74份小麦种质材料叶锈病抗性鉴定及抗性基因分子标记检测(一麦众承 朱靖环)

学术   2024-10-31 23:59   江苏  

大家好,我是浙江省农业科学院作物与核技术利用研究所的朱靖环,我在30号(麦客江湖)组,组长是陈红敏,组员有介百永、贺超、李淼淼、丁晓义、廖平安、李长辉、黄建华、陈士强、王黎明、王洪亮、张正斌、聂小军、张双喜、蔺瑞明、柳斌辉、蔺怀龙、申晴、赵焕丽、吉木斯、陈清正、许雁、姜立雁、范新有、刘晨旭和潘玉辉老师。

本人所在课题组于2020年开始对小麦叶锈病进行研究,包括种质材料的抗性鉴定和抗性基因分子标记检测。现将课题组的研究结果进行总结。

一、小麦叶锈病及其危害
小麦叶锈病是小麦“黄疸”的一种,是由小麦隐匿柄锈菌(Puccinia triticina Erikss)侵染引起的一种病害。该病害感染小麦叶片,产生锈斑,覆盖叶片表面,阻碍光合作用,减少能量和养分供应,导致叶片变黄提前枯萎,使小麦在关键灌浆期无法正常进行光合作用,影响籽粒的发育和成熟,造成籽粒饱满度不足和千粒重下降。此外,严重感染时病害扩展到茎秆、叶鞘和穗部,进一步削弱植株的整体健康状态,影响其抗逆性和稳定性,导致产量和质量的双重下降,减产幅度可达20%~50%甚至更高。历史数据显示,不同地理区域和气候条件下叶锈病的流行程度不同,某些年份特别适宜病害暴发,可导致大范围减产,例如2012年叶锈病在我国国内大范围发生,湖北、安徽、江苏、河南、山东、河北和内蒙古等地发病严重,损失重大。叶锈病防治措施包括种植抗病品种、科学管理、及时化学防治和轮作制度等,抗病基因的发掘和育种利用是控制该病害最经济有效的手段。



二、小麦叶锈病抗性特征及评价标准
小麦叶锈病抗性按照时期可划分为全生育期抗性(ASR)和成株期抗性(APR)。其中ASR大多数情况下都具有小种转化特性,而APR抗性大多遗传性复杂不易被叶锈菌小种克服。叶锈病抗性的鉴定可按照七级评分标准进行:“0”,免疫NM,叶片表面无肉眼可见的孢子或坏死斑,叶片颜色正常;“0;”,近免疫NIM,有明显的过敏性坏死斑但无孢子或孢子堆;“1”,高抗HR,分散着生的夏孢子堆,孢子堆周围有坏死斑;“2”,中抗MR,伴有褪绿斑(“绿岛”)和坏死斑,夏孢子堆为小型或中型;“3~4”,慢锈SR,夏孢子堆为小型或中型,病情指数≤30;“3”,中感MS,中型夏孢子堆,病情指数>30;“4”,高感HS,夏孢子堆较大,且呈连续片状,少见“绿岛”,病情指数>30。

三、74份小麦种质的叶锈病抗性鉴定
我们选择两个试验点对课题组持有的74份小麦品种(系)进行种植。试验点情况如下:浙江杭州试验地位于浙江省农业科学院作物与核技术研究所杭州基地,地理位置为E 120°12′,N30°16′ ,海拔15 m。杭州处于亚热带季风区,属于亚热带季风气候,全年平均气温17.8℃,年平均降水量1480mm,降雨集中在5~7月。年日照时数1765小时,年蒸发量1350 mm。均相对湿度70.3%。云南昆明试验地位于云南农业大学校内试验基地,地理位置为N26°5′,E104°4′,海拔1980m。昆明地处云贵高原,属南温带高原季风气候。年平均气温14.9℃,年平均降水量约为1000.5mm,降雨主要集中在5~9月。年日照时2327.5小时,年蒸发量1856.4mm。相对湿度76%。杭州试验点使用THTT、PHTT和THKT的混合小种进行成株期接种鉴定,昆明试验点自然诱发鉴定。

         表1  74份小麦种质材料的抗性表现


注:I: 免疫;NIM: 近免疫;HR: 高抗;MR: 中抗;SR: 慢锈;MS: 中感;HS: 高感。


综合两地鉴定结果(表1),74份品种(系)中免疫和近免疫品种各有一份,分别为zhb003和份黔兴麦1号;高抗品种(系)3份,占4.1%,包括zhb027、西农511和襄麦46;中抗品种(系)7份,占9.5%,包括D42、S1510、S1618、浙华1号、扬15-133、满江红和后辽麦;慢锈品种(系)23份,占31.1%,包含扬麦158、Y608、扬麦12、小麦Z8、宁麦1529、宁1526、金运麦4号、襄麦21、S1554、S1570、宁资麦16306、宁15219、华麦1095、17扬辐17、S1507、16S127、Y905、安农1589、淮麦22、紫麦19、DP34、中植4号和漯麦D107。中感品种(系)17个,高感品种(系)22个,各占23.0%和29.7%。以上结果中,抗病材料占47.3%,共有35份。

四、74份小麦种质抗叶锈病基因的分子标记检测

利用15个已公布基因的连锁标记(表2)对74份小麦材料进行了鉴定。从结果(表3)来看,全部材料均未检测出Lr9、Lr10、Lr19、Lr20、Lr24、Lr28和Lr38基因。我们着重对35份抗病材料的基因组成进行了分析。在这些抗病材料中共检测出8种抗叶锈病基因:Lr1、Lr21、Lr26、Lr34、Lr37、Lr46、Lr47和Lr67。其中Lr47和Lr67的分布频率最高,在全部抗病材料中均可以检测到;其次是Lr34,分布频率为97.43%,仅慢锈材料Y608中不含Lr34;Lr37和Lr21分别占91.48%和88.57%;Lr1仅在满江红种可以检测到。基因聚合数目最多的品种(系)为华麦1095、西农511、紫麦19、中植4号、漯麦D107和满江红。抗性最强的zhb003含Lr21、Lr46、Lr47、Lr34、Lr37和Lr67基因,黔兴麦1号含Lr21 、Lr47、Lr34、Lr37和Lr67。对比同类基因组合的材料推断两者抗性可能还受其他抗病基因的影响,另外两者抗性差异可能与Lr46有关。以上所述含有抗叶锈病基因的品系均可作为抗病品种改良的良好抗源。



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