中国47个小麦新品种系苗期抗叶锈基因推导.docx

1、中国47个小麦新品种系苗期抗叶锈基因推导中国47个小麦新品种（系）苗期抗叶锈基因推导袁军海1,2,3，刘太国1，陈万权1（1中国农业科学院植物保护研究所植物病虫害生物学国家重点实验室，北京 100094；2中国农业大学农学与生物技术学院，北京 100094； 3河北北方学院农学系，宣化 075131）摘要：【目的】探明中国47个小麦新品种（系）携带的苗期抗叶锈基因状况，改进和完善基因推导方法。【方法】选用17个具有较高鉴别能力的致病类型，在不同温度和（或）光照强度下测定，结合系谱分析进行基因推导。【结果】在供试的47个小麦品种（系）中，推导出Lr1（存在于11个品种或品系中）、Lr3（7）、L

2、r3bg（3）、Lr9（3）、Lr10（3）、Lr13（10）、Lr16（6）、Lr23（2）、Lr26（14）和Lr34（1）共10个已知抗病基因，另有42个品种（系）含有未知基因。【结论】在苗期进行基因推导时，尽量多地选择鉴别能力强的致病类型，在相对稳定均一的环境条件下重复测定，并结合系谱分析，才能获得可靠的结果。结合温度与光照强度梯度，具有持久抗病性潜质的抗叶锈基因Lr13和Lr34可在苗期进行推导。关键词：小麦；叶锈；抗病基因；基因推导；成株期抗病性Postulation of Leaf Rust Resistance Genes in 47 New Wheat Cultivars (

3、Lines) at Seedling StageYUAN Jun-hai1,2,3, LIU Tai-guo1, CHEN Wan-quan1（1State Key Laboratory for Biology of Plant Diseases and Insect Pests, Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100094; 2College of Agriculture and Biotechnology, China Agricultural Univers

4、ity, Beijing 100094; 3Department of Agronomy, Hebei North University, Xuanhua, Hebei, 075131）Abstract: 【Objective】 The objectives of this study were to ascertain leaf rust resistance genes in 47 new wheat cultivars (lines) at seedling stage, and to consummate the methods of gene postulation. 【Method

5、】Seventeen pathotypes of Puccinia triticina under the different temperatures and (or) light intensity conditions and pedigree analysis were used for the postulation of leaf rust resistance genes in the tested cultivars (or lines).【Result】Ten named genes, Lr1 (in 11 cultivars or lines), Lr3 (7), Lr3b

6、g (3), Lr9 (3), Lr10 (3), Lr13 (10), Lr16 (6), Lr23 (2), Lr26 (14), and Lr34 (1), were identified. Unknown genes were found in forty-two cultivars (lines). 【Conclusion】The study suggested that Lr13 and Lr34, two potentially durable resistance genes, could be postulated at the seedling stage with dif

7、ferent temperature and light intensity, and reliable results could only be obtained from more differential pathotypes, repeated tests under relatively steady and uniform environment, combined with pedigree analysis.Key words: Wheat; Leaf rust; Resistance gene; Gene postulation; Adult plant resistanc

8、e0 引言【研究意义】叶锈病是中国小麦的主要病害之一。选育抗病品种并合理运用，是该病最经济、有效、简便和环境安全的防治措施。抗病品种的合理运用，实际是品种抗病基因的合理运用。基因推导可以在短期内获得大量品种的遗传信息，所以在此病的防治中具有重要意义。【前人研究进展】19912003年，国内外在中国小麦品种抗叶锈病基因推导方面作了大量工作117，涉及品种（系）或抗源材料约650个。在这些品种（系）或抗源材料中，有95个出现在2篇或2篇以上的文献中。然而，基因推导结果完全一致的只有11个，16个仅未知基因不同或涉及难以在苗期推导出来的基因，可归为基本一致，其余均有较大差异（笔者未发表资料，据上述文

9、献总结）。【本研究切入点】这给应用带来很大困难，甚至混乱。因此，本试验选用17个具有较高鉴别能力的致病类型，在不同温度和（或）光照强度下测定，结合系谱分析。【拟解决的关键问题】对中国20032004年培育的47个品种（系）进行基因推导，在此基础上，结合以往的基因推导结果，进行深入分析，以期改进和完善基因推导方法。1 材料与方法1.1 试验材料供试的47个待测小麦品种（系）绝大多数属20032004年度国家小麦区域试验材料，其名称、系谱、来源和成株期抗病性见表1，郑州5389为感病对照。进行Lr34推导时，另加入4个表现叶尖坏死症状的品种（系）：新克旱9号13、垦红1515、龙94-408315

10、,16和中国春18。成株期抗病性包括严重度和抗感反应2部分。严重度按Peterson19的改良Cobb标准目测；抗感反应按0（免疫）、R（抗）、MR（中抗）、MS（中感）和S（感）5级划分。供试的45个已知抗叶锈病小麦近等基因系（或单基因系）中，Lr14a引自美国农业部禾谷类锈病室，Lr37引自法国，Lr38的载体品系为中国品种中4，其余均由国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）提供。部分基因及其载体品系列于表2。试验所用的17个叶锈菌致病类型，除CBG/QQ和MFH/SP引自国际玉米小麦改良中心外，其余均从采自中国不同麦区的标样中分离筛选而来。所有致病类型均经过单孢子堆分离。致病类型主要按Lo

11、ng等20的方法命名，两个附加密码按Singh等21的方法命名。1.2 试验方法将47个待测品种（系）和45个近等基因系（或单基因系）顺序编号，以郑州5389为对照，播于盛有营养土的塑料盒中，每品种57粒。播种前20 d左右开始繁菌，待第1叶片展开第2叶片露尖（1叶1心期）时接种新鲜菌种。方法是：先将小麦叶片用清水去蜡，然后将夏孢子粉配成含0.05%吐温20的悬浮液，用小型喷壶均匀喷洒在叶片表面。接种后的塑料盒放入保湿桶内，喷水雾，在1620下黑暗保湿2024 h，然后转入RXZ-300B型智能人工气候箱（宁波江南仪器厂生产）内培养，每天光照14 h，光照强度12 000 Lux（由18根日光

12、灯管控制）。致病类型DGS/HB、DHS/GD、PHT/RN和PHT/RP各接种3套材料，分别在低温（8 ）、常温（18 ）和高温（28 ）3个不同温度的人工气候箱内同时培养。其余致病类型均在常温气候箱内测定。致病类型PHT/RN、PHT/RP和THT/TP另在光照强度约为2 700 Lux（减少为4根灯管）的条件下测定，每天光照10 h，温度8 。待充分发病（28 1012 d、18 1214 d、8 1820 d）后，按Roelfs22的标准划分为0、；、1、2、X、Y、Z、3和4共9级记载侵染型，然后比较待测品种（系）和已知基因对一系列致病类型互作产生的抗感反应模式，根据Browder2

13、3和Dubin等24提出的原则进行基因推导。2 结果与分析供试的17小麦叶锈菌致病类型与45个小麦抗叶锈病近等基因系（或单基因系）相互作用的侵染型列于表2，与47个待测品种（系）及垦红15等4个表现叶尖坏死症状的品种（系）相互作用的侵染型列于表3。感病对照郑州5389对所测试的致病类型均表现高度感病，说明接种成功。沈免1167、沈免2059和沈免2063在苗期对所有测试的致病类型均表现免疫或近免疫（表3），成株期也都表现免疫（表1）。由表2可见，在苗期对所有测试的致病类型均表现免疫或近免疫的只有Lr9、Lr25和Lr38，且在前期的研究中均表现为成株期免疫25。Lr19、Lr23、Lr24、L

14、r28和Lr42虽然也表现为成株期免疫25，但本试验中在苗期均有毒性致病类型（表2），故不可能单独存在于上述3品系中。Lr9和沈免1167等3品系与致病类型PHT/RN和PHT/RP在低温下互作时均表现较大面积的坏死；Lr38无此特点；Lr25虽然在低温下对PHT/RN表现较大面积坏死，但对PHT/RP无此特点。另外，Lr25对DGS/HB在高温下表现较大面积坏死，而沈免1167等3品系却无此特点。由表1系谱可知，3品系具有辽春10号、沈免96和L252等共同亲本，其中L252的系谱是“冀-青大/CI15282-原冬3号”，抗叶锈性源于CI15282（杨作民，私人交流）。刘志勇等26利用Lr9

15、的PCR标记检测发现，系谱中有CI15282的材料，如BL10（CI15282/原冬3号）、BL15（B6.2甲/冀-CI15282）、BL22（T317/冀-CI15282/BT881）和L293（015/B6.2甲/冀-CI15282）等，均含有Lr9。综上所述，如果沈表1 供试小麦品种（系）的名称、系谱、来源和成株期抗病性Table 1 Name, pedigree, sources and adult stage resistance of tested cultivars or lines序号No.品 种Cultivar系 谱Pedigree来 源Source成株期抗病性Adult

16、plant resistance1沈免1167 Shenmian 1167沈免91/L252/铁春1号/3/辽春10号/4/沈免96Shenmian 91/L252/Tiechun 1/3/Liaochun 10/4/Shenmian 96辽宁沈阳Shenyang, Liaoning02沈免2059 Shenmian 2059沈免96/L252/2*铁春1号/3/沈免85/SY24/沈免97017/4/辽春10号Shenmian 96/L252/2*Tiechun 1/3/Shenmian 85/SY24/Shenmian 97017/4/Liaochun 10辽宁沈阳Shenyang, Li

17、aoning03沈免2063 Shenmian 2063沈免96091/SY38/沈免96/L252/3/沈免96/SY39/4/辽春10号Shenmian 96091/SY38/Shenmian 96/L252/3/Shenmian 96/SY39/4/Liaochun 10辽宁沈阳Shenyang, Liaoning0400中13 00 Zhong 13鲁麦15/93中6 Lumai 15/93 Zhong 6北京Beijing25MR5丰收60 Fengshou 60周麦11/温麦6号/郑州8960 Zhoumai 11/Wenmai 6/Zhengzhou 8960河南新乡Xinxia

18、ng, Henan20MSS6郑麦005 Zhengmai 00585-5072/89330A河南郑州Zhengzhou, Henan25S7川00062 Chuan 00062墨444/90-7 Mo 444/90-7四川成都Chengdu, Sichuan08SW8688Milans/SW5193四川成都Chengdu, Sichuan09K繁9 K Fan 9津强1号/辽春10号 Jinqiang 1/Liaochun 10天津 Tianjin30MRR10百农9310 Bainong 9310矮早781/百农62/Fr87-5 Aizao781/Bainong 62/Fr87-5河南新

19、乡Xinxiang, Henan5MRR11洛优9909 Luoyou 9909POBEDA系选 line selection of POBEDA河南洛阳Luoyang, Henan5S12PH6911鲁麦16/PH85-4 Lumai 16/PH85-4山东泰安Taian, Shandong20R138821-1-1RFM /101-A甘肃定西 Dingxi, Gansu10MRR14早抗1号 Zaokang 1冀5418/豫麦18 Ji5418/Yumai18河南确山 Queshan, Henan25S15992-1779213-194/92B-4074云南昆明 Kunming, Yunn

20、an0167483258?北京 Beijing10MSS(Ltn)新克旱9号 New Kehan 9克丰2号/克74F3-249-3 Kefeng 2/Ke 74F3-249-3黑龙江克山Keshan, Heilongjiang15MS(Ltn)垦红15 Kenhong 15克81-89/龙85-5318 Ke 81-89/Long 85-5318黑龙江兴隆Xinglong, Heilongjiang25R(Ltn)龙94-4083 Long 94-4083龙87-7129/克88-2060 Long 87-7129/Ke 88-2060黑龙江克山 Keshan, Heilongjiang0(

21、Ltn)中国春 Chinese Spring未知 Unknown未知 UnknownTR(Ltn)1746648-1川育5号/墨460/绵阳26 Chuanyu 5/Mo 460/Mianyang 26北京 Beijing018京优598 Jingyou 598京冬6/钱尼 Jingdong 6/Chenney北京 Beijing60MRR19东农97-4056Dongnong 97-4056东907251/东88-9056 Dong 907251/Dong 88-9056黑龙江哈尔滨Harbin, Heilongjiang40MRR20阳97-2 Yang 97-2烟农19号变异 Varia

22、tion of Yannong 19山东阳信 Yangxin, Shandong5S21安96-8 An 96-8L9288022-21/兴农5号 L9288022-21/Xingnong 5贵州安顺 Anshun, Guizhou15R22白硬冬1号 Baiyingdong 18151-4/9411-1-2河北石家庄 Shijiazhuang, Hebei70MR-MS23京农01-224Jingnong 01-224京冬8号/农大3338/931 Jingdong 8/Nongda 3338/931北京 Beijing60R24京垦49 Jingken 49京411/农大3338 Jing

23、 411/Nongda 3338北京 Beijing5R25鲁By6281 Lu By6281引进的早代材料76597经Co60辐射系统选育而成line selection of introduced 76597, radiated with Co60 山东济南 Jinan, Shandong50MRR26宛麦369 Wanmai 369Tai182(3)/宛抗43/Tai7107/内乡182(4)Tai182(3)/Wankang 43/Tai7107/Neixiang 182(4)河南南阳 Nanyang, Henan15MS27煤生0201 Meisheng 0201鲁麦14/70142

24、0-1-25/鲁麦5号 Lumai 14/701420-1-25/Lumai 5安徽淮北Huaibei, Anhui028青春221 Qingchun 221Genesis用SDS-PAGE方法筛选 Genesis screened by means of SDS-PAGE青海西宁Xining, Qinghai029永3168 Yong 3168TaL/永1265 TaL/Yong 1265宁夏永宁Yongning, Ningia030皖9949 Wan 9949矮败轮回群体可育株离子束诱变Ion beam mutagenesis of fertile plants in dwarf-male

25、-sterile recurrent population安徽凤阳Fengyang, Anhui15MS31GC0013159(经CHABAU9403处理雄性不育)/1703159(Male sterility, treated by CHABAU9403)/170北京Beijing40R32GC0023519(经CHABAU9403处理雄性不育)/1703159(Male sterility, treated by CHABAU9403)/170北京Beijing5R33毕2000-2 Bi 2000-28513-1624/吉1002 8513-1624/Ji 1002贵州毕节Bijie,

26、Guizhou034AD-48917C/8295甘肃兰州Lanzhou, Gansu10MR35农大2175 Nongda 2175太谷核不育轮选后代 Progeny of Taigu-genic-sterile recurrent selection北京 Beijing10MR-MS36九三98-61297Jiusan 98-61297（西引1号/41123）F1/多父本 （Xiyin 1/41123）F1/many male parents黑龙江嫩江Nenjiang, Heilongjiang037克97R-110 Ke 97R-110克89-46/Cundo Ke 89-46/Cundo

27、黑龙江克山Keshan, Heilongjiang038豫麦34 Yumai 34矮丰3号/孟201/牛株特/3/豫麦2号 Aifeng 3/Meng 201/Neuzucht/3/Yumai 2河南郑州Zhengzhou, Henan25MS39濮麦9号 Pumai 9（徐州174/内乡183）F1/豫麦24（Xuzhou 174/Neixiang 183）F1/Yumai 24河南濮阳 Puyang, Henan5S40阜阳936 Fuyang 936皖麦20/冀麦5418/内乡188 Wanmai 20/Jimai 5418/Neixiang 188安徽阜阳 Fuyang, Anhui1

28、5MS41徐954 Xu 954郑州8329/周麦9号 Zhengzhou 8329/Zhoumai 9江苏徐州 Xuzhou, Jiangsu25S42R13191S23/黔恢3号 91S23/Qianhui 3四川雅安 Yaan, Sichuan5MS43川麦107 Chuanmai 1072469/80-28-7四川成都 Chengdu, Sichuan20MS44川00030 Chuan 0003088繁8/88-309 88 Fan 8/88-309四川成都 Chengdu, Sichuan10S45内2938 Nei 2938绵阳26/92R178 Mianyang 26/92R1

29、78四川内江 Neijiang, Sichuan25MS46西农957 Xinong 957西农8727/西农1376 Xinong 8727/Xinong1376陕西杨陵 Yangling, Shanxi30S47秦农142 Qinnong 142郑州8329/植87135-2-1-2-9 Zhengzhou 8329/Zhi 87135-2-1-2-9陕西宝鸡 Baoji, Shanxi10MSCK郑州5389 Zhengzhou 5389未知 Unknown未知 Unknown100S免1167等3品系只含有1个抗叶锈基因，则该基因最可能是Lr9。00中13和丰收60的抗感反应模式与Lr

30、26完全一致，说明含有Lr26。本试验中，对致病类型DGS/HB、BGD/BB、CBG/QQ、FBB/RP、FBC/GN、FGJ/QP、PGS/RP和PGT/RP等表现免疫或近免疫，是Lr26的特点。早抗1号、992-17、京农01-224、京垦49、鲁By6281、皖麦369、煤生0201、永3168、宛9949、GC001、GC002和毕2000-2等12个品种（系）也具有上述特点，故认为也含有Lr26。早抗1号系谱中的冀5418应是冀84-5418的简称。郭爱国等3认为，冀84-5418含有Lr26。此外，系谱中含有冀5418的豫农97-01（冀5418/PH82-2）和郑州315（郑州761/TJB/冀5418）都含有Yr927，也从另一侧面证明冀5418可能含有Lr26。所以，早抗1号中的Lr26可能源于冀5418。通过类似的系谱分析可知，00中13中的Lr26可能源于鲁麦1513；丰收60中的Lr26可能源于周麦1115；煤生0201中的Lr26可能源于鲁麦5号11或鲁麦1413,15,17。郑麦005、川00062和SW8688对Lr1的无毒致病类型DGS/HB、DHS/GD、BGD/BB、CBG/QQ、FBB/RP、FBC/GN和FGJ/QP均表现免疫至近免疫，与Lr1接近，说明含有Lr1。46648-1