湖北省主要小麦品种抗病基因分析

明确主导品种和有潜力新品种的抗病基因的组成及其抗性形成机制,可为利用MAS方法高效利用抗病基因、快速聚合主效基因以及多抗小麦新品种的培育提供参考。本研究在明确具有代表性湖北品种抗病性的基础上,选用52个小麦抗赤霉病、条锈病、白粉病和纹枯病的基因(QTL)的功能标记或连锁标记对其进行分子鉴定和分析。分析表明:湖北省主要小麦品种的抗病性整体不强,特别是纹枯病和赤霉病抗性亟待提高;除Fhb1和Fhb4外,其他检测的抗赤霉病主效位点均可以在参试品种中检出3个抗条锈病性基因(Yr2,Yr5和Yr48)和8抗条锈病基因(Pm2,Pm8,Pm16,Pm24,Pm32,Pm33,Pm34和Pm35)可以在参试品种中检出,其中Yr2、Yr48和Pm2存在于所有参试品种中;13个抗纹枯病抗性标记在参试品种中可以被检出。分子检测部分解释了湖北省主要小麦品种的抗病分子基础,为分子标记辅助选择高效利用抗病基因提供参考。     

兼抗型成株抗性小麦品系的培育、鉴定与分子检测

小麦条锈病、叶锈病和白粉病是我国小麦的重要真菌病害,培育兼抗型成株抗性品种是控制病害最为经济有效和持久安全的方法。本研究选用由成株抗性育种方法培育的21份冬小麦高代品系和96份春小麦高代品系,在多个环境下进行这3种病害的成株期抗性鉴定,并利用紧密连锁的分子标记检测了兼抗型基因Lr34/Yr18/Pm38、Lr46/Yr29/Pm39和Sr2/Yr30的分布。田间鉴定表明,21份冬小麦品系中有17份兼抗3种病害,占80.9%;96份春小麦品系中有85份兼抗3种病害,占88.5%。分子标记检测发现,21份冬小麦品系均含QPm.caas-4DL,其中7份还含QPm.caas-2BS,9份还含QPm.caas-2BL;96份春小麦品系中,18份含Lr34/Yr18/Pm38,37份含Lr46/Yr29/Pm39,29份含Sr2/Yr30。以上结果表明,分子标记与常规育种相结合,可有效培育兼抗型成株抗性品种,为我国小麦抗病育种提供了新思路。     

小麦新品种“山农20”抗病基因的分子检测

山农20是2011年和2012年分别通过国家黄淮南、北片审定的小麦高产多抗新品种,在国家区试抗病性鉴定和生产中都表现出良好的抗黄淮麦区主要病害的特性。本研究利用与小麦抗白粉病、条锈病、叶锈病、纹枯病基因和抗赤霉病主效QTL紧密连锁的SSR、SCAR、STS等标记对该品种进行了分子检测,发现山农20含有6个抗白粉病基因(Pm12、Pm24、Pm30、Pm31、Pm35和Pm36),6个抗条锈病基因(Yr5、Yr9、Yr15、Yr24、Yr26和YrTp1),2个抗叶锈病基因(Lr21和Lr26),1个抗纹枯病基因(Ses1),但未检测到抗赤霉病主效QTL。分子检测结果部分解释了山农20的优良抗病性,也为利用分子标记辅助选择培育抗病稳产小麦新品种提供参考。     

241份小麦品种(系)白粉病抗性鉴定与分子标记检测

为了发掘更多的小麦白粉病抗性种质资源,利用我国当前白粉菌流行小种E09和E20分别对241份小麦材料进行苗期白粉病抗性鉴定,同时利用与Pm8、Pm2、Pm4a、Pm21、Pm30和Pm38基因连锁的分子标记检测其分布情况。结果表明,在供试241份小麦材料中,单抗E09、单抗E20以及兼抗E09和E20的材料分别占9.5%,20.7%和12.4%。携带抗病基因Pm38和Pm30的材料较多,分别有59份和40份,携带抗病基因Pm8、Pm21、Pm2和Pm4a的材料偏少,分别有10、2、13和10份,携带两个或两个以上抗病基因的材料很少,尤其在育成品种中更少。综合分析抗性表现与分子标记检测结果,除携带Pm21基因的2份材料对E09和E20均表现抗病外,携带其它抗病基因的材料与E09和E20的抗性没有必然的关系。     

小麦新品种鄂麦170抗病基因的遗传分析

通过已开发分子标记对湖北省有潜力的新品种鄂麦170及其双亲的抗赤霉病、条锈病、白粉病和纹枯病基因进行分子鉴定和分析。结果表明,鄂麦170含有3个主效抗赤霉病基因(Fhb1,Fhb5和以Xwmc273为标记的基因)、3个抗条锈病基因(Yr2,Yr5和Yr26)、8个抗白粉病基因(Pm2,Pm8,Pm16,Pm21,Pm31,Pm33,Pm35和Pm36)和6个抗纹枯病基因(分别以Xwmc397,Xgwm212,Xgdm67,Xwmc497,Xgwm644和Xgwm526为标记)。经分析鄂麦170中可能还有未被检测到的赤霉病抗性位点,而鄂麦170赤霉病抗性优于双亲可能与超亲优势有关;Yr5基因可能对鄂麦170的抗条锈病特性起重要作用;抗白粉病基因Pm21已表现出了感病特征;所检测到的纹枯病抗性位点的表型变异解释率较低。本研究解释了鄂麦170的抗病分子基础,为该品种的推广应用和作为骨干亲本培育多抗小麦新品种提供了参考。     

青藏春冬麦区93份小麦地方种质条锈病抗性评价及抗病基因分子鉴定

为应对当前条锈菌强毒性小种对中国小麦生产带来的威胁,本研究通过鉴定来自青藏春冬麦区的93份小麦地方种质对中国当前条锈菌流行小种或致病类群在苗期和成株期的抗性水平,检测其可能携带的条锈病抗性基因,为培育小麦抗条锈病新品种提供抗源。利用条锈菌流行小种条中32号(CYR32)和条中34号(CYR34)对93份来源于青藏春冬麦区小麦地方品种进行温室苗期抗性鉴定,并于2015—2016、2017—2018和2018—2019年度在四川崇州和绵阳共4个田间环境下,利用由条锈菌流行小种(CYR32、CYR33、CYR34)、水源致病类型(Su11-4、Su11-5)、贵农22致病类型(G22-14)组成的混合菌进行成株期抗性鉴定。同时利用Yr5、Yr10、Yr18、Yr24 (=Yr26)、Yr48、Yr65和Yr67共7个已知抗条锈病基因紧密连锁的侧翼分子标记或功能标记进行检测。抗性鉴定结果表明, 4份(占4.30%)种质对CYR32表现苗期抗性; 3份(占3.26%)对CYR34表现苗期抗性;其中1份种质(白颖无芒小麦)对CYR32和CYR34均表现苗期抗性。10份种质(占10.75%)在4个田间环境中均表现成株期抗性。分子检测结果表明,可能携带Yr18、Yr48和Yr65的种质分别有11份、40份和1份。其中, 7份可能同时携带Yr18+Yr48基因; 3份未检测出供试已知Yr基因,推测其可能携带其他已知或未知条锈病抗性基因。上述研究结果表明,青藏春冬麦区小麦地方种质对中国当前条锈菌流行小种或致病类群的抗性整体水平较低,其携带抗性基因的多样性也较低;建议对表现良好抗性且可能携带未知抗性基因的地方种质进行发掘并利用其加快育种。     

78份四川小麦育成品种(系)条锈病抗性鉴定与抗条锈病基因分子检测

四川省是小麦条锈菌新小种产生的重要地区之一,了解2016年以来四川小麦育成品种(系)对当前流行的条锈菌生理小种和致病类型的抗性水平以及明确其抗条锈病基因的分布状况,可为四川育种防控小麦抗条锈病和品种布局提供理论依据。本研究选择2个小种CYR32和CYR34对78份四川小麦育成品种(系)进行苗期鉴定,利用当前小麦条锈菌优势小种CYR32、CYR33、CYR34,以及贵22-14、贵农致病类群等混合菌进行成株期人工接种鉴定,并利用19个抗条锈病QTL和基因QYr.nwafu-4BL、Yr5、Yr10、Yr15、Yr17、Yr18、Yr26、Yr28、Yr29、Yr30、Yr36、Yr39、Yr41、Yr48、Yr65、Yr67、Yr78、Yr80和Yr81的分子标记对供试材料进行抗条锈病基因检测。结果表明,在78份供试材料的苗期鉴定中,对CYR32表现出抗性的有60份,占76.92%;对CYR34表现出抗性的有40份,占51.28%;同时对CYR32和CYR34表现抗性的有36份,占46.15%。78份小麦品种(系)在成株期均表现抗条锈病,其中绵麦835、蜀麦1743、蜀麦1829和蜀麦1868表现为免疫。苗期和成株期抗病性鉴定结果表明,成株期抗性材料有42份,占53.85%;全生育期抗性材料有36份,占46.15%。分子检测结果表明,可能携带QYr.nwafu-4BL、Yr15、Yr17、Yr18、Yr26、Yr28、Yr29、Yr30、Yr39、Yr41、Yr65、Yr67、Yr78、Yr80和Yr81的材料分别有5、5、45、2、30、5、30、39、3、2、22、8、23、6和24份。同时携带2~6个抗条锈病基因的聚合材料分别有24、22、11、14和3份,占94.87%。所有供试品种(系)均未检测到Yr5、Yr10、Yr36和Yr48,仅西科麦18未检测到上述19个抗条锈病基因,可能携带其他已知或新的条锈病抗性基因。本研究鉴定了78份四川小麦育成品种(系)对条锈病抗性水平整体较好,明确了其携带的抗条锈病基因,为利用其培育持久抗性小麦品种提供了科学依据。     

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。     

中国小麦品种对白粉病的抗性反应与抗病基因检测

利用来自不同生态区的8个白粉菌菌株对20世纪80年代以来国家审定(认定)品种、近期参加国家区域试验的品系和核心种质等小麦材料进行抗病性评价,同时利用与Pm4a、Pm8和Pm21基因连锁的分子标记检测了相关抗病基因的存在。在148个国家审定品种中有16.9%的品种能够抗多个菌株,其中大多是近10年选育的品种。不同年代审定的品种中感病品种的频率均超过50%。各个小麦生产区抗病品种的频率高低与该地区白粉病的严重性和育种的关注程度有一定关系。在1 160份小麦核心种质中抗E09菌株的地方品种和育成品种的比例只有3.4%和4.2%。西南冬麦区和新疆冬麦区入选的品种抗病频率较高,华南冬麦区、东北春麦区和北方春麦区没有发现抗E09菌株的品种。多菌株鉴定结果表明,263份微核心种质中33.7%的品种表现抗病性,其中大多数品种能够抗1~2个菌株,因此在核心种质的利用中应注意选用抗性强的品种作为轮回亲本,同时有必要构建抗白粉病的应用核心种质,以提高核心种质的利用效果。根据抗病基因分子标记检测结果,我国小麦品种有43.2%含有Pm8基因,该基因在区域试验参试品种中的频率也很高,特别是在黄淮麦区培育的品种中频率仍高达50%;Pm4a和Pm21基因主要出现在长江流域培育的品种中。有些抗性突出的品种可能含有其他抗病基因。     

国审小麦品种山农20高产稳产、广适性表现及遗传解析

山农20是山东农业大学利用常规育种与分子标记辅助选择育成的多抗、广适、高产且稳产小麦品种，先后通过国家黄淮南片、北片、新疆和甘肃审定。山农20含有长穗偃麦草和美国种质血缘，表现抗病、大穗和大粒等优异农艺性状。通过基因功能标记或与基因紧密连锁的微卫星标记的检测，分析了山农20含有的控制重要农艺性状的关键基因，得出山农20含有Pm2、Pm24和Pm30白粉病抗性基因，在田间表现出较好的白粉病抗性；含有Yr15和Yr26抗条锈基因、Lr21抗叶锈基因和Ses1抗纹枯病基因，在田间表现出较好的条锈病、叶锈病及纹枯病抗性；聚合了控制小麦产量三因素的基因位点，即粒重位点QGw6A-29和QTaGW4B.4、穗粒数位点QGns2B-2、穗长位点QS12D-3、分蘖成穗位点QMtw5D-1和QMtw6A，这与其高产、稳产和广适性是一致的。以上信息为深入认识山农20重要农艺性状分子机理提供了线索，对未来小麦遗传改良中高效利用该品种的重要基因具有实用价值。     

小麦抗白粉病基因的分子标记检测及其抗性评价

为了解小麦抗白粉病基因的组成类型以及分布状况,以加快小麦育种进程.本研究收集260份小麦作为亲本材料,根据已开发的小麦白粉病抗性基因Pm2、Pm4、Pm13和Pm21J的分子标记对其进行辅助标记鉴定.统计结果显示,260份亲本材料中,有124份材料含有Pm2单基因(占47.690/01;1份材料含有Pm13单基因(占0.38%);10份材料含有Pm2+Pm4聚合基因(占3.84%);7份材料含有Pm2+Pm13聚合基因(占2.69%);4份材料含有Pm2+Pm21聚合基因(占1.54%1;其余114份材料经上述4种标记检测没有发现相应的带型.结合田间自然诱发鉴定的结果表明:含有Pm2单基因的材料抗性不稳定,含有Pm2、Pm4、Pm13和Pm21聚合基因的材料抗性稳定,其余没有检测出上述相应标记带型的材料中也存在抗性优异的材料,但其抗病机理还需进一步研究,以期为小麦抗病育种提供新的抗源.     

小偃麦异代换系抗病基因的鉴定及其SSR分子标记

小偃麦山农87074-557是小麦一长穗偃麦草双体异代换系,它保留了偃麦草的许多优良特性,是小麦抗病育种和遗传改良的基础材料.本文利用接种鉴定法对山农87074-557的抗病性进行鉴定表明:其对白粉病和条锈病均表现免疫,其抗性基因来源于长穗偃麦草,且其白粉病和条锈病抗性均分别受1对显性基因控制.在592对小麦SSR引物中寻找到1个标记Xgwm344120/150与白粉病抗性基因和条锈病抗性基因连锁,推测白粉病抗性基因可能为新基因,条锈病抗性基因可能不同于已定位的抗小麦条锈病基因.     

分子标记辅助选育小麦抗白粉病、优质高分子量麦谷蛋白亚基聚合体

现代小麦育种的目标是选育丰产、综合抗逆性好的优质小麦新品种,将分子标记技术与传统育种方法相结合可以大大提高育种效率.本研究利用与小麦抗白粉病基因Pm21紧密连锁的共显性PCR标记、以及优质高分子量麦谷蛋白亚基1Dx5 1Dy10特异的PCR标记对以小麦品种安农94212、安农92484为优质亲本和以抗白粉病小麦簇毛麦易位系为抗病亲本的杂交高代材料进行标记位点的检测,结合田间抗病性鉴定结果,筛选、培育出聚合有Pm21和1Dx5 1Dy10的抗白粉病小麦聚合体,为小麦抗病、优质育种提供了具有重要利用价值的中间材料.     

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。     

兼抗全蚀病和白粉病小麦新种质的创制与鉴定

TaLTP5是从小麦中分离到的一个脂质转移蛋白编码基因。利用基因枪介导法将TaLTP5表达载体pA25-TaLTP5转入抗白粉病的小麦品种扬麦18 (含抗白粉病基因Pm21)中, 旨在选育兼抗全蚀病和白粉病的小麦新种质。对转基因小麦T₀~T₃代植株中引入TaLTP5基因进行分子检测和抗病性鉴定。PCR检测、Southern杂交分析结果表明, 外源TaLTP5基因已转入、整合到3个转基因小麦株系的基因组中, 并能稳定遗传; 荧光定量RT-PCR的分析以及全蚀病菌的接种与鉴定结果表明, 与受体小麦扬麦18相比, 这3个转基因小麦株系中TaLTP5表达量显著提高, 其对全蚀病的抗性也明显增强。对3个转基因株系的Pm21分子标记和白粉病抗性鉴定表明, 外源TaLTP5基因的导入没有影响受体小麦对白粉病抗性, 说明这些转基因株系为兼抗全蚀病和白粉病小麦新种质。     

河南省小麦品种白粉病抗性基因的分子鉴定及分子标记辅助育种

对河南省50年来大面积推广的30个小麦品种进行白粉病抗性鉴定,同时利用与Pm2,Pm4,Pm8,Pm13,Pm21及Pm24紧密连锁的PCR标记对这些主推品种进行抗白粉病基因鉴定。其中仅有3个品种抗白粉病,20世纪80年代以前的品种几乎没有上述抗白粉病基因,80年代以后利用Pm8较多,Pm2,Pm4和Pm24也得到了一定的应用,而Pm13和Pm21没有在这些品种中得到使用。同时利用这些标记对2005年在河南省收获面积大于6.67万hm2的14个品种进行鉴定。采用回交育种及分子标记技术相结合将Pm13,Pm21,Pm30和Pm33等抗性基因导入了大面积生产应用的小麦品种郑麦9023之中,获得了抗白粉病的郑麦9023近等基因系,育成郑麦9023抗白粉病的多系品种。采用杂交育种与分子标记技术相结合,育成郑麦835、郑麦863等白粉病抗性基因聚合的新品种和含有Pm21的抗病品种郑麦883。     

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 iSelect 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。     

小麦品种贵农21抗条锈病基因的SSR标记

对贵农21携带的条锈病 (Puccinia striiformis Westend f. sp. tritic) 抗性基因进行鉴定和遗传分析,明确了贵农21携带1个抗条锈病显性单基因,暂命名为YrGn21。采用F₂代抗病分离群体和集群分离分析法(BSA),建立了与YrGn21连锁的11个微卫星标记Xcau14、Xwmc49、Xgwm403、Xgdm62、Xwmc272、Xgwm459、Xbarc240、Xbarc187、Xgdm28、Xgwm11和Xgwm413,并将YrGn21定位于小麦1BS的近着丝粒区域,与位于1BS染色体上的Yr26基因具有等位性关系,为贵农21抗条锈病基因在育种中的利用,进行标记辅助选择和基因累加提供了便利。     

分子标记辅助选择小麦抗白粉病基因Pm2、Pm4a、Pm21 的聚合体

利用与小麦抗白粉病基因Pm2、Pm4a和Pm21紧密连锁的PCR标记,对含有Pm2、Pm4a和Pm21的小麦品系复合杂交后代经3轮分子标记选择,得到了一批聚合有Pm2+Pm4a+Pm21 3个基因的抗病植株,以及若干株Pm2+Pm21、Pm4a+Pm21和Pm2+Pm4a 2个基因聚合的植株。同时,还对中选植株进行抗病性人工接种鉴定。结果表明,含有Pm21的聚合体与Pm21基因单独存在时抗性相当,均对白粉病免疫,聚合体Pm2+Pm4a的抗性好于Pm2或Pm4a单独存在时的抗性。为降低分子标记选择成本,将检测Pm4a和Pm21的2种PCR放在一个反应体系中进行,扩增产物经1次电泳,可同时检测出Pm4a和Pm21,不同引物之间没有明显交叉扩增现象。     

小麦条锈病抗源S2199抗病基因分子标记及其与Yr5的关系

选用含有小麦条锈病抗源S2199的杂交组合 (3338/14119//S2199) F4/2*陕354 519株F2单株和其F3家系对S2199抗条锈病基因进行遗传分析和分子标记定位。结果表明,来自条锈病抗源S2199的条锈病抗性为显性单基因控制,暂命名该基因为YrS2199。采用BSA法和SSR分子标记分析,筛选到与抗条锈病基因YrS2199连锁的SSR分子标记Xdp269和Xgwm120,连锁距离分别为0.7和11.0 cM,并将其定位在2BL染色体末端上。这两个分子标记为S2199抗条锈病基因的分子标记辅助选择和抗病基因聚合提供了便利。通过等位性检测和14个条锈菌生理小种分小种鉴定,初步明确了S2199含有的抗条锈病基因可能是Yr5或其等位基因。抗源S2199是一个具有优良农艺性状的材料,为小麦育种提供了一个新的Yr5或其等位基因供体。