西藏小麦条锈菌群体结构与遗传多样性

为查明西藏小麦条锈菌Puccinia striiformis f. sp. tritici群体结构和遗传多样性,采用中国鉴别寄主和近等基因系鉴别寄主,以及竞争性等位基因特异性PCR-单核苷酸多态性（kompetitive al-lele specific PCR-single nucleotide polymorphism,KASP-SNP）分子标记对2017年采自西藏的150个小麦条锈菌菌系分别进行表型分析和基因型分析。表型分析结果显示,中国鉴别寄主将150个菌系区分为 12 个已知小种、6 个已知致病类型和 13 个未知致病类型,所有菌系均不能侵染中四和Triticum spelta album鉴别寄主。近等基因系鉴别寄主将150个菌系区分为88个毒性类型,这些毒性类型均不侵染携带抗性基因Yr5、Yr10或Yr15的品种。基因型分析结果显示,26对引物将150个菌系划分为73个基因型,表明西藏小麦条锈菌群体基因型丰富。基因流分析结果表明,波密县与洛扎县小麦条锈菌亚群体之间的基因流N_m最高,达5.86,米林县西部与波密县、洛扎县、巴宜县、米林县东部条锈菌亚群体之间的N_m较低,分别为0.25、0.34、0.42和0.67,表明西藏不同地区条锈菌群体之间基因交流强度差异较大。说明西藏作为我国小麦条锈病的独立流行区,条锈菌群体毒性结构复杂,遗传多样性高。     

小麦抗条锈品种遗传多样性的SSR分析

［目的］ 利用SSR标记分析我国几大小麦产区主栽品种中抗锈品种的遗传多样性,为小麦抗条锈育种亲本材料的选择提供参考。［方法］ 以当前条锈菌优势小种接种成株期小麦,从几大小麦产区主栽品种中筛选出抗条锈品种。然后利用SSR标记对筛选出的抗锈品种的遗传多样性进行分析。［结果］ 27对SSR引物在上述抗锈品种中共检测到104个等位变异,平均为3.85个;引物的多态信息含量（PIC）在0.210~0.712之间,平均为0.455;抗锈品种间遗传相似系数平均为0.723,表明筛选出的抗锈品种遗传多样性较低,亲缘较近。［结论］ 聚类分析的结果将抗锈品种分为了4个类群,类群的分布与亲缘的远近和品种的地域有一定的相关性。     

西藏林芝与内地小麦条锈菌分子群体遗传结构及菌源关系

 2009-2010年春季,先后从甘肃、四川、陕西和西藏四省的29个县(市)采集到1 391份小麦条锈病标样,繁殖获得961个菌株,利用SSR分子标记进行群体遗传分析结果表明:甘肃天水、平凉和陇南,陕西宝鸡及汉中,四川阿坝和广元等地条锈菌的遗传多样性比较丰富,而四川宜宾及凉山、西藏林芝的遗传多样性水平相对较低。利用Arlequin软件中的AMOVA方法分析结果表明,小麦条锈菌的遗传变异主要存在于群体内部。内地各种群之间菌源交流频繁(Nm＞4),西藏与内地菌源交流很少(Nm＜1)。采用Structure及聚类分析表明,陕西宝鸡与甘肃平凉间,陕西汉中、甘肃陇南、甘肃天水及四川广元间,存在着频繁的菌源交流关系,四川宜宾和凉山与四川阿坝、陕西汉中和甘肃陇南间存在着菌源交流关系。而西藏与内地间几乎没有菌源交流。初步认为西藏林芝小麦条锈菌可能是一个相对独立的遗传群体。     

甘肃中部及周边地区小麦条锈菌种群的遗传结构分析

为明确甘肃中部与周边地区小麦条锈菌种群的遗传结构及关系,利用SSR分子标记技术对采自甘肃、陕南、青海及新疆等7个地区共369份小麦条锈病菌标样的群体遗传结构进行了分析。结果表明,小麦条锈菌群体Nei’s基因多样性指数为0.39、Shannon信息指数为0.57,各地区条锈菌群体遗传多样性较为丰富,且在不同地区之间存在明显差异,7个条锈菌群体中以天水种群的遗传多样性相对较高,其Nei’s基因多样性指数为0.42、Shannon信息指数为0.61。该地区小麦条锈菌群体间和群体内都存在着一定的遗传分化,群体间遗传变异占总变异的2.24%,群体内遗传变异占总变异的97.76%。表明甘肃中部及周边地区小麦条锈菌群体存在一定的遗传分化,但遗传变异主要发生在群体内部;甘肃中部、陇南及陕南3地的小麦条锈菌种群遗传相似度较高,菌源交流密切。     

甘肃省甘谷县小麦条锈菌群体遗传结构分析

为明确我国小麦条锈菌Puccinia striiformis f. sp. tritici主要越夏地区的群体遗传结构及演变情况,利用SSR荧光检测技术,对甘肃省甘谷县2013—2015年期间连续5个小麦生长季采集的141株小麦条锈菌单孢系基因组DNA进行分子标记分析,对小麦条锈菌季节亚群的遗传多样性进行分析。结果表明,甘谷地区小麦条锈菌的遗传多样性丰富,有效等位基因数为1.71,Shannon信息指数为0.66,2014年秋季(2014A)亚群体的基因型多样性低于其余亚群体。分子变异方差分析结果显示,小麦条锈菌季节亚群体间变异仅占21%,变异主要出现在亚群体内部,表明甘谷地区各季节亚群体间遗传分化水平差异较小,小麦条锈菌群体在一个小范围内基本能维持稳定状态。主坐标分析(PCoA)、遗传分化、基因流以及共享基因型分析均表明2014年秋季(2014A)亚群体的遗传结构与相邻季节亚群体存在一定差异,表明越夏过程对甘谷地区个别年份小麦条锈菌群体周年稳定性造成较大的影响,越冬过程对小麦条锈菌群体的影响相对较小,春季受外来菌源干扰的可能性较低。     

基于KASP技术的小麦条锈菌SNP分子标记开发与评价

为开发用于小麦条锈菌Puccinia striiformis f. sp. tritici群体遗传研究的竞争性等位基因特异性PCR-单核苷酸多态性(kompetitive allele specific PCR-single nucleotide polymorphism,KASPSNP)标记,以中国小麦条锈菌流行小种CYR32的基因组为参考,与美国小麦条锈菌流行小种PST78和印度小麦条锈菌流行小种38S102的基因组进行比对,根据比对到的SNP位点设计KASP-SNP引物,用64个中国小麦条锈菌标样对其进行筛选,同时用13对多态性引物组成的简单重复序列(sim‐ple sequence repeat,SSR)分子标记分析这64个标样,并利用Powermarker 3.25和Structure 2.3软件通过多态性指数和群体遗传结构分析来评价KASP-SNP和SSR两种分子标记。结果显示,共比对到29 929个SNP位点,设计出462对KASP-SNP引物,经64个中国小麦条锈菌标样筛选到43对多态性较好的引物,所开发的这43对KASP-SNP引物多态性信息含量指数平均为0.346,基因多样性指数平均为0.420,而SSR引物的2种指数分别为0.237和0.265,前者较后者分别高出46.0%和58.5%。2种标记结果的群体遗传结构分析可得到类似结果,最佳聚类数K值都为4,云南菌系是遗传结构相对最简单的菌系,湖北菌系是遗传结构相对最复杂的菌系,但个别菌株的遗传划分存在较大差异。表明本研究开发的KASP-SNP分子标记多态性较SSR分子标记更加丰富,具有较好的应用前景。     

陕西省小麦条锈菌群体遗传结构分析

 利用TP-M13-SSR自动荧光检测技术,对陕西省小麦条锈菌群体遗传结构进行了分析。研究结果显示,在物种水平上,陕西省小麦条锈菌群体Nei’s基因多样性指数（H）为0.18、Shannon 信息指数（I）为0.29,表明该省条锈菌群体遗传多样性较为丰富。同时,条锈菌群体遗传多样性在地区之间也存在明显的差异,在7个条锈菌群体中,宁强种群遗传多样性相对较高（H为0.18,I为0.28）。AMOVA分析显示,陕西省小麦条锈菌在地区间、种群间和群体内的遗传分化分别为：12.26%、10.88%和76.86%,表明陕西省小麦条锈菌群体存在一定的遗传分化,但遗传变异主要发生在群体内部。     

黄淮麦区小麦全蚀病菌群体的遗传多样性分析

为了解小麦全蚀病病菌的群体组成和遗传多样性,采用8对多态性较好的微卫星标记,对我国黄淮麦区的116个小麦全蚀病菌株进行了分析。8个SSR标记的平均等位基因数为4.25个,多态性信息含量的平均值为0.66。供试菌株的平均有效等位基因数和基因遗传多样性指数分别为1.46和0.27,漯河群体的遗传多样性水平最高,周口群体最低。不同群体间遗传距离均较小,为0.0199~0.1153,其中徐州和周口群体间的遗传距离相对较大,而周口和驻马店群体间的遗传距离相对较小。分子方差分析结果显示,小麦全蚀病菌群体间和群体内均存在着一定的遗传分化,群体间的遗传变异占总变异的10%,群体内遗传变异占90%。6个群体间的基因流为3.5。根据SSR多态性,对来源不同菌株的UPGMA聚类分析结果显示,小麦全蚀病菌群体结构与地理来源有一定的关系。     

2010-2011年小麦条锈菌群体的温度敏感性与毒性及遗传多样性的关系

为了明确小麦条锈菌毒性、遗传多样性以及温度敏感性三者之间的关系,本研究利用21个已知抗条锈病基因近等基因品系对2010-2011年生长季采自6个省市78株已知温度敏感性(ET50)的小麦条锈菌群体进行毒性鉴定,并利用AFLP技术对其进行遗传多样性分析。苗期毒性鉴定结果表明,不同省市小麦条锈菌群体的毒性基因多样性存在一定差异,甘肃菌株群体毒性多样性指数H值最高,为0.269 3,云南菌株群体最低,为0.150 4。遗传多样性结果显示,6省市小麦条锈菌群体遗传多样性指数H值范围在0.125 5~0.165 3之间,遗传一致度GI为0.964 7~0.987 2,遗传距离GD为0.012 9~0.036 0。三者的相关性分析表明,条锈菌群体毒性多样性与平均ET50显著负相关,与ET50变异系数正相关,而与遗传多样性没有显著的相关关系。     

中国小麦条锈菌主要流行菌系的寄生适合度研究

 为了预测我国未来小麦条锈菌的优势种群,本研究采用抗性组分法测定了我国条锈菌主要流行菌系的寄生适合度。结果表明:决定我国小麦条锈菌最重要的寄生适合度属性为条锈菌的产孢能力(繁殖力),其次为条锈菌的侵染能力,再次为扩展能力;建立了小麦条锈菌寄生适合度属性3个主成份的数学模型;在供试的菌系中,Su11-4、Su11-14和CY32相对寄生适合度较高,已经成为我国目前小麦条锈菌的优势小种(类型);CY31由于其寄生适合度较低,出现频率逐年下降,已成为次要小种,感染"中四"苗期的新菌系T4类型,由于其寄生适合度低,也不会成为今后一个时期的流行小种。     

中国小麦条锈菌4个主要流行小种的寄生适合度

 以12个全国大面积种植的小麦生产品种和1个高感品种为试材,利用抗性组分法研究了中国小麦条锈菌(Puccinia striiformis f.sp.tritici,Pst)4个主要流行小种条中32号、条中31号、水源11-14和水源11-4的寄生适合度。因子分析结果表明,病害量是度量条锈菌生理小种寄生适合度最重要的参数,其次是夏孢子生活力、产孢能力、产孢面积、产孢期,由此提出寄生适合度=(产孢量×侵染概率×夏孢子堆密度×夏孢子萌发率)/潜育期。研究还发现,条中32号的寄生适合度最高,致病性最强,与目前该小种为优势小种的事实相符;水源11-14的寄生适合度较高,有较大的发展潜力,在抗病育种中应予以高度重视。     

应用HYSPLIT-4模式分析小麦条锈病菌远程传播事例

 小麦条锈病的发生及大区流行与病原菌的远程传播密切相关。预测小麦条锈病大区流行的关键是搞清病原菌的远程传播路线和孢子云浓度变化规律。气流是菌源传播的主要动力,因此,气流运动的物理模型是对小麦条锈病菌远程传播事例分析的有力工具。本研究利用再分析格点资料(NCEP/NCAR Reanalysis Data),基于HYSPLIT-4模式,对历史上我国小麦条锈病菌远程传播的经典事例(分别发生于1960、1964、1975和1983年)进行了分析,着落区孢子浓度时间序列模拟结果与观察到病害发生前几天的降雨事件是相符的,结果表明小麦条锈病的远程传播及发生时间可通过计算大气环流运动来预测,病原菌孢子的沉降除由于孢子自身重力而引起的沉降外,很大程度上还受到降雨引起的湿沉降的影响。HYS-PLIT-4模式可用于探讨我国小麦条锈病区域间菌源传播关系问题,进行病害的预测预报,进一步指导我国小麦条锈病越夏和越冬调查以及菌源区综合治理和小麦品种布局。该研究在方法和技术上也可为研究其它病原菌远程传播提供借鉴。     

2013-2016年甘肃省小麦条锈菌生理小种变异监测

2013-2016年对1 000份甘肃省小麦条锈菌标样进行生理小种鉴定和监测, 结果表明:共监测到56个生理小种及致病类型。贵农22致病类群已占据优势地位, 出现频率由2013年的28.72%上升到2016年的66.76%。新小种条中34号(原代号贵22-9)出现频率由2013年的11.28%上升到2016年的34.85%, 居第一位; 条中32号出现频率由2013年的15.38%下降到2016年的9.12%, 居第二位; 贵22-14致病类型2016年出现频率6.43%, 居第三位; 条中33号出现频率由13.85%降为5.63%, 居第四位。次要小种HY4、HY8、水11-4、水11-5、水11-7及贵22-8、贵22-45、贵22-74等类型出现频率较低, 在051%~615%之间。毒性频率分析发现, 到2016年对 Yr9、Yr3b + Yr4b、YrSu、Yr26 基因的毒性频率均超过58%, 其中对 Yr26 超过72%, 甘肃省小麦条锈菌群体已进入以条中34号为主、贵农22致病类群占优势的新的变异活跃期。抗锈育种应以针对条中34号、条中32号、条中33号为主, 兼顾贵农22、Hybrid 46和水源11致病类群中其他类型。     

2010年西藏小麦条锈菌生理小种群体结构与分析

西藏地区是中国相对独立的小麦种植区,小麦条锈病是西藏冬小麦上最重要的病害.长期以来,对西藏小麦条锈菌生理小种群体结构缺乏全面系统的了解.为了弄清西藏小麦条锈菌生理小种群体结构,本研究从西藏地区小麦条锈病发生的关键地区采集并鉴定了小麦条锈菌标样261份.西藏地区小麦条锈菌群体结构复杂,小种类型数多,主要优势小种以CYR32和CYR33为主,水源11类群为优势类群,Hybrid46类群结构简单,未发现CYR32以外的类型;CYR32之前的小种数较多、其中CYR17、CYR20、CYR31出现频率较高;西藏小麦条锈菌群体结构与内地有着较大的相似性,同时也有其自身的独特性,表现西藏小麦条锈菌优势小种组成与四川、云南两省相似,与青海省差异较大.推测西藏地区小麦条锈菌与四川和云南省存在较密切的菌源交流,与青海省交流较少.     

云南省德宏州小麦条锈菌越夏调查初报

小麦条锈菌越夏菌源量直接影响着小麦条锈病的发生与流行。为了明确云南省德宏州是否是小麦条锈病菌的越夏菌源地,2010年和2011年在德宏州芒市江东乡海拔1 600、1 700、1 800、1 900m和2 000m处设置了小麦条锈病菌源观察圃,对观测圃中小麦品种和周围落粒自生麦苗上条锈病的发病情况进行调查,实时记录各观察点的温湿度。结果表明:(1)海拔2 000m的菌源观察圃能观测到小麦条锈菌越夏和越冬的情况,越冬菌源量和春季条锈病的发病情况存在相互影响的关系;(2)海拔1 900m及以上的地区最高日平均温度和旬平均温度均低于22℃,为小麦条锈菌的越夏区域;1 600~1 900m的区域内其最高日平均温度在22℃至25℃之间,最高旬平均温度均大于20℃小于23℃,符合小麦条锈菌越夏的理论温度要求;并且海拔1 900m及以上地区的菌源观察圃中可观察到小麦条锈菌越夏。以上结论证实了云南省德宏州芒市是小麦条锈菌的越夏菌源地之一。     

利用小种标记分析云南省两个县的小麦条锈菌群体

 小麦条锈病是由小麦条锈菌（Puccinia striiformis f.sp. tritici）引起的气流传播病害,在世界各主要麦区均有发生,也是我国小麦生产上危害最严重的病害之一。小麦条锈菌毒性变异频繁,易产生新毒性小种,导致小麦品种的抗病基因失效,引起小麦条锈病周期性流行。因此,了解小麦种植区的条锈菌群体结构组成及变异,对于制定更为有效的条锈病控制方法具有重要的意义。     

不同培养载体对小麦条锈菌夏孢子人工萌发的影响

为探索适合小麦条锈菌寄主体外萌发的载体,并建立基于不同研究目的的小麦条锈菌夏孢子人工萌发技术,采用超声波水雾培养法,以小麦条锈菌生理小种CYR32为供试材料,探讨了不同培养载体对小麦条锈菌夏孢子萌发特性的影响.在最适温度和湿度条件下,以4种不同材料为培养载体,小麦条锈菌夏孢子的萌发率、芽管生长率和外观显示情况有显著差异.在尼龙纱网上的夏孢子萌发速度和芽管伸长速度最快,12 h内萌发率最高可达93.40％,芽管最长可达446.71 μm;亲水滤膜上夏孢子的萌发率和芽管长仅次于纱网;亲水塑料膜和PVDF膜上夏孢子的萌发率均高于普通亲水载玻片,而芽管长度低于普通亲水载玻片.采用侧光照明时,在亲水滤膜和PVDF膜上极易清晰观测到夏孢子及其芽管内的黄色颗粒物.在亲水塑料膜上,还可观察到夏孢子萌发12 h后,芽管尾部膨大形成类似附着胞的结构.结果显示,超声波水雾可使条锈菌夏孢子处于水分饱和的环境,而纱网纤维组成的小格具有很好的保水结露功能,能使夏孢子萌发快,萌发效率高,芽管生长快;另一方面,使用其他培养载体还可满足观测条锈菌夏孢子内黄色颗粒物向芽管内转移和芽管尾部形成类似附着胞结构的目的.     

2017年2018年甘肃省小麦条锈菌生理小种变异监测

2017年2018年对采自甘肃省不同生态区的572份小麦条锈菌标样进行生理小种鉴定及监测, 结果表明:两年共监测出37个生理小种及致病类型。其中贵农22类群居第一位, 2017年和2018年出现频率分别为56.88%和50.34%, 中四类群出现频率分别为10.15%和13.85%。主要流行小种中, 条中34号出现频率分别为33.69%和38.51%, 居第一位; 条中32号出现频率分别为13.04%和15.20%, 居第二位; 条中33号出现频率降至5%以下; 贵22-14致病类型出现频率在4%~6.6%之间; 新菌系ZS-1出现频率呈上升趋势, 2017年和2018年出现频率分别为2.90%和7.43%; 次要致病类型中, HY4、HY8、水11-3、水11-7、水11-192及贵22-104、贵22-108、ZS-18等出现频率在0.72%~4.71%之间, 其他致病类型在0.36%以下。毒性分析发现, VYr9、VYr3b+Yr4b、VYrSu、VYr26仍为甘肃省主要毒性致病基因。目前甘肃小麦条锈菌仍处于以条中34号为主的贵农22致病类群占优势阶段。开展中四类群监测是今后条锈菌变异研究的重点。抗条锈育种应以抗条中34号、条中32号、ZS-1为主, 兼顾贵农22及中四类群中其他类型。