栽培小麦Brock中抗白粉病相关基因TaRPP13-1B的克隆及功能分析

白粉病是小麦生产中的主要病害之一,发掘抗病基因并实现抗病基因转育是提高作物抗病性的最经济有效的方法。本研究克隆了一个位于小麦染色体1B上、具有典型CC、NBS和LRR结构域的基因TaRPP13-1B。接种白粉菌后, TaRPP13-1B基因在抗病小麦Brock和BJ-1中表达量虽然出现上下调波动,但平均表达水平一直高于感病小麦品种京411。采用病毒诱导的基因沉默和转基因过表达技术进行功能分析,发现抑制目标基因表达,抗病小麦品种Brock对白粉菌的抗性显著降低;过表达TaRPP13-1B的转基因小麦津强5号对白粉菌抗性明显提高。说明TaRPP13-1B基因参与小麦抗白粉病的防御反应过程。该研究为小麦抗病品种的选育提供了有价值的备选基因。     

河南小麦新育成品种(系)白粉病抗性鉴定与分子标记检测

利用华北地区流行的白粉菌菌株E09和E20,分别对河南省小麦新品种(系)区域和预备试验参试材料908份(2009—2013年度)和412份(2009—2012年度)进行苗期白粉病抗性鉴定,同时利用与Pm2、Pm4a、Pm8和Pm21基因连锁的分子标记检测相关抗病基因的分布。结果显示,抗E09的材料占21.9%(199/908),抗E20的材料占9.5%(39/412),同时抗E09和E20的材料仅占3.6%(15/412)。在908份供试材料中,580份含有1BL/1RS,占63.9%,含Pm8或新的1RS来源抗白粉病基因;另有2份材料含6AL/6VS来源广谱抗白粉病基因Pm21,8份可能携带Pm2,2份可能含有Pm4a;有6份材料可能含有多个抗白粉病基因。表明河南省近年育成的小麦新品种(系)依然含有对我国白粉菌菌系有效的抗白粉病基因,但抗源遗传基础较窄,部分已经或正在丧失抗性,应加快引进和利用新的多样化抗病基因资源。     

小麦白粉病及其抗性研究进展

本文综述了小麦白粉病的分类地位、形态特征、致病机理、生物防治措施、抗性鉴定、抗性基因的来源与功能、基因聚合育种及抗病基因定位克隆等方面的研究进展,旨在为小麦白粉病的研究和防治提供理论参考。小麦白粉病为白粉病菌(Blumeria graminis f.sp.tritici)引起的一种世界性病害,是影响小麦生产的主要病害之一。该病为真菌性病害,其致病机理为经过越冬越夏的小麦白粉病菌,在秋季适合条件下进行初侵染,再侵染。目前该病的主要防治手段有生物防治和抗性育种,其中抗性育种最为有效和安全。不同小麦品种抗性不同,所含主效基因也会不同,至今已发现54个Pm的抗性位点,78个抗性等位基因,100多个数量性状位点(QTLs),其中,53个抗性基因定位于普通小麦的A、B、D染色体组上。小麦白粉病菌复杂多变的特性,易导致小麦单个抗病基因抗性的丧失,因此,小麦抗白粉病育种需要不断挖掘新的抗病基因和抗源,选育基因聚合抗病植株,拓宽小麦遗传基础,对于我国小麦抗性育种工作的开展具有积极意义。     

3个受白粉菌诱导的小麦抗病相关基因的表达分析

小麦白粉病是小麦生产上的重要病害。研究小麦抗白粉病的分子机理，利用抗病基因是控制小麦白粉病的有效途径。此研究根据前期白粉菌诱导后获得的可能与农家小麦品种红蚰麦抗病相关序列的分析结果，合成了几丁质酶，交替氧化酶（Alternative oxidase，AOX）以及MAP激酶（促分裂素原活化蛋白激酶mitogen-activated protein kinases）类似物3个基因的定量PCR引物，实时分析了在白粉菌诱导条件下‘红蚰麦×豫麦13’的F3代纯合抗病植株与感病植株两种互作组合中3个基因的时空表达模式，该研究为揭示‘红蚰麦’抗白粉菌的分子机理提供了依据。     

2013年黑龙江省小麦白粉菌毒力结构分析

2013年从黑龙江省小麦生产区分离纯化57个单孢子堆小麦白粉菌菌株,用32份小麦白粉病菌鉴别寄主进行毒力测定。结果表明,黑龙江省不同来源小麦白粉病菌群体具有相同的毒力结构,毒性基因V7、V8、V17、V19、V1 a、V3 c、V3 f、V3 e、V5 a和V1+2+9的毒性频率均达80%以上,为黑龙江省小麦白粉菌的主要毒性基因;而Pm18(1 c)、Pm21、Pm2+6、Pm5+6、Pm2+MLD 5个抗性基因(或基因组合)抗90%以上的菌株,为黑龙江省有效抗白粉病基因(或基因组合)。研究结果可为小麦白粉病的抗病育种及抗病品种合理布局等方面提供参考。     

小麦白粉病菌诱导的TaWRKY34基因的鉴定与分析

WRKY转录因子在植物抗病防卫反应中发挥重要作用。利用cDNA宏阵列(macroarray)和RT-PCR相结合的方法,从小麦全长cDNA文库的WRKY转录因子中筛选出一个应答小麦白粉病菌胁迫的TaWRKY34转录因子,该基因编码464个氨基酸。染色体定位分析表明,该转录因子位于小麦第一同源群染色体的短臂上,并且只在细胞核中表达。其蛋白序列与拟南芥、大麦和葡萄抗病相关WRKY转录因子的亲缘关系较近,与其中的3个WRKY基因具有相似的表达模式。TaWRKY34在Pm16/北京8377抗白粉病近等基因系中,对小麦白粉病菌、水杨酸和茉莉酸诱导的表达模式存在差异。TaWRKY34可能与小麦对白粉菌的抗性有关。     

普通小麦DH155抗白粉病基因的分子作图及应用分子标记辅助选择将其转移

普通小麦品系DH155对白粉病菌表现高抗。为明确DH155所携带抗白粉病基因的遗传方式及与抗病基因连锁SSR标记,利用DH155与高感小麦品系SN2890杂交获得的F2和F2:3群体进行接种鉴定和遗传分析,发现DH155对白粉菌菌株E09的抗性受1对显性基因控制,暂命名为Ml DH155。BSA和分子标记分析结果显示,Ml DH155与SSR标记Xcfd81和Xcfd18连锁。利用已发表的中国春和粗山羊草D基因组序列开发新标记,进一步将Ml DH155定位于标记Xsdau K525和Xsdau K527之间,其遗传距离分别为0.2 c M和0.8 c M。将DH155与感白粉病优良品系HB133-4和旱10杂交,在F2~F4代,结合优良农艺性状选择、分子标记辅助选择和抗白粉病鉴定,获得3个高抗白粉病且农艺性状优异的株系(SDAU2100、SDAU2101和SDAU2102)。利用14个白粉菌菌株对DH155进行苗期接种鉴定表明,DH155对13个菌株表现抗病反应型。这些菌株对DH155的毒力谱与已知抗白粉病基因Pm2相似,但DH155对Bg78-3和Bg44-5菌株的反应型与携带Pm2的Ulka/8*Cc不同。结合本试验结果和Pm2基因的相关报道,推测Ml DH155可能是Pm2或其等位基因。     

白粉病菌侵染后小麦叶片蛋白质变化的研究

利用双向电泳技术,分析了高感白粉病和对白粉病表现免疫的2种小麦在接种白粉病菌前后的叶片蛋白的变化。结果表明:无论抗病小麦Pm3b还是易感小麦Chancellor,在白粉菌接种前后,叶片蛋白都有明显变化。都有部分蛋白消失。对于抗病小麦Pm3b,在白粉病菌接种后,在电泳图谱上还发现诱导产生许多新的叶片蛋白。经统计,在白粉菌接种后,抗病小麦Pm3b的叶片诱导产生至少20个新蛋白。推测可能与小麦受白粉病菌诱导后一些抗性蛋白大量表达有关。     

小麦遗传资源抗白粉病基因的STS标记检测

从小麦中筛选抗白粉病基因,为小麦抗病育种提供抗病亲本,为育种后代抗病基因鉴定提供理论依据和技术支撑。以河北省保存的65份小麦遗传资源为材料,利用STS标记技术,对其所携带的抗白粉病基因进行检测。结果表明:检测出携带Pm21、Pm4a和csLV34抗白粉病基因的品种各一个,分别为金禾7178、河农7069和秋麦。这些资源可以作为抗病亲本在小麦抗白粉病育种中利用。     

豌豆抗白粉病资源筛选及分子鉴定

由豌豆白粉菌引起的白粉病是豌豆生产上的重要病害,利用抗病品种是防治该病害最经济有效的方法。本研究在控制条件下苗期接种鉴定了396份豌豆资源对2个不同地理来源的豌豆白粉病菌分离物EPBJ和EPYN的抗性,用4个与豌豆抗白粉病基因er1连锁的SCAR标记对66份免疫或抗病资源进行标记基因型鉴定。结果表明,在鉴定的396份资源中,有101份资源表现免疫或抗病,其中对分离物EPBJ和EPYN免疫的资源分别为59份(14.9%)和60份(15.2%),对2个分离物均免疫的资源有54份(13.6%);在鉴定的82份中国资源中,有8份对2个分离物均表现免疫。分子标记将66份免疫或抗病资源鉴定为13个标记基因型,同一地理来源的抗性资源分属不同的标记基因型,其中8份来自中国云南的抗性资源分属7个标记基因型。研究表明,中国存在有效的豌豆白粉病抗源,抗性资源具有丰富的遗传多样性。     

利用SNP芯片和BSA分析规模化定位小麦抗白粉病基因

规模化定位小麦品种携带的抗白粉病基因对于抗病性种质创新和新品种选育具有重要的意义。本研究采用Illumina Infinium i Select 90k SNP芯片结合集群分离分析法(bulked segregate analysis,BSA)对36个河南省小麦新品系携带的抗白粉病基因进行了定位。SNP芯片检测表明,在24个小麦品系构建的抗、感池DNA间可检测到一个明显富集的SNP峰,表明其可能携带单一主效抗白粉病基因;在其他12个小麦品系构建的抗、感池DNA间可检测到多个SNP峰,推测其可能含多个抗白粉病基因。有26个小麦品系在2AL染色体上检测到的SNP数目最多,推测其携带位于2AL染色体上的Pm4b抗白粉病基因。开发出与2AL染色体上抗白粉病基因紧密连锁的分子标记Xwggc116,可用于这些小麦品系中抗白粉病基因的分子检测。研究结果表明,高通量SNP分析技术平台可以用来规模化定位小麦品种中的抗白粉病基因。明确了河南省抗白粉病小麦品系中携带Pm2、Pm4b、Pm21和新1BL/1RS易位等有限的抗白粉病基因,抗病基因资源非常狭窄,亟需引进新的多样化抗病基因资源,拓宽遗传基础,培育抗病小麦新品种。     

两个抗小麦白粉病新基因的遗传分析与染色体定位

YU25是从八倍体小偃麦TAI7047与小麦栽培品种川麦107杂交后代中选育出的对白粉病免疫的小麦育种新材料。以感白粉病小麦品种MY11与YU25杂交和回交的后代F₁、F₂、BC₁F₁和BC₂F₁为材料，采用四川省当前流行的小麦白粉病优势生理小种人工接种，对YU25的白粉病抗性进行了遗传分析。结果表明，YU25含有2对表现免疫反应和高抗反应的显性抗病基因，暂命名为PmE(免疫)和PmYU25(高抗)。用294对小麦微卫星引物和221个F₂植株，对这2个基因进行连锁分析，发现小麦微卫星标记Xgwm-297-7B与PmE基因的遗传距离为13.0 cM，而Xgwm-210-2D与PmYU25基因的遗传距离为16.6 cM，因此将PmE和PmYU25分别定位在7BS和2DL上。根据系谱和基因位点分析，推断PmE和PmYU25均为起源于中间偃麦草、不同于已知的抗小麦白粉病基因的2个新基因。小麦育种新材料YU25含有可能来源于小麦-中间偃麦草的染色体多重易位，其细胞学基础和在实际育种中的应用值得进一步研究。     

小麦抗条锈病基因来源及染色体定位的研究进展

条锈病是小麦生产的重要病害之一,选育抗病品种是防治该病最为经济、安全和有效的途径。由于小麦条锈菌具有高度变异性且抗源的单一化,抗病品种抗性很容易丧失。因此,不断发掘新的抗条锈病基因资源,扩大抗源选择利用范围,对中国小麦抗病育种工作极为重要。对已命名的57个条锈病基因进行了总结分析,着重介绍了源于小麦一级、二级和三级基因源的各个抗条锈病基因的来源及其在染色体上的分布,并对条锈病抗源利用方面进行了分析及展望。     

小麦多基因聚合体YW243的改良与利用

YW243是兼抗白粉、黄矮、三锈5种病害的普通小麦新种质。将其与农艺性状优良的丰产品种进行回交转育，选育出丰产、抗病的小麦新品系CB031、CB032、CB034和CB035。对这些新品系与YW243及回交亲本的抗性、品质、丰产性进行鉴定、比较分析，并用分子标记解析它们抗病性的遗传基础及其决定品质的高分子量麦谷蛋白亚基组成。结果表明，CB031是抗白粉病高产小麦新品系，至少含抗白粉病基因Pm2+6和高分子量麦谷蛋白亚基1, 7+9, 2+12；CB032和 CB034均为白粉病、条锈病免疫的小麦新品系，CB032至少含抗白粉病基因Pm2+Pm4+Pm21、抗条锈病基因YrX 4个基因和高分子量麦谷蛋白亚基7+9, 2+12；CB034至少含Pm21基因和高分子量麦谷蛋白亚基7+9, 5+10；CB035为免疫白粉病的优质小麦新品系，至少含Pm2+6+Pm21基因和高分子量麦谷蛋白亚基7+8, 2+12。CB031、CB032、CB034和CB035的穗粒性状、千粒重和秆高等农艺性状均较YW243有所改善。YW243是一个优良性状易于遗传、不良性状易于改造的育种亲本，有良好的应用前景。     

小麦抗白粉病基因的定位及其在育种中的应用研究进展

（四川农业大学植物遗传育种省级重点实验室，四川雅安 625014）     

Possible New Genes for Resistance to Powdery Mildew, Septoria Glume Blotch and Leaf Rust of Wheat

An Ethiopian wheat collection consisting of 293 tetraploid and hexaploid entries was investigated for resistance to powdery mildew, Septoria glume blotch, and leaf rust with the aim of finding probable new genes for resistance to these diseases. Seedlings were screened with isolates of these diseases in the greenhouse or growth chamber. The material was also scored for field resistance to powdery mildew after the fifth leaf stale. The diversity of the reaction types to powdery mildew and Septoria glume blotch was estimated by the Shannon-Weaver diversity index. Thirty-nine entries (13%) of the collection were resistant to moderately resistant co the mildew isolates, 14S-77 and 46—77, that had: a combined virulence spectrum effective against nine identified genes for resistance to powdery mildew. One hundred and et till TV-tour entries (63 %) of the collection showed field resistance to mildew. One hundred and eighty-one entries (62 %) of the collection were at least moderately resistant in an aggressive isolate of Sartorial nodorum. Resistance to a race of leaf rust was detected in one hundred and sixty-eight entries or 58.% of the collection. Generally, resistance to these diseases is concentrated in Central and Southern Ethiopia. The different reaction types of the resistant entries to these diseases and the high estimates of diversity for reaction types indicated the presence of many different probable new genes and genetic backgrounds for resistance to these diseases.     

鲁麦21慢白粉病抗性基因数目和遗传力分析

以多年鉴定具有慢白粉抗性的小麦品种鲁麦21和感白粉病品种京双16及其杂交组合F_2:3和F_2:4代株系200个为材料, 于2005—2007年连续2个生长季, 在北京和安阳两地分别进行田间病害鉴定, 并采用质量性状和数量性状2种分析方法估算鲁麦21的慢病基因数目和遗传力。结果表明, 在这2个群体中至少存在4对抗性基因, 其广义遗传力为0.53~0.78。由于出现超亲分离, 因此推测京双16可能贡献1对微效抗病基因, 而鲁麦21至少含有3对慢白粉病抗性基因。     

12个小麦品种(系)白粉病抗性的遗传分析

利用17个不同来源和毒力的白粉菌菌株对12个小麦品种(系)进行苗期抗性鉴定和抗病性遗传分析,同时利用Pm2和Pm8基因的特异分子标记检测了相应基因。供试的12个品种至少能够抗11个白粉菌菌株。用E09、E20和Bg2菌株接种F₂群体,抗感植株分离比例和适合性测验证明这12个品种对不同白粉菌菌株的抗性均受1对显性基因控制。抗谱分析和基因紧密连锁分子标记(Xcfd81)分析表明良星66很可能含有Pm2或其等位基因。ω-黑麦碱基因(1RS染色体)和Glu-B1基因(1BS染色体)特异分子标记分析结果证明,山农20和郑麦9962含有T1BL·1RS易位染色体,即可能携带Pm8基因。由于Pm8基因对大多数菌株表现感病,所以这2个品种除Pm8外,还具有其他抗病基因。偃展4110与天民668对参试菌株的反应型表现一致,其他材料对不同菌株的反应型表现不同。