河南省16个主栽小麦品种抗叶锈基因分析

为了明确河南省小麦品种的抗叶锈性及抗叶锈基因的分布,为小麦品种推广与合理布局、叶锈病防治及抗病育种提供依据,本研究利用2015年采自河南省的5个小麦叶锈菌流行小种混合菌株,对近几年河南省16个主栽小麦品种进行了苗期抗性鉴定,然后选用12个小麦叶锈菌生理小种对这些品种进行苗期基因推导,同时利用与24个小麦抗叶锈基因紧密连锁(或共分离)的30个分子标记对该16个品种进行了抗叶锈基因分子检测。结果显示,供试品种苗期对小麦叶锈菌混合流行小种均表现高度感病;基因推导与分子检测结果表明,供试品种可能含有Lr1、Lr16、Lr26和Lr30这4个抗叶锈基因,其中先麦8号含有Lr1和Lr26;郑麦366和郑麦9023含有Lr1;西农979和怀川916含有Lr16;中麦895、偃展4110、郑麦7698、平安8号、众麦1号、周麦16、衡观35和矮抗58含有Lr26;周麦22中含有Lr26,还可能含有Lr1和Lr30;豫麦49-198和洛麦23可能含有本研究中检测以外的其他抗叶锈基因。因此,河南省主栽小麦品种的抗叶锈基因丰富度较低,今后育种工作应注重引入其他抗叶锈性基因,提高抗叶锈性,有效控制小麦叶锈病。     

TcLr45凝集素类受体蛋白激酶基因克隆与序列分析

在小麦抗叶锈近等基因系TcLr45中扩增出一条凝集素类受体蛋白激酶基因片段。以该序列为靶序列进行3’和5’RCAE-PCR,获得该基因cDNA全长片段为2347bp,该序列具有完整的开放阅读框,共编码730个氨基酸,命名为LecRK-LR45。经软件分析, LecRK-LR45具有典型的凝集素类受体蛋白激酶结构,属于L类型。聚类分析结果表明,LecRK-LR45与山羊草、小麦（Lr34）中的凝集素类受体蛋白激酶基因具有较近的亲缘关系,与玉米、拟南芥的亲缘关系较远。该基因的克隆为研究小麦中凝集素类受体蛋白激酶的功能奠定基础。     

隐匿柄锈菌(小麦叶锈病菌)UP-PCR遗传多样性分析

小麦叶锈病是世界麦区普遍发生的病害。以2008年采集于河北省的29个隐匿柄锈菌(小麦叶锈病菌)单孢子堆分离菌系为试验材料,利用39个小麦抗叶锈近等(单)基因系和7个UP-PCR(Universally Primed PCR)引物对其进行毒性多态性和分子多态性分析。7个UP-PCR引物共检测出48条条带,其中多态性条带41条,多态性百分率为85.42%,表明UP-PCR在隐匿柄锈菌中扩增多态性较高;经聚类分析,遗传相似系数为0.69–0.90,在相似系数0.72处,29个叶锈菌株聚为6组,体现了隐匿柄锈菌菌株间的亲缘关系和差异性,表明UP-PCR技术可用于小麦叶锈病菌群体遗传多样性研究。在物种水平上,隐匿柄锈菌观察等位基因数(Na)为1.85,有效等位基因数(Ne)为1.29,Nei’s基因多样性指数(H)为0.19,Shannon信息指数(I)为0.31,多态位点百分率(P)为85.42%,表明隐匿柄锈菌遗传多样性丰富,其中沧州的群体遗传多样性水平最高,群体内多样性大于群体间多样性。聚类分析表明沧州和石家庄的病菌群体亲缘关系最近,邢台与石家庄的群体亲缘关系最远。隐匿柄锈菌UP-PCR多态性与毒性多态性间无明显相关性,且两者均与地理来源无相关性。     

小麦叶锈病新抗源筛选

小麦叶锈病是小麦生产的主要病害之一,发病严重时往往导致大幅度减产。叶锈菌生理小种的变异易导致抗病基因抗性的丧失,因此不断获得新抗源对小麦抗病育种至关重要。小麦近缘植物中含有丰富的小麦育种所需的抗病基因。本研究从小麦-近缘植物双二倍体、附加系、代换系或易位系等创新种质中筛选出小麦叶锈病新抗源,为利用这些新抗源打下基础。苗期对116份供试材料人工接种美国堪萨斯州流行的小麦叶锈菌混合生理小种 (Lrcomp) ,其中部分材料人工接种09-9-1441-1等5个中国当前流行的叶锈菌生理小种进行抗性鉴定,筛选获得新抗源。116份种质中,31份免疫、近免疫或高抗Lrcomp。含有希尔斯山羊草、尾状山羊草、拟斯卑尔脱山羊草、两芒山羊草、卵穗山羊草、沙融山羊草、柱穗山羊草、顶芒山羊草、小伞山羊草、偏凸山羊草、中间偃麦草、茸毛偃麦草、长穗偃麦草、粗穗披碱草、栽培黑麦、非洲黑麦、提莫菲维染色质的部分种质免疫或高抗Lrcomp,而含二角山羊草、无芒山羊草、沙生冰草、多年生簇毛麦和一年生簇毛麦染色质的种质表现中感至高感Lrcomp。希尔斯山羊草4S染色体、尾状山羊草C#1和D#1染色体和两芒山羊草、顶芒山羊草中可能含有未被报道的抗Lrcomp的新基因,值得进一步向小麦转育。小麦-粗穗披碱草1HtS.1BL罗伯逊易位系对Lrcomp及 09-9-1441-1和09-9-1426-1等5个中国当前流行叶锈菌生理小种近免疫,值得利用染色体工程等方法获得小片段抗病易位系应用于我国小麦抗叶锈育种。     

小麦抗叶锈近等基因系TcLr38抗病相关基因片段的分离

利用差异显示技术,分析小麦TcLr38受小麦叶锈菌诱导的mRNA表达丰度差异,获得了136条差异条带。对136条差异条带进行了回收、重扩增和反向Northern杂交检测,获得一条杂交信号阳性的片段,对该片段进行克隆、测序,该片段长度为425bp。在GenBank中进行Blast比对分析,与普通小麦(Triticum aestivum)同源性较高,并且与小麦抗盐cDNA序列也有较高的同源性;在GrainGenes中进行Blast比对,与小麦的远源亲本粗山羊草(Aegilops tauschii)、栽培一粒小麦(T.monococ-cum)和普通小麦具有较高同源性。利用SegMan软件进行电子克隆延长该片段,未找到与其相符的重叠群。因此确定该片段为TcLr38的cDNA片段,并初步推测该片段可能为一小麦抗病相关基因片段。     

山东省12个主栽小麦品种(系)抗叶锈性分析

本研究旨在明确山东省12个小麦主栽品种(系)抗叶锈性及抗叶锈基因,为小麦品种推广与合理布局、叶锈病防治及抗病育种提供依据。利用2015年采自山东省的5个小麦叶锈菌流行小种的混合小种对这些材料进行苗期抗性鉴定,然后选用15个小麦叶锈菌生理小种对这些品种(系)进行苗期基因推导,并利用与24个小麦抗叶锈基因紧密连锁(或共分离)的30个分子标记对其进行抗叶锈基因分子检测。结果显示,山东省12个主栽小麦品种(系)苗期对该省2015年的5个小麦叶锈菌混合流行小种均表现高度感病。通过基因推导与分子检测发现,济南17含有Lr16,矮抗58和山农20含有Lr26,其余济麦系列、烟农系列、良星系列等9个品种(系)均未检测到所供试标记片段。此外,本研究还对山东省3个非主栽品种进行了检测,结果发现,中麦175含有抗叶锈基因Lr1和Lr37,含有成株抗性基因;皖麦38只检测到Lr26,济麦20未检测到所供试标记片段。综合以上结果,山东省主栽小麦品种(系)所含抗叶锈基因丰富度较低,尤其不含有对我国小麦叶锈菌流行小种有效的抗锈基因,应该引起高度重视,今后育种工作应注重引入其他抗叶锈基因,提高抗叶锈性。