小麦叶锈菌生理分化及小麦抗叶锈基因分析研究进展

在病害三角关系中,病原物的致病性及寄主的抗病性是决定病害发生与否的内在因素。小麦叶锈病是一种世界病病害,人们已对小麦叶锈菌生理分化和小麦抗叶锈基因分析作了大量的研究。在本文中综述了这两方面的国内外研究进展,以期为我国小麦叶锈病的研究提供有参考价值的资料。     

6个小麦抗叶锈病近等基因系的cDNA-AFLP差异表达分析

应用cDNA-AFLP技术对小麦抗叶锈病近等基因系TcLr9、TcLr15、TcLr19、TcLr25、TcLr38、TcLr45和感病亲本Thatcher间的表达差异进行分析,共选用226对引物组合对其进行筛选,检测出7 554条条带,平均每对引物可获得33条扩增条带。筛选出68对引物能够在小麦抗叶锈病近等基因系TcLr9、TcLr15、TcLr19、TcLr25、TcLr38、TcLr45和感病亲本Thatcher之间扩增出特异表达条带,特异表达检出率为30.1%。68对引物共扩增出84条特异表达条带,并根据基因表达与否及表达量划分为9种不同的特异表达类型(I~IX)。其中,I、V和VII型特异表达类型为组成型表达,共49条;II、IV、VI和VIII型特异表达类型表达上调,共21条;III和IX型特异表达类型表达下调,共14条。有5种特异表达类型(IV、V、VI、VII、VIII型)可能与小麦的抗病反应相关,并且这5种特异表达类型又分为两类亚型,第一类亚型是小麦抗叶锈病近等基因系与小麦叶锈菌互作时特异表达(I V型)或者表达量明显增加(VI、VIII型),为诱导性特异表达类型;第二类亚型为组成型特异表达类型(V、VII型)。     

小麦近等基因系的构建及应用进展

[目的]概述小麦近等基因系的构建方法及其应用进展,为近等基因系的合理利用提供参考。[方法]介绍了多代回交转育、基于目标性状位点杂合个体自交和从突变体中分离等构建小麦近等基因系的方法,阐述了近等基因系在小麦多系品种培育、抗病机制研究和品质基础研究等方面的应用,并展望了其应用前景。[结果]近等基因系是研究单个基因效应、克隆目标基因、基因精细定位及分子标记辅助育种的理想材料,随着小麦不同性状近等基因系的不断培育,其将有更广泛的应用。[结论]该研究为小麦近等基因系的构建及其进一步的合理利用提供了参考。     

番茄抗黄化曲叶病毒病近等基因系的选育

[目的]选育番茄抗黄化曲叶病毒病近等基因系。[方法]通过引进含黄化曲叶病毒番茄材料与优良自交系多代回交,培育抗黄化曲叶病毒病的温室专用骨干亲本系。[结果]经分子鉴定,选育骨干亲本系抗病材料扩增到抗病基因(Ty1、Ty2和Ty3),共获得Ty13N-3010-2、Ty13N-3010-45、Ty123N-3022-21、Ty123N-3022-45 4份材料田间综合性状表现良好抗病亲本材料,可直接应用于育种。[结论]为培育抗TY病毒病的温室专用品种提供了骨干亲本。     

21个小麦品种(系)抗叶锈性基因推导

选用１７个小麦叶锈菌菌系对１９９９扑河北省使用的２１个小麦品种（系）进行了抗叶锈性基因的推导。通过与２１个抗叶锈单基因系的反应型比较,鉴定出Ｌｒ１、Ｌｒ１４ａ、Ｌｒ２６和Ｌｒ３７等４个抗叶锈基因。８９０４含有Ｌｒ１;５１０８和４１８５可能含有Ｌｒ１或含与Ｌｒ１不同的抗性基因;中麦９号含有Ｌｒ１４ａ及其它抗性基因;８４２５１、邯郸４５６４、７１－３、梁麦２、７１１８－８、８５９－３４、８５９－３９和矮三共８个品种（系）含有Ｌｒ２６抗性基因;２６３１、北农８、鲁麦２３、高优５０３、９７－１１、益麦１含有与供试的已知基因不同的抗性基因;冀麦３８、京３８和３１８１没有鉴定出抗叶锈基因。     

23个小麦抗叶锈病近等基因系SRAP多态性

 【目的】分析以Thatcher为遗传背景的小麦抗叶锈病近等基因系的遗传多样性,探讨SRAP技术在小麦抗叶锈病基因标记及基因克隆研究中应用的可行性。【方法】采用SRAP（sequence-related amplified polymorphism）技术对23个以Thatcher为遗传背景的小麦抗叶锈病近等基因系和感病对照Thatcher进行分析。【结果】从128对引物中筛选得到41对具有多态性引物,每个引物组合产生6～41个多态性条带,共产生537个多态性条带,多态性条带率达49.5%,平均每个引物组合产生13.1个多态性条带;每个引物组合产生1～13个特异性条带,共产生115个特异性条带,特异性条带率为10.6%,平均每个引物组合产生2.8个特异性条带。聚类分析将23个小麦抗叶锈病近等基因系和Thatcher在相似系数0.72处分为A、B两大类,其中96%的个体归入B类。B类又分为Ⅰ、Ⅱ两个亚类,95%的个体聚在第Ⅱ亚类。第Ⅱ亚类在相似系数为0.785附近分为4小类。【结论】23个小麦抗叶锈病近等基因系间存在一定的差异。SRAP技术是一种简单有效的分子标记系统,可在小麦叶锈病抗病基因的研究中应用。     

河北省21个小麦品种抗叶锈基因的推导

选用了18个小麦叶锈菌菌系对河北省的21个小麦品种(系)进行了抗性基因推导。通过与31个抗叶锈的单基因系的反应作比较,在河北省的品种中鉴定出Lr1,Lr3,Lr3Bg,Lr18,Lr26和Lr30共6个抗性基因。冀麦15有Lr3,冀麦3号有Lr3Bg;有8个品种有3个基因,其中7个品种例如冀麦23等,有Lr3,Lr3Bg 和Lr26,另一品种冀麦20有Lr18,Lr26和Lr30。有两个品系88-5424和84—5103有4个基因;前者有Lr1,Lr18,Lr26和Lr30,后者有Lr3,Lr3Bg,Lr18和Lr26。冀麦26和冬协4号有与供试的已知基因不同的基因;在丰抗8号等3个品种中没有鉴定出抗性基因。Lr26最为普遍,在13个品种中存在。     

小麦Brock抗白粉病基因近等基因系的培育与分子检测

【目的】通过对2对抗白粉病近等基因系(NILs)Brock/015//京4117、Brock×京4117的遗传背景进行分子检测,使其应用于小麦抗白粉病遗传机理的研究和辅助选择育种。【方法】通过AFLP分子标记方法,检测NILs、Brock、京411遗传背景。同时,对Brock×京4117F2分离群体的抗、感单株进行了分子标记筛选与抗白粉病连锁性分析。【结果】在NILs中发现有"亲二型"、"偏抗病供体亲本Brock型"、"偏轮回亲本京411型"和"交换型"4种AFLP带型。在Brock、NILs和Brock×京411F2分离抗、感单株中,筛选到P15/M14-160AFLP分子标记,这个标记在轮回亲本京411和感病单株中不存在。【结论】AFLP分子检测表明,2对NILs的AFLP带型能反映出Brock和京411双亲遗传背景,这种方法能用于NIL遗传背景检测。P15/M14-160AFLP分子标记与Brock中的抗白粉病基因紧密连锁,为小麦抗白粉病辅助选择育种奠定了基础。     

山东省小麦叶锈菌生理小种检测及毒性基因分析

１９９１～１９９４年共测定叶锈菌菌株１２５个．鉴定结果表明，山东省叶锈菌优势生理小种为洛１０类群中的叶中４号，与８０年代初鉴定结果比较已发生了改变；叶中４号各菌株对山东省主要栽培品种（１００万亩以上）苗期毒力频率，除鲁麦１５外，都在９０％以上；利用已知抗叶锈基因的近等基因系对山东省叶锈菌群体毒性基因出现频率进行测定分析，认为抗叶锈基因（组合）Ｌｒ１９、Ｌｒ２０、Ｌｒ２５、Ｌｒ１３＋３Ｋａ、Ｌｒ３ａ＋３、Ｌｒ２７＋３１＋１０、Ｌｒ１＋２０是山东省小麦抗叶锈育种可以利用的抗病基因（组合）．     

小麦叶锈菌离体培养研究

用 45 %特克多胶悬剂、15 %TBZ乳油、6 -BA作保鲜剂 ,分别以脱脂棉、滤纸、水琼脂培养基为载体进行小麦叶锈菌离体培养 ,表明在 3种保绿剂中 ,6 -BA的保绿效果最好 ,且小麦叶锈病病程和症状均与温室苗期试验相当 ,45 %特克多胶悬剂次之 ,15 %TBZ乳油效果较差。一定范围内保绿剂的浓度低 ,发病快、褪绿早 ;反之 ,发病慢、褪绿晚 ,但浓度太高不仅影响保绿效果 ,而且影响叶锈病的发生。 3种保绿剂的最适使用剂量分别为 :45 %特克多胶悬剂 5 0 μL·L-1、15 %TBZ乳油 2 5 μL·L-1、6 -BA 2 5～ 75mg·kg-1。叶龄影响离体叶片的保绿效果 ,以叶龄小的初展叶效果最佳。衬垫物灭菌与否对保绿及病害发生无显著影响。三种衬垫物中 ,以脱脂棉效果最好 ,滤纸次之 ,水琼脂效果最差。试验证明以 6 -BA 2 5～ 75mg·kg-1为保绿剂 ,以脱脂棉为衬垫物 ,取叶龄小的初展叶作离体叶片 ,在 18～ 2 0℃的生化培养箱中培养 ,利于叶片的保绿及小麦叶锈菌的生长。该方法比清水法提高保绿效果 1倍以上 ,是行之有效的专性寄生菌离体培养方法之一。     

小麦叶锈菌生理分化研究中的问题和改进意见

Stakman建立的用鉴别寄主鉴定锈菌生理小种的方法对抗病育种曾起了很大的作用,然而实践证明还存在不少问题。(1)生物间遗传学指出,Stakman建立的方法。其观点偏重于锈菌分类,而忽视寄主和病原物的相互作用。所以所用的鉴别寄主仅注意其鉴别作用,可与生产毫无关系,可以鉴定出许多小种,而不知道它们与生产有关的品种有什么关系。(2)在自然间寄主和病原物是以群体对群体起相互作用的,而传统研究是研究个体与个体的关系。此外,小种内存在变异性,被鉴定为同一小种的不同菌株的毒性不一定相同,任意选择一个菌株来测定品种的抗病性未必有代表性,用这种方法测出的抗病品种推广出去就容易引起抗病性丧失问题。(3)在不同生态条件下形成的锈菌的群体毒性不一定相同,这种毒性不同的类群我们称为生态类群。过去的小麦品种抗病性测定工作多在局限的条件下用人工接种进行。把用这种方法测出的抗病品种推广到广大的锈菌群体中去,也容易引起抗病性丧失问题。我们赞成今后研究小麦锈病应有群体观点,用毒力频率,毒力组合,抗性组合等方法来研究小麦群体和锈病群体的关系。应有生态观点,用异地鉴定来监测锈菌毒性和品种抗性的变异。应有进化观点,以基因鉴定来代替小种鉴定,把寄主的病原物相互作用研究放在遗传学基础上。在利用已知基因作鉴别寄主方面,虽然抗原的抗性基因可与Lr近等基因系的相同,但由于表现型相同基因型不一定相同,所以这两种材料都得同时采用,不能互相代替。抗性基因鉴定是复杂的。一般认为阿芙乐尔会有Lr26基因。Bastos认为除Lr26外,还有Lr3。杨文香认为除Lr26和Lr3外,还有Lrl4a。又Bastos认为洛夫林13含有Lr26和Lr3,相文香认为只含有Lr24,检查不到Lr3。     

已知Lr基因小麦在叶锈菌侵染过程中PO活性及其同工酶的变化

利用２个近等基因系ＴｃＬｒ３和ＴｃＬｒ２６及３个小麦品种洛夫林１０＜Ｌｔ２６＞、阿芙乐尔＜Ｌｒ３＋Ｌｒ２６＞、和洛夫林１３＜Ｌｒ３＋Ｌｒ２６＞分别与２个毒力不同的叶锈菌（Ｐｕｃｃｉｎｉａｒｅｃｏｎｄｉｔａｆ．ｓｐ．ｔｒｉｔｉｃｉ）小种１０—２和冀７７—１，组合成亲和程度不同的品种—小种组合。对侵柒过程中过氧化物酶（ＰＯ）活性及其同工酶谱的变化进行了研究。结果表明，ＴｃＬｒ３与小种互作过程中ＰＯ活性变化是单峰曲线特征，峰值出现在接种后３６ｈ，同时在ＰＯ同工酶谱的变化中表现出ｐ１６．３，６．８处的酶带活性增强，而ＴｃＬｒ２６和其他含Ｌｒ２６的各品种与小种互作过程中ＰＯ活性变化均呈双峰曲线特征，峰Ⅰ，Ⅱ分别出现在接种后３６ｈ和８４ｈ，同时在ｐｏ同工酶谱变化中也有特征性表现。     

中国小麦叶锈菌群体的毒性基因分析

 1986-1991年间，利用已知抗叶锈病基因的小麦近等基因系（或单基因系）作鉴别寄主，首次采用毒性基因频率、毒性因子（FV）、毒性值（VV）和Shannon-Wiener多样性指数等反映群体水平的参数，对我国小麦叶锈菌的毒性基因结构、频率、时间动态、空间格局及不同生理小种毒性基因的异质性等进行了比较分析。结果表明，毒性基因 V2a、V9、V15、V19、V24、V28、V29的出现频率较低（小于30%），其对应的抗性基因为目前我国小麦叶锈菌的有效抗病基因；V1、V3ka、V10、V26的频率处于升高的趋势，V2a、V15的频率有下降的趋势；不同地区叶锈菌群体的毒性因子、毒性值和毒性基因组合的多样性明显不同，我国和北美的叶锈菌至少存在4-5个毒性基因的差异；不同生理小种的毒性基因结构差异显著，叶中3号不具备V26基因，叶中34号不具有V1、V14a、V17和V27基因，而叶中4号携带有这些毒性基因。文中还对利用近等基因系作鉴别寄主的优点进行了讨论。     

河北省小麦叶锈菌群体毒性基因组成分析

将Browder和Wolfe分别提出的两种毒力频率法的原理结合起来研究1991年河北省小麦叶锈菌群体毒性基因及其组合的频率,以反映其相应的抗性基因及其组合的可用性。结果表明:V_(2d),V_a 等10个毒性基因的相对频率在56.58%以上,是优势毒性基因;V_(2c),V_(24)等5个毒性基因的相对频率在7.92%以下,属稀少基因,V_1,V_(2a)等14个毒性基因的相对频率为12.07%～44.75%,介于以上二者之间。在7个与目前生产有密切关系的优势毒性基因中,以V_(3B?,10,17,23,26),V_(3B?,10,14ab,17,23,26),和V_(1,?Bg,10,14ab,17,23,26)为优势组合,达14.04%以上。在不同毒性基因组合中,出现频率较高的有V_(3B?,26),V_(?B?,10,26),V_(3Bg,10,23,36),V_(3Bg,10,17,23,26),和V_(?B?,10,14ab,17,23,26),其频率分别为89.47%,71.93%,61.40%,55.26%和34.21%,说明其相应的抗性基因组合的联合抗病性差,不宜在生产上同时利用。     

小麦被叶锈菌侵染后ATPase活性及定位分析

用抗叶锈性不同的三个小麦品种 (洛夫林10、冀麦三号和5389) 分别接种两个毒力不同的叶锈菌 (puccinia rccondita f.sp.tritici) 小种 (366和165)、组成已知亲和程度不同的品种—小种组合。结果表明,不亲和组合接种后36h,ATPase活性峰值大而高,组织定位显示ATPase活性提高的部位位于侵柴菌丝接触的细胞及相邻细胞的胞壁和质膜附近;亲和组合接种48h以后,ATPase活性下降,并低于对照水平,组织定位未发现侵染细胞ATPase活性的增强;接种72h以后,侵染菌丝有较高的ATPase活性;慢锈组合ATPase活性介于亲和与不亲和组合之间。     

1990年河北省小麦叶锈菌群体的毒性基因分析

本文采用Wolfe等提出的毒性频率分析法首次对河北省小麦叶锈菌群体的毒性基因及其频率进行了研究，结果表明：毒性基因V2d,Vs,V14a,V14B,V16和V18在叶锈菌群体中普遍存在，相对频率高于82.35%；V9，V19，V24，V25，V28和V29较少，相对频率为0-16.61%；V1，V2a,V2c,V3Bg,V10,V14ab,V15,V17,V21,V23,V26和V30介于以上二者之间，相对频率为21.22-73.61%。作者根据毒性基因在各地区的分布，初步提出省内抗性基因布局意见。