane cultivar R 570 to Puccinia melanocephala isolates from different geographic locations [J]. Plant Disease， 2011， 85（3）： 282-286.

[24]PARCO A S， AVELLANEDA M C， HALE A， et al. Frequency and distribution of the brown rust resistance gene Bru1 and implications for the Louisiana sugarcane breeding programme [J]. Plant Breeding， 2014， 133（5）： 654-659.

（責任編輯：楊明麗）