基于KASP技術鑒定新疆小麥抗病性相關基因

高新 時佳 王春生 王重 李劍峰 李艾玲 樊哲儒 張躍強

doi：10.6048/j.issn.1001-4330.2024.03.007

摘? 要：【目的】鑒定新疆小麥審定品種（系）抗病性相關基因，為小麥育種遺傳改良提供材料。

【方法】利用KASP技術對183份新疆小麥品種（系）的抗病性相關基因進行檢測。

【結果】99份材料攜帶抗葉銹病基因Lr46，頻率為54.10%，64份材料攜帶抗葉銹病基因 Lr14a，頻率為34.97%，3份材料攜帶抗葉銹病基因Lr68，0份材料攜帶抗白粉病基因 Pm21 。新疆小麥品種（系）中抗病基因的分布頻率較低，約為 26.8% 。

【結論】篩選出的 146 份材料可以作為新疆小麥持久抗銹病育種的抗源材料。

關鍵詞：小麥；抗病性；KASP；標記檢測

中圖分類號：S512??? 文獻標志碼：A??? 文章編號：1001-4330（2024）03-0584-07

收稿日期（Received）：

2023-07-20

基金項目：

新疆生產建設兵團農業核心攻關項目（NYHXG-2023AA201）；新疆農作物生物技術重點實驗室開放課題（XNYPT-2021-004）；新疆現代農業小麥產業技術體系（XJARS-01）

作者簡介：

高新（1988- ），女，新疆人，助理研究員，研究方向為小麥育種與栽培，（E-mail）gaoxin0564@163.com

通訊作者：

樊哲儒（1964- ），男，新疆人，研究員，研究方向為小麥育種與栽培，（E-mail）fzr640814@qq.com

張躍強（1976- ），男，新疆人，研究員，碩士生導師，研究方向為小麥育種與栽培，（E-mail）zhangyqyhm@163.com

0? 引 言

【研究意義】新疆氣候干燥，年均降雨量少，蒸騰量大，小麥病害發生相對較少［1］，但銹病和白粉病發病率持續發生，且有逐年加重的趨勢［2］?；瘜W藥劑防治、農業防治和生物制劑防治均不能從源頭上杜絕小麥病害的發生，培育和挖掘抗病種質資源是最有效的手段［3］。目前小麥常規育種效率低、周期長、預期性差等，鑒定優異基因資源，選育優質高抗品種，對新疆小麥育種改良具有重要意義［4］?！厩叭搜芯窟M展】利用KASP標記可以檢測大量樣本，且操作步驟簡單，提高效率［5-6］。在高通量快速定位小麥基因上，KASP標記應用前景廣闊［7-8］。王君嬋、孟巖、趙吉平等［7-10］對控制小麥株高的基因Rht-B1和Rht-D1、春化基因Vrn-D1b，抗旱基因 CWI-4A、Ta Moc-A1、Dreb-B1、1-feh-w3，抗赤霉病基因Fhb1，抗葉銹病基因 Lr14a、Lr21、Lr34 和Lr68等已有研究，目前該技術已廣泛應用于小麥重要農藝性狀基因的精細定位、分子輔助育種和種子資源鑒定等。孟巖等［9］開發出由43對多態性引物組成的用于中國小麥條銹菌群體遺傳結構研究的KASP-SNP分子標記。高振賢等［11］利用KASP標記檢測了河北省153份審定小麥品種，高效檢測了小麥重要農藝性狀的優異等位變異?！颈狙芯壳腥朦c】關于新疆小麥已審定品種的栽培技術和品種特征特性已有廣泛報道，但對于這些品種中含有的抗銹病、白粉病基因分子檢測少見文獻報道。需鑒定新疆小麥審定品種（系）抗病性相關基因?！緮M解決的關鍵問題】以183份新疆小麥（系）為材料，其中，125份新疆審定小麥品種和58份小麥高代品系為材料，利用KASP技術檢測抗葉銹病基因Lr46、 Lr14a、 Lr68，抗白粉病基因 Pm21，抗條銹病基因Yr15，分析新疆小麥品種（系）中與抗病相關功能基因的分布狀況，篩選出含有目標抗性基因的優異小麥種質，為新疆小麥育種優質抗病材料和親本選擇提供依據。

1? 材料與方法

1.1? 材 料

供試材料183份品種（系），其中近年來新疆審定小麥品種125 份，高代品系 58份。材料由新

疆農業科學院農作物品種資源研究所、國家作物種質資源庫（新疆分庫）、新疆農墾科學院、新疆金天山農業科技有限責任公司等提供。表1

1.2? 方 法

1.2.1? 基因組DNA提取

每份材料取10 粒種子置于穴盤中培養，萌發10d后取幼苗葉片，用植物基因組DNA提取試劑盒進行 DNA 提取。利用 Nanodrop One 超微量分子分光光度計進行DNA質量檢測，標準為OD260/OD280值介于1.8～2.2。對質檢合格的樣本進行DNA濃度稀釋，濃度范圍為80～120 ng。

1.2.2? KASP 標記檢測

KASP標記，抗葉銹病標記 3 個（Lr14a 、Lr46和 Lr68），抗白粉病標記1個（Pm21），抗條銹病標記1個（Yr15）。引物參照中國農科院作物科學研究所夏先春老師提供序列，由上海生工合成。選擇中國春等4個已知標記品種作為陽性對照，利用高通量基因分型系統GeneMatrix進行實驗。PCR反應體系為2 μL，包括 DNA 模板 1 μL，2 × KASP Mix 1 μL，引 物 混 合 液 0.014 μL。引物混合液是先將引物稀釋成 100 μmol/L，再按FAM-primer：HEX-primer：Common prime=3∶3∶8的比例混合。每次反應設置4個空白對照組（NTC），PCR反應程序為：95℃預變性處理15 min；95℃ 變性20 s，61～55℃ 退火延伸 60 s（-0.6℃/Cycler），10個循環；95℃ 變性 20 s，55℃ 退火延伸 45 s，38個循環；4℃避光保存。表2

2? 結果與分析

2.1? 葉銹病抗性基因檢測

2.1.1? 抗性標記 Lr46 檢測

研究表明，葉銹病抗性標記 Lr46 檢測，FAM端為感病，HEX端為抗病，183份品種（系）中，有99份材料檢測到含有 Lr46 抗葉銹病標記，約占該群體的 54.10% ，其中，審定品種 46 份，高代穩定品系材料 53 份。圖1

2.1.2? 抗性標記 Lr14a 檢測

葉銹病抗性標記 Lr14a 檢測，FAM端為感病，HEX端為抗病，183份品種（系）中，有64份材料檢測到含有 Lr14a 抗葉銹病標記，約占群體的 34.97% ，其中，審定品種 63 份，高代穩定品系材料 1 份。圖2

2.1.3? 抗性標記 Lr68 檢測

研究表明，葉銹病抗性標記 Lr68 檢測，FAM端為抗病，HEX端為感病，183份品種（系）中，有3份材料檢測到含有 Lr68 抗葉銹病標記，約占群體的 1.64% ，其中，審定品種 3 份，高代穩定材料 0 份。圖3

2.2? 白粉病抗性基因檢測

研究表明，白粉病抗性標記 Pm21檢測，FAM端為抗病，HEX端為感病，無材料檢測到含有 Pm21抗白粉病標記，所用材料中均不含有該抗病標記。圖 4

2.3? 條銹病抗性基因檢測

研究表明，條銹病抗性標記 Yr15檢測，FAM端為感病，HEX端為抗病，無材料檢測到Yr15抗條銹病標記，所用材料中均不含有該抗病標記。圖 5

3? 討 論

3.1

小麥抗葉銹病功能基因 Lr14a 和 Lr68 均位于7B染色體上，來源于野生二粒小麥［12-13］; Lr46 位于小麥 1B染色體上，來源于烏拉圭的小麥地方品種Americano 25e［14］。 Lr46、Lr68 都屬于成株期慢銹基因，此種沒有明顯的生理小種?；?，抗病性持久，不易喪失抗性。其中Lr46 與 Yr29、Sr58、Pm39連鎖［15］，屬多效抗病基因，對葉銹病、條銹病、稈銹病、白粉病等均有抗性。Lr14a、Lr46、Lr68 在試驗供試材料中的檢出率分別為 34.97%、54.10%、1.64%，該結果與隋建樞等［16］有關 Lr14a、Lr46的檢測結果相近?？共》N質運用不夠豐富，抗病基因來源單一是造成這一現象的主要原因。

3.2

小麥抗白粉病功能基因 Pm21 位于 6A 染色體上，來源于簇毛麥［17-18］。是一種廣譜抗白粉病基因，是目前中國最有效的抗白粉病基因之一，具有持久抗性。但在供試材料中的檢出率為 0% ，Pm21 在新春、新冬系列小麥品種（系） 中可能沒有含該基因的抗性品種，與王重等［4］研究的結果一致。小麥白粉病的抗性選育尚未引起育種家的足夠重視，新疆目前尚未爆發過白粉病，隨著近年小麥白粉病逐漸加重態勢，必將成為下一階段品種選育的重要因素。

3.3

小麥抗條銹病功能基因 Yr15 位于 1B 染色體上，來源于野生二粒小麥［19］。Yr15 是一個廣譜抗條銹病基因，提供小麥全生育期的完全抗性，具有重要的育種應用價值。但在試驗供試材料中的檢出率為 0% ，鄒景偉等［20］對 120份小麥品種檢測，結果未發現含有 Yr15 材料，王鑫等［21］在 305 份國內外小麥種質中僅有 10 份攜帶 Yr15 材料，與前人的研究結果基本一致，Yr15 的分布頻率僅有 3% 左右。下一步育種中可以引進攜帶該抗病基因材料，配置抗性優勢組合，應用分子標記輔助選擇，提升新疆小麥品種條銹病抗性。

4? 結 論

利用KASP技術及運用抗葉銹病標記 （Lr14a 、Lr46和 Lr68）、抗白粉病標記（Pm21）、抗條銹病標記（Yr15）檢測，明晰了近40年新疆審定小麥品種的抗病性遺傳背景，檢出了 146 份材料攜帶有1～3種抗病基因，可以作為新疆小麥抗銹病育種的抗源材料。

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Identification of disease resistance of Xinjiang wheat based on KASP technology

GAO Xin1，SHI Jia1，WANG Chunsheng1，WANG Zhong1，LI Jianfeng1，LI Ailing2，FAN Zheru1，ZHANG Yueqiang1

（1. Key Laboratory of Desert-Oasis Crop Physiology，Ecology and Tillage，MOAR/Research Institute of Nuclear and Biological Technology，Xinjiang Academy of Agricultural Sciences/Xinjiang Key Laboratory of Crop Biotechnology/Xinjiang Crop Chemical Regulation Engineering Technology Researching Center，Urumqi 830091， China; 2.School of Science and Technology，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China）

Abstract：【Objective】 This study aims to identify the genes related to disease resistance of Xinjiang wheat varieties（lines） and provide materials for genetic improvement of wheat breeding.

【Methods】 In the present study，KASP technology was used to detect the genes related to disease resistance in 183 Xinjiang wheat varieties（lines）.

【Results】 The results showed that 99 varieties had the leaf rust resistance gene Lr46 with a frequency of 54.10%，64 varieties had the leaf rust resistance gene Lr14a with a frequency of 34.97%，3 varieties had the leaf rust resistance gene Lr68，no variety had the powdery mildew resistance gene Pm21 and yellow rust resistance gene Yr15.The distribution frequency of resistance genes in Xinjiang wheat varieties（lines） was low with a frequency of about 26.8%.

【Conclusion】? The 146 selected materials could be used as resistance materials for wheat breeding of long term rust resistance in Xinjiang.

Key words：wheat; disease resistance; KASP; mark detection

Fund projects： Xinjiang Production and Construction Corps Agricultrual Core Tackling Project（NYHXG-2023AA201）；Key Laboratory of Crop Biotechnology in Xinjiang（XNYPT-2021-004）;XinJiang Agriculture Research System（XJARS-01）

Correspondence author：FAN Zheru（1964-），male，from Xinjiang，researcher，research direction：wheat genetics and breeding，（E-mail）fzr640814@163.com

ZHANG Yueqiang（1976-），male，from Xinjiang，researcher，research direction：wheat genetics and breeding，（E-mail） zhangyqyhm@163.com