小麦抗病基因工程的研究进展

小麦是世界上重要的粮食作物,但是各种病害严重威胁着小麦的产量和品质。分子生物学和植物分子病理学的发展与应用推进了植物抗病基因工程的发展。抗病基因工程与传统育种方法有机结合,是培育小麦高产、稳产、优质新品种的有效途径。本文从植物抗病反应网络上不同基因的作用方式与利用情况等角度,如抗病基因、防卫基因、信号传导基因、病程相关蛋白基因和病毒依赖性修饰基因等方面,介绍了小麦抗病基因工程的研究进展,并指出存在的问题及可能的解决策略。     

大麦和小麦抗病性的分子基础研究进展

抗病性是大麦和小麦不可或缺的重要性状。本文介绍了大麦和小麦的抗病分子基础研究进展:从大麦和小麦分离出的抗病基因编码蛋白的结构具有相似性及独特性;从大麦中鉴定、分离出抗病基因介导、激活防御反应所必需的一些附加基因,并发现在双子叶植物与禾谷作物的抗病防御反应中一些信号传导基因具有保守性,有利于对大麦和小麦抗病信号传导途径的理解和同源基因的分离;从大麦和小麦中分离出病原诱导表达的一些防卫基因。本文讨论了利用已克隆的抗病基因结构保守性和比较基因组学进一步分离克隆大麦和小麦抗病基因的潜力与限制以及利用克隆的抗病基因进行生物工程育种的可能性与局限性;还提出了今后发展方向,即不仅将继续深入研究显性单基因的分子机制,还将揭示持久的多基因抗性和广谱的非寄主抗性的分子基础。     

小麦种质WS4-8苗期抗条锈性遗传分析及分子作图

条锈病是小麦生产中的主要病害之一,研究和利用抗病种质是小麦抗条锈病育种的基础.为明确小麦体细胞无性系4-8(WS4-8)的抗条锈病基因及其遗传规律,用条锈菌生理小种CYR33对WS4-8和感病品种铭贤169及其杂交后代群体进行了苗期接种鉴定和抗条锈基因遗传分析.结果表明,WS4-8对CYR33表现抗病,其抗性由1对显性基因控制.利用BSA法对构建的F2代遗传作图群体进行了SSR标记分析,标记Xgpw5281、Xcfd35和Xgwm341与抗性基因具有连锁关系,且都为共显性标记,与抗病基因之间的遗传距离分别为6.8、7.2和21.8 cM.根据作图结果,将WS4-8所携带的对CYR33的抗条锈病基因定位于小麦3DS染色体上.基于该基因的作图位置与分子标记结果,认为该基因可能是一个新的抗条锈病基因,暂命名为YrWS4-8.     

小麦与赤霉病菌互作的分子机理研究进展

为了让小麦科技工作者对小麦与赤霉病菌互作的分子机制有一个全面的了解,从小麦赤霉病抗性的遗传规律、抗性基因的分子定位、互作过程中寄主相关的防卫反应基因、赤霉病菌的致病机理及抗病转基因等方面进行了综述.小麦赤霉病抗性是由2～3个主效基因和几个微效基因决定的数量性状,在3BS、5A、6BS等染色体上均发现了与赤霉病抗性相关的QTLs.其中相关的分子标记可以直接用于小麦抗赤霉病的分子标记辅助选择.运用双向电泳、cDNA文库构建、抑制差减杂交文库构建等方法已经分离到很多受赤霉病菌诱导的抗病相关蛋白(或基因),如:β-1,3-葡聚糖酶、病程相关蛋白、细胞色素P450及几丁质酶基因等.通过小麦转基因,已经获得了小麦对赤霉病菌的初步抗性.但是这种抗性只是在一定程度上减轻或延迟赤霉病菌的侵染,而最直接的小麦抗赤霉病基因还有待于发掘和验证.     

小麦抗条锈基因Yr10的抗病通路研究

小麦抗条锈病基因 Yr10作为全生育期抗性基因,对国内大部分的条锈菌生理小种表现抗性,为探究 Yr10介导的抗病通路,以小麦AvocetS(AvS)和其近等基因系AvS Yr10NIL(AvS+ Yr10)为材料,接种条锈菌CYR31后分别构成亲和与非亲和体系,通过分析含有抗病基因 Yr10非亲和体系中的信号分子变化,比较非亲和与亲和体系中抗病过程相关基因的表达差异和功能,进而解析 Yr10的抗病通路。结果表明,在含有抗病基因 Yr10的非亲和体系中, RAR1、 HSP90和 SGT1可能参与抗病基因(R)激活下游的抗病通路。R基因的激活引发活性氧在接菌后早期迅速积累,同时内源SA水平在接菌后出现高峰,随后寄主细胞迸发活性氧,并引起下游病程相关基因 PR1表达显著上调,促进植物细胞的坏死,表现为过敏性坏死反应(HR)。总体来说, Yr10的抗病通路为通过R基因的激活后引发SA信号分子,进而影响活性氧的积累,最终诱导下游PR基因的表达和HR反应的发生。     

植物抗病机制与信号传导研究进展

植物抗病分子机制与信号传导途径的研究一直是分子植物病理学关注的热点,近十年来,该领域的研究取得了显著进展。本文主要从植物抗病基因与病原菌无毒基因的分子克隆与结构分析、二者之间互作模型、SA信号传导途径与JA信号传导途径的研究等方面概述了植物抗病机制的研究进展。     

山羊草属基因库的开拓利用

山羊草属是与小麦亲缘关系最为密切的属，全属有２４个或更多个种，包括Ｃ、Ｄ、Ｍ、Ｓ和Ｕ等１７个染色体组，蕴藏着许多抗病、抗虫、抗逆等有益基因。利用染色体工程的方法，人们创建了许多普通小麦－山羊草的双二倍体、附加系、代换系和易位系，成为小麦育种的优异种质。     

小麦PR-1、PR-2、PR-5基因的白粉菌和水杨酸诱导表达分析及白粉病抗性研究

病程相关蛋白基因PR-1、PR-2和PR-5是植物抗病基因介导的抗病反应和系统获得抗性(systemic acquired resistance,SAR)中的标志基因。为了研究病程相关蛋白基因和水杨酸在小麦(TriticumaestivumL.)抗白粉病反应中所起的作用,以抗白粉病和感白粉病小麦品系为材料,在白粉病菌(Blumeria graminisf.sp.tritici,Bgt)诱导不同时间,或水杨酸处理不同时间后,用半定量RT-PCR技术检测了小麦叶片中PR-1、PR-2和PR-5基因的表达变化。结果表明,白粉病菌的侵染激活和显著增强了病程相关蛋白基因PR-1、PR-2和PR-5在周麦18中的转录。与感病品系相比,PR-1和PR-5在抗病品系中转录激活得更快、更强。水杨酸处理显著激活了PR-1和PR-5的转录,但对PR-2的转录影响不大。白粉病菌和水杨酸均能显著激活和增强PR-1和PR-5的表达,但白粉病菌的作用更强,说明PR-1和PR-5基因在小麦抗白粉病反应中起重要作用。PR-1和PR-5可以作为小麦SAR的标志基因。水杨酸处理后周麦18和中国春的白粉病抗性得到提高,提示水杨酸在小麦抗白粉病信号传导途径中起一定作用。     

作物外源基因直接导入技术研究概况

植物基因工程是80年代兴起的研究领域,目前已经在35种植物上实现了基因转化。最近,重要农作物如小麦、水稻、玉米等的原生质体培养有了突破,但仍然只有少数品种能获得再生植株,而且重复性不埋想。加之到目前为止,绝大多数植物基因还不能识别与分离,也找不到适合单子叶植物的理想载体,因此,作物的基因转化仍然有相当大的难度。植物基因直接导入技术不需借助载体就能把供体基因或DNA分子直接导入受体,方法简单、经济,而且在作物上有一定导入结果。因此,近年来该技术研究相当活跃。     

利用微卫星标记定位一个新的小麦抗白粉病基因

小麦农家品种ZB90是一个广谱抗白粉病材料.苗期和成株期鉴定表明,其白粉病抗性由显性单基因控制.从位于不同染色体上的53对微卫星引物中筛选出3对引物(Wms382、Wms311和Wms312),对144株F2分离群体进行抗病连锁性分析.另外,与Pm4a共分离的STS标记STS-470也被用于基因定位.这4个标记和抗病基因在染色体上的顺序为:基因位点-Xgwm382-Xgwm311-STS-470-Xgwm312,它们之间的遗传距离分别为2.9、4.5、23.1和49.6 cM,与小麦染色体2AL上已构建的微卫星图谱顺序一致.根据材料来源和抗病基因的染色体定位结果,确定该基因为一个新的小麦抗白粉病基因,并命名为PmZB90.文中还讨论了PmZB90和其他位于染色体2AL上的基因之间的关系.