小麦抗白粉病基因Pm21抗病差异的蛋白质组学研究

 【目的】对小麦白粉菌侵染后的叶片进行差异蛋白质组学研究,以期发现抗白粉病基因Pm21转入后,对抗病机制起重要作用的蛋白。【方法】以对小麦白粉病敏感（百农3217）和对小麦白粉病免疫（W2132-6,携带抗病基因Pm21）的2个小麦近等基因系为材料,分别提取2个材料拔节期接种48 h后的叶片蛋白,应用双向电泳联合质谱(MALDI-TOF-MS)技术分析Pm21基因转入后差异蛋白表达。【结果】双向电泳后,CBB染色,用ImageMasterTM 2D Platinum软件分析检测出12个差异蛋白点,经过质谱（MALDI-TOF-MS）分析和数据库检索,鉴定出9个蛋白质,其中7个分别与能量代谢、基因调控、防卫和稳定蛋白质相关,参与了增强能量代谢、基因调控、抗氧化、细胞壁加厚和木质化等抗病生理反应。【结论】抗白粉病基因Pm21转入后,材料对白粉菌侵染响应发生变化,脯氨酸富集蛋白等胁迫反应蛋白得到增量表达,这些蛋白可能与小麦抗白粉病有一定相关性。     

小麦转录因子TaWRKY26的克隆及其在抗、感白粉病和近等基因系中的差异表达

WRKY转录因子家族在植物抗逆反应中发挥着重要的作用。本研究以抗白粉病小麦Brock为材料,从中克隆到一个WRKY基因,该基因全长1 485 bp,预测ORF长1 392 bp,编码463个氨基酸,分子量为49.8 kDa。经NCBI/Blastx比对发现,该基因与粗山羊草中WRKY26基因(序列号XP_020151406)所编码的转录因子同源性高达98%,故将其命名为TaWRKY26,并将扩增得到的序列全长上传至GenBank进行登记,序列号为MK358190。利用实时荧光定量PCR技术,对白粉菌胁迫后TaWRKY26在不同抗性小麦品种(抗病小麦Brock,感病小麦京411,抗病近等基因系Brock/京4117)中不同时间(0,2,4,8,12,24,48,72,120,168 h)的表达量进行分析,结果发现,在受到白粉菌侵染后,3个品种小麦的TaWRKY26表达量除12和72 hpi外,各时间段均表现为抗病小麦Brock近等基因系Brock/京4117感病小麦京411,抗白粉病小麦近等基因系Brock/京4117(抗病)中TaWRKY26表达趋势更偏向抗病亲本Brock。综合推测TaWRKY26在小麦对白粉菌侵染的应答反应过程中发挥了积极作用。     

白粉菌诱导的小麦类萌发素蛋白的克隆、定位及表达分析

 【目的】克隆受白粉菌诱导的小麦类萌发素蛋白基因,分析其在感、抗病单株中的表达模式,探讨其在小麦抗白粉病过程中的作用机制。【方法】根据基因芯片结果,结合电子克隆与RT-PCR方法,克隆到一个受白粉菌诱导的小麦类萌发素蛋白基因。通过中国春缺体-四体系对获得的基因片段进行定位。运用荧光定量PCR方法分析了该基因片段在抗病植株、感病植株白粉菌诱导的时空表达模式。【结果】获得了一个具有完整开放阅读框的小麦类萌发素蛋白基因片段,命名为TaGLP5(GenBank 登录号为FJ594470)。系统进化分析表明该基因片段与已知的来自禾本科的萌发素蛋白分属不同的进化分支,很可能是新的小麦萌发素蛋白成员。通过中国春缺体-四体系将该基因片段定位在小麦的5A染色体上。定量PCR分析结果表明,该基因的表达受白粉菌诱导,且在接菌后的24 h以前抗病中的表达量高于同期感病株。【结论】本实验获得的类萌发素蛋白是一个新的成员。该类萌发素蛋白在感、抗植物受白粉菌诱导上调表达,但是表达量、表达时间上存在差异。推测该基因参与了小麦对白粉菌的防御反应。     

中国小麦重要生产品种及国外材料在云南的抗白粉病表现

为了解中国小麦生产上主要抗白粉基因、重要生产品种及国外小麦材料对白粉病的田间抗性状况,采用自然鉴定法,在2012-2013年对Pm2、Pm4a、Pm4b、Pm2+6、Pm8及Pm21等6个抗白粉基因、46个中国小麦重要生产品种及66份国外小麦材料在云南临沧、德宏、大理、玉溪、昆明和昭通等6个代表性地点进行成株期抗性监测。结果表明,该6个抗白粉病基因抗性已逐渐丧失,压缩含Pm8及Pm21的小麦品种面积已迫在眉睫,Pm2、Pm4a、Pm4b和Pm2+6,也应合理利用。中国小麦生产品种整体抗白粉病水平低,46个品种中,没有1个在云南2年6点均表现抗性,6个品种仅在1个点表现感病,18个品种在2个点表现感病,22个品种在3个点以上表现感病。66个国外小麦材料中,只有Hybrid 46和Heines Kolben在云南2年6个点均表现抗病,是较稳定的抗白粉病材料。7个材料只在1个点表现感病,29个材料在2点表现感病,28个材料在3个点以上表现感病。说明当前中国白粉病抗源及抗病品种十分缺乏,寻找新的白粉病抗源及培育新的抗白粉病品种,十分紧迫,生产上当务之急是加强监测及应急防控,以确保小麦安全生产。     

已知抗性基因的小麦品种(系)对白粉病的反应

本文报告对美国农业部 Beltsville 农业研究中心提供的一套已知抗白粉病基因小麦材料1985—1987年间在四川田间的表现,以及利用这套材料在室内进行川西小麦白粉菌的毒力分析的结果。含有 Pml,Pm2,Pm3b,Pm3c,Pm5,Pm6抗性基因的材料在田间表现完全感病,而 Pm3a,Pm7和 Pm8在田间表现不稳定。由 Khapli 和 Yuma 衍生出的近等基因材料 Khapli/8*Cc 和Yuma/8*Cc,虽然含有 Pm4相同抗性基因,但抗性表现不一致,前者的抗病性高于后者。供试菌株对 Pm1,Pm2,Pm3b,Pm3c,Pm5和 Pm6的毒力频率分别为74～84%,63～67%,89%,75%和71%,说明四川多数白粉菌菌株对这些抗病基因有毒性。仅仅只含有 Pm4的材料,其毒性频率很低,是目前四川小麦白粉病抗病育种中可利用的抗源。     

小麦抗白粉病基因Pm13的标记辅助选择

选用滚动式加代回交转育抗白粉病育种圃中含有 Pm13抗白粉病基因的18个杂交组合,结合温室抗病性鉴定,利用与 Pm13基因紧密连锁的 SCAR 标记对 Pm13抗白粉病基因进行了分子鉴定。试验结果表明,Pm13基因在不同的遗传背景下对北京地区优势白粉病菌15号小种表现抵抗。对18个组合处于不同遗传世代的68个抗感单株的分子标记鉴定结果与抗病性鉴定结果具有高度的一致性,抗病植株中均可以扩增出575bp 的 DNA 片段,而感病植株没有扩增产物。利用这一 SCAR 标记对 Pm13基因进行检测具有快速、准确、可靠的优点,可应用于小麦抗白粉病育种中的标记辅助选择和抗白粉病基因的积累。     

小麦自噬相关基因ATG4和ATG8的原核表达及蛋白纯化

细胞自噬与植物生长、发育和逆境响应等过程密切相关。本研究构建了小麦重要自噬相关基因TaATG4a和TaATG8h的原核表达载体并导入大肠杆菌。IPTG诱导表达后的蛋白质SDS-PAGE电泳结果表明,两个基因在大肠杆菌中均能够高效表达,表达重组蛋白的分子量与预测分子量基本一致。利用Ni柱亲和层析方法进一步获得了纯度较高的重组蛋白,为今后的体外酶活分析、抗体制备和Western杂交等研究奠定了基础。     

99份小麦地方品种抗白粉病种质发掘及其分子鉴定

利用国内白粉菌流行小种E09和E20分别对收集到的99份小麦农家种及地方品种进行了苗期抗性鉴定,共筛选出10份兼抗2个小种的材料,其中对2个小种均达到高抗以上的材料有6份,分别为028079、石家庄8号、菏泽2号、复壮30、冀麦2号和白齐麦。利用抗白粉病基因Pm21,Pm52,PmLK906和PmLX66对99份材料进行了分子检测,结果发现,复壮30、菏泽2号分别含有Pm5E和Pm52,台中23和成都秃头含有Pm LK906,其余材料均未检测到上述抗白粉病基因,也未见有含抗白粉病基因的报道。这6份材料可以作为有效抗源应用于小麦抗病育种中。     

小麦白粉病及其防治 Ⅵ.小麦品种的抗白粉性

小麦白粉病及其防治Ⅵ．小麦品种的抗白粉性何文兰宋玉立何家泌张忠山（河南省农业科学院植物保护研究所，郑州４５０００２）实践表明，小麦品种对小麦白粉菌的侵染具有明显不同的反应，表现为抗病或感病或居中间状态。而小麦品种抗白粉性则是小麦与白粉菌在长期的共同演...     

基于基因特异性标记分析Pm21在中国冬小麦品种（系）中的分布

【目的】来自小麦-簇毛麦6VS/6AL易位系的抗病基因Pm21对小麦白粉病具有持久和广谱抗性,开发该基因的特异性标记,分析其在全国冬麦区中的应用情况,为Pm21的合理布局及分子标记辅助选择育种提供理论依据和技术支撑。【方法】根据已克隆的与Pm21抗性途径紧密相关的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因Stpk-V的序列（GenBank登录号为HQ864471.1）,提取其蛋白序列并利用Pfam软件分析其保守结构域起止位点,在其保守结构域外设计开发特异序列标记WS-1;构建Pm21载体品种92R137和感病品种Avcoet S（AvS）的F2群体,以小麦白粉病菌E09对该群体每个单株进行苗期抗白粉病表型鉴定,同时利用WS-1对F2群体进行分子检测,分析检测表型与抗病表型,以验证WS-1标记的准确性;利用WS-1标记对来自中国不同冬麦区的662份小麦品种（系）进行分子标记检测,分析Pm21在不同麦区小麦品种（系）的分布情况,并将检测到含有Pm21的品种（系）在田间进行抗白粉病鉴定;选取WS-1已检测到及没有检测到Pm21的品种（系）各50份,利用曹爱忠等开发的标记NAU/xibao15902进行PCR扩增,进一步证明WS-1的准确性。【结果】（1）开发的Pm21特异标记WS-1为显性标记,含Pm21的小麦材料在8%非变性聚丙烯酰胺凝胶中扩增出一条大小为949 bp的片段,而不含该基因的小麦材料中无该片段。（2）在包含377个株系的F2群体中,286个单株为抗病,91个单株为感病,抗感比符合3﹕1的分离比例,表明在该群体中Pm21表现为显性单基因,WS-1对F2群体的每个株系的检测结果与抗/感表型完全一致。（3）供试的662份小麦材料中,49份携带Pm21,平均分布频率为7.4%,其中,西南冬麦区中检测到33份,占该区参鉴品种（系）数的34.4%,而北部冬麦区、黄淮冬麦区和长江中下游冬麦区,分别检测到4份、9份和3份,各占该区参鉴品种（系）数的5.3%、3.1%和1.5%。【结论】开发的Pm21特异性标记WS-1可以作为该基因的检测标记,也可应用到今后的基因聚合育种中;该基因在不同麦区分布相差很大,其中,西南冬麦区四川、贵州省的小麦品种（系）中Pm21使用频率过高,有促进病原菌定向选择的风险,在当前小麦育种中应给以重视。     

小麦抗白粉病基因Pm21连锁标记的比较与应用

【目的】探讨与Pm21基因共分离的共显性标记CINAU15902和CINAU161650在育种实践中应用的可行性。【方法】利用8个已知Pm21基因型的小麦品种（系）,将共显性标记CINAU15902和CINAU161650与显性标记SCAR1400在不同遗传背景下的稳定性以及检测效率进行比较。【结果】共显性标记CINAU161650稳定可靠,可有效区分Pm21的纯合和杂合基因型。在利用CINAU161650辅助选择的3个株系中,BC-1-特2株系共116个单株,筛选出纯合抗病单株37个;BC-1-特6株系共206个单株,筛选出纯合抗病单株49个;BC-1-特10株系共28个单株,筛选出纯合抗病单株10个。【结论】在抗白粉病育种中,利用共显性标记CINAU161650对Pm21基因进行辅助选择是高效可行的。     

小麦蒜氨酸酶基因TaAly1的克隆及表达特征分析

【目的】克隆小麦蒜氨酸酶基因CDs区,并对其进行序列特征分析和实时定量表达检测。【方法】采用电子延伸结合RT-PCR方法,从小麦叶片分离出蒜氨酸酶基因,网络资源分析其序列特征,实时定量PCR技术检测其在不同条件下的表达情况。【结果】克隆到1个小麦蒜氨酸酶基因TaAly1,其开放阅读框全长1 023 bp,编码340个氨基酸,与水稻和玉米蒜氨酸酶基因的同源性为70%,其基因组DNA序列含有3个内含子;TaAly1在小麦幼苗根部几乎不表达,在叶部表达量最高,其次是茎部;植物激素GA、MeJA、SA处理及条锈菌接种和干旱、低温处理,均能诱导该基因的表达量迅速增加。【结论】成功克隆了小麦TaAly1基因的CDs区,该基因可能通过依赖GA、MeJA和SA的信号通路参与小麦与条锈病的互作。     

Molecular detection of the powdery mildew resistance genes in winter wheats DH51302 and Shimai 26

Resistance to powdery mildew is an important trait of interest in many wheat breeding programs. The information on genes conferring resistance to powdery mildew in wheat cultivars is useful in parental selection. Winter wheat breeding line DH51302 derived from Liangxing 99 and cultivar Shimai 26 derived from Jimai 22 showed identical infection patterns against 13 isolates of Blumeria graminis f. sp. tritici(Bgt) that causes wheat powdery mildew. DH51302 and Shimai 26 were crossed to a powdery mildew susceptible cultivar Zhongzuo 9504 and the F_(2:3) families were used in molecular localization of the resistance genes. Fourteen polymorphic markers, which were linked to Pm52 from Liangxing 99, were used to establish the genetic linkage maps for the resistance genes Pm DH51302 and Pm SM26 in DH51302 and Shimai 26, respectively. These genes were placed in the same genetic interval where Pm52 resides. Analysis of gene-linked molecular markers indicated that Pm DH51302 and Pm SM26 differed from other powdery mildew resistance genes on chromosome arm 2 BL, such as Pm6, Pm33, Pm51, Ml Zec1, Ml AB10, and Pm64. Based on the results of reaction patterns to different Bgt isolates and molecular marker localization, together with the pedigree information, DH51302 and Shimai 26 carried the same gene, Pm52, which confers their resistance to powdery mildew.     

CIMMYT 273个小麦品种抗病基因Lr34/Yr18/Pm38的分子标记检测

【目的】明确CIMMYT观察圃273个小麦品种(系)在慢病基因Lr34/Yr18/Pm38位点的等位变异类型及其对条锈病、叶锈病和白粉病的抗性,进一步验证抗病基因功能标记的有效性。【方法】利用Lr34/Yr18/Pm38紧密连锁的STS标记csLV34和基于该基因第11外显子(exon11)等位变异开发的5对功能标记cssfr1-cssfr5检测新引进的273个CIMMYT小麦品种(系),同时在成都和北京分别对其进行田间条锈病和白粉病的抗性鉴定,并结合CIMMYT的田间条锈病和叶锈病抗性鉴定结果进行分析。【结果】STS标记csLV34与5对功能标记cssfr1-cssfr5检测结果的一致性为96.7%;在273份CIMMYT材料中有43份材料含有Lr34/Yr18/Pm38,在不同地点对条锈病、叶锈病和白粉病具有不同程度的抗病性。【结论】功能标记cssfr1-cssfr5可准确鉴定Lr34/Yr18/Pm38位点exon11中的等位变异,cssfr3、cssfr4、cssfr5可用于含有Lr34/Yr18/Pm38材料杂交后代的分子标记辅助选择。     

条锈菌诱导的小麦TaOZR的克隆及特征分析

【目的】克隆受条锈菌诱导的小麦OZR,研究其在小麦抗条锈病防御反应及非生物胁迫过程中的作用。【方法】通过电子克隆及RT-PCR方法,从条锈菌侵染的小麦水源11中分离出1个编码OZR的cDNA序列。利用生物信息学对cDNA序列及其编码的蛋白序列进行分析;采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析该基因在小麦与条锈菌互作、外源激素处理以及非生物胁迫下的诱导表达情况。【结果】获得小麦OZR,命名为TaOZR。其ORF长240 bp,编码79个氨基酸;蛋白序列理论分子量8.67 kD,等电点9.34;具有信号肽和跨膜区,可能为分泌蛋白;与水稻OZR相似性达76%;TaOZR受条锈菌诱导后在亲和互作中差异不显著,在非亲和互作中诱导表达;外源植物激素水杨酸、乙烯、脱落酸、茉莉酸均诱导TaOZR的积累并上调表达;低温、干旱、高盐非生物胁迫下TaOZR表达差异不显著。【结论】首次克隆到一个条锈菌诱导的小麦TaOZR,TaOZR可能通过水杨酸、乙烯、脱落酸和茉莉酸信号途径协同参与小麦对条锈菌的早期防御。     

小麦抗白粉病基因Pm21连锁标记的比较与应用

【目的】探讨与Pm21基因共分离的共显性标记CINAU15902和CINAU161650在育种实践中应用的可行性。【方法】利用8个已知Pm21基因型的小麦品种（系）,将共显性标记CINAU15902和CINAU161650与显性标记SCAR1400在不同遗传背景下的稳定性以及检测效率进行比较。【结果】共显性标记CINAU161650稳定可靠,可有效区分Pm21的纯合和杂合基因型。在利用CINAU161650辅助选择的3个株系中,BC-1-特2株系共116个单株,筛选出纯合抗病单株37个;BC-1-特6株系共206个单株,筛选出纯合抗病单株49个;BC-1-特10株系共28个单株,筛选出纯合抗病单株10个。【结论】在抗白粉病育种中,利用共显性标记CINAU161650对Pm21基因进行辅助选择是高效可行的。     

转Hpa110-42小麦分子鉴定及赤霉病抗性功能评价

【目的】筛选出抗赤霉病转Hpa110-42小麦植株,为抗赤霉病小麦新品种的选育提供材料。【方法】以转Hpa110-42小麦T2植株和受体扬麦158为供试材料,通过PCR、Southern blotting、RT-PCR等分子技术进行外源基因的整合与表达检测,并采用单花滴注法鉴定转基因小麦的赤霉病抗性,同时探讨其抗性生理。【结果】经分子检测证明,外源Hpa110-42以1—3个拷贝整合到小麦基因组中并能够稳定遗传,在转录水平上也能正常表达。赤霉病抗性鉴定表明,株系T2-17、T2-15、T2-68、T2-44和T2-36的平均病小穗率极显著低于扬麦158。除T2-17外,其余株系的平均病小穗率极显著高于苏麦3号,均未达到苏麦3号的抗性水平。T2-17株系平均病小穗率显著低于T2-15、T2-68和T2-44,极显著低于T2-36、T2-11和T2-20株系。抗性生理分析显示,接种赤霉菌孢子后,所有植株的苯丙氨酸解氨酶（PAL）、几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶活性均上升,但转基因高抗植株比扬麦158上升更快,而感病株上升相对缓慢;尽管可溶性蛋白含量呈下降趋势,但转基因植株的高抗植株始终高于其它株。β-1,3-葡聚糖酶活性和可溶性蛋白含量与赤霉病抗性等级值呈极显著负相关。【结论】外源Hpa110-42整合到小麦基因组中,能稳定遗传并正常表达,正向参与了小麦赤霉病抗性调控,获得了抗赤霉病转Hpa110-42小麦植株。