小麦种质P10078的成株期条锈病抗性特征及遗传规律

苏萍萍，曾庆东，李海洋，王琪琳,吴建辉，穆京妹，康振生，韩德俊

(1.西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室，陕西杨凌 712100； 2.西北农林科技大学农学院，陕西杨凌 712100； 3.西北农林科技大学植物保护学院，陕西杨凌 712100)

小麦种质P10078的成株期条锈病抗性特征及遗传规律

苏萍萍1,2，曾庆东1,3，李海洋1,2，王琪琳1,3,吴建辉1,3，穆京妹1,2，康振生1,3，韩德俊1,2

(1.西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室，陕西杨凌 712100； 2.西北农林科技大学农学院，陕西杨凌 712100； 3.西北农林科技大学植物保护学院，陕西杨凌 712100)

为明确小麦抗病种质P10078的抗条锈病特征及抗病遗传规律，利用4个小麦条锈菌小种CYR32、CYR33、V26/CM42和Sull-7对P10078进行了苗期分小种鉴定，并分别在陕西杨凌人工接种病圃和甘肃天水自然诱发病圃连续多年对P10078与感病品种铭贤169及其杂交后代(F1、F2、F2∶3)进行成株期抗条锈病鉴定。结果发现，P10078苗期对CYR32、V26/CM42表现为感病(IT:7～8)，对V26/CM42和Sull-7表现为抗病(IT：2)，成株期对混合小种表现为高度抗病(IT：1，S：1%)，表明P10078为包含全生育期抗病基因的成株期抗病品种；F2抗感分离比为3∶1，F2∶3抗感分离比为1∶2∶1，表明P10078成株期抗性由一对显性主效基因控制。P10078所含抗条锈基因为未知抗性基因。

小麦；条锈病；成株期；遗传分析

由条形柄锈菌(Pucciniastriiformisf. sp.tritici)引起的小麦条锈病，是世界性小麦病害[1-2]，也是中国小麦第一大病害，一般流行年份可导致小麦减产20%～30%，大流行年份产量损失可高达50%～60%，甚至颗粒无收[3-4]。防控小麦条锈病最直接有效且安全的方法就是种植抗病品种[5]。由于抗源单一和抗病品种使用不当，致使条锈菌新小种不断产生，导致众多小麦品种3～5年就丧失条锈病抗性[6]。不断筛选小麦新抗源，挖掘抗条锈病新基因是小麦育种长期而重要的工作。

21世纪以来，小麦条锈病在中国发病率呈上升趋势[7]，条锈小种CYR32和CYR33成为重要的流行小种[8]，致使2010年之前中国90%的小麦生产品种丧失抗性，只有少数抗病品种携带抗条锈病基因，如 Yr5、 Yr10、 Yr15和 Yr26[9-10]；对条锈菌小种保持较好抗病性，携带 Yr26的抗病品种作为主要抗源被广泛应用于四川、甘肃、贵州、陕西等地[3,11]。2010年在成都的调查发现，几年前对条锈病高抗的川麦42表现为高感[12-13]，抗病基因 Yr26对新条锈菌小种V26的抗性丧失，导致川麦42、92R137、贵农等系列品种抗条锈性下降[14-16]，因此急需挖掘新型抗源来应对新毒性小种。

P10078是经过多年抗病鉴定，从数千份小麦种质资源中筛选出来的抗病种质，具有优良的成株期抗病性[17]，对当前小麦抗病育种具有潜在应用价值。本试验通过对P10078抗条锈性鉴定、抗性遗传分析和已知抗条锈基因筛查等研究，以期明确其抗条锈遗传规律，为该抗源的深度发掘和在抗病育种中的利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

小麦抗病种质P10078(国家小麦种质库保存号)由西北农林科技大学吉万全教授和王亚娟老师提供，6个已知抗条锈病单基因系抗性材料(分别含 Yr1、 Yr2、 Yr9、 Yr17、 Yr18、 Yr36基因)由美国华盛顿州立大学陈贤明教授提供。P10078与感病亲本铭贤169的杂交各世代(F1、F2及F2∶3)材料均由本实验室保存。

供试小麦条锈菌小种：CYR32、CYR33、V26/CM42、Sull-7小种，由西北农林科技大学植物病理研究所提供。

1.2 方 法

1.2.1 成株期抗条锈性鉴定及抗性遗传分析

2013年9月-2015年9月在陕西杨凌人工混合小种病圃和甘肃天水大田试点种植P10078、铭贤169及其杂交F1、F2、F2∶3材料。参照文献10的方法，在播种后的第二年3月份，接混合条锈小种(CYR32和CYR33)，5月上旬，待诱发行感病品种铭贤169充分发病后，记载各材料的条锈病发病情况，按0～9级标准记录反应型，八级标准记载严重度[3]。统计F2的抗、感病单株比例，并进行卡方测验，推测P10078所含有的抗条锈基因数目。收获F2单株得到F2∶3家系群体，鉴定F2∶3家系的抗病表现，并据此验证F2单株抗病性鉴定结果，并推测其抗病基因型。

1.2.2 苗期抗条锈性鉴定

于2011年12月在西北农林科技大学植物病理研究所温室，将P10078和铭贤169种植于直径10 cm盆中，每份材料种10粒。待小麦生长至二叶期采用抖粉法分小种进行接种[18]， 3次生物学重复。接种后将材料放置保湿桶中，10 ℃、24 h后，转到温室中，12～20 ℃，光照强度9 000 lx，光暗比16 h/8 h，待铭贤169充分发病后(大约两周左右)记载P10078和铭贤169的反应型。反应型按0～9[19]级的标准记载，其中，0～6级为抗病型，7～9级为感病型，每隔3 d调查一次，至少调查3次，以最高反应型作为最终结果[10]。

1.2.3 抗条锈病基因的分子检测

取P10078的叶片，用CTAB法提取基因组DNA。以单基因系抗性材料为阳性对照，铭贤169为阴性对照。应用抗条锈病基因 Yr1、 Yr2、 Yr9、 Yr17、 Yr18及 Yr36的分子标记[20]，参照文献[9]的方法，对P10078进行分子标记检测。

2 结果与分析

2.1 P10078对条锈病的抗性

由表1可知，P10078无论在杨凌人工接种圃，还是在天水自然发病条件下，其成株期均对小麦条锈病表现为高度抗病，铭贤169则均表现为感病，表明P10078具有稳定的成株期抗条锈性，具有极高的发掘应用价值。

为了明确P10078对当前条锈菌流行小种和潜在小种的抗性，采用4个条锈菌生理小种对其进行苗期接种鉴定。其中，CYR32和CYR33为中国小麦条锈菌最重要的2个流行小种，V26/CM42为最近发现的对 Yr26基因类抗源有毒性的新致病类型，具有潜在流行的可能性[21]。结果(表1)显示，铭贤169对所有测试小种均表现为感病反应(IT:8-9)，P10078对CYR33和Sull-7表现为抗病(IT分别为2与4)，对CYR32和V26/CM42表现为感病(IT:7)。

综合成株期和苗期抗条锈性，推测P10078携带有全生育期抗条锈基因。

表1 P10078与铭贤169的抗条锈性

R:抗病；S:感病。成株期数据为反应型/严重度(%)。

R: Resistance；S:Susceptible.Date of adult plant were reaction type/sevenity type(%).

2.2 抗条锈病基因检测结果

利用已知抗条锈病基因 Yr1、 Yr2、 Yr9、 Yr17、 Yr18及 Yr36的分子标记，对抗病种质P10078进行分子检测，结果发现，P10078中未检测到上述基因的相关标记，说明P10078不携带上述6个已知基因。推测其抗条锈性可能由未知的基因决定，具有进一步发掘价值。

2.3 P10078抗条锈性遗传分析

为明确抗病种质P10078成株期抗条锈病的遗传规律，在陕西杨凌人工接种圃对P10078、铭贤169及其杂交F1、F2、F2∶3代进行人工接种混合条锈菌小种(CYR32和CYR33)的抗病性鉴定。结果(图1)显示，F2代株系的抗性反应型呈双峰分布，为典型的质量性状分布模型。杂交后代F1对条锈菌表现高度抗病(IT:0～1)，说明主效抗条锈性基因为显性。F2代抗病株数为135(IT:0～6 )， 感病株数为63(IT:7～9 )，经卡方测验(χ2=0.21<3.84),符合3∶1的期望比。151个F2∶3家系中，纯合抗病家系数为33，抗感分离家系为84，纯合感病株系数为34,经卡方测验(χ2=1.93<5.99，P=0.38>0.05)，符合1∶2∶1的期望比。说明小麦抗病种质P10078成株期抗性至少由一对显性主效基因控制。

3 讨 论

进入21世纪以来，小麦条锈病在中国的发病情况呈上升态势，其原因主要是抗源单一，导致新毒性小种不断产生[22-23]。挖掘持久、广谱新抗源对中国小麦条锈病的持续控制具有重要意义。P10078是国外引进的抗病种质，本实验室自2008年以来，在小麦条锈病高发区的甘肃天水连续种植多年，其成株期始终表现出高度抗病，新毒性小种V26/CM42的出现，并未影响其抗性。本研究结果表明，无论是在陕西杨凌人工接种圃，还是甘肃天水自然诱发圃，P10078成株期都表现为高抗条锈病，具有持久、广谱抗性特征。P10078苗期对CYR32和V26/CM42表现为感病，但对CYR33和Sull-7表现为抗病，表明其含有苗期专化抗病基因。

图1 F2群体抗条锈反应型的分布

本研究利用P10078与感病品种铭贤169杂交，建立F1、F2遗传群体及衍生F2∶3家系，抗病遗传分析表明，抗病种质P10078 成株期抗病性至少由一对显性主效基因控制。通过 Yr1、 Yr2、 Yr9、 Yr17、 Yr18、 Yr36已知基因的分子检测，初步确定P10078 成株期抗性与这些已知基因无关，可能由未知基因决定，具有发掘利用价值。目前，基于对其抗病遗传分析，本课题组已着手利用小麦SNP芯片和和三代测序技术[24-26]，对其成株期抗病性进行快速基因定位，同时，利用SNP发掘与KASP标记开发的技术策略，对抗病基因进行精确定位，以加快该抗源在中国小麦抗病育种中的广泛应用。

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Characterization of Resistance to Stripe Rust and Inheritance at Adult Stage in Wheat Germplasm P10078

SU Pingping1,2, ZENG Qingdong1,3, LI Haiyang1,2, WANG Qilin1,3, WU Jianhui1,3, MU Jingmei1,2, KANG Zhensheng1,3, HAN Dejun1,2

( 1.State Key Laboratory of Crop Stress Biology in Arid Areas, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100, China; 2.College of Agronomy, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100, China; 3.College of Plant Protection, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100, China)

The wheat germplasm P10078 has strong resistance to stripe rust. In order to know its characterization of resistance to stripe rust for exploring and using the resistance sources in wheat breeding, the resistance was investigated using four Chinese prevalent isolates ofPucciniastriiformis(CYR32, CYR33, V26/CM42, Sull-7), at seedling stage in greenhouse, and at adult-plant stage in Yangling by artificial inoculation and Tianshui naturally infection in field trail, respectively. The results showed P10078 is susceptible to CYR32 and V26/CM42(IT:7～8), but resistant to CYR33 and Sull-7(IT：2). It performed highly resistance to stripe rust at adult-plant stage(IT：1，S：1%) in Yangling and Tianshui. The inheritance of resistance was analyzed with F1plants, F2generation and F2∶3lines derived from a cross between P10078 and the susceptible line Mingxian 169. Meanwhile, adult-plant inheritance suggested, F2generation from the cross showed separation ratio close to 3∶1(χ2=0.21<3.84) and F2∶3separation ratio close to 1∶2∶1(χ2=1.93<5.99). This result illustrated that P10078 probably has adult-plant resistance, controlled by a dominant gene.The resistance genes to stripe rust in P10078 are unknown.

Wheat; Stripe rust; Adult plant stage; Genetic analysis

时间：2017-04-07

2016-07-21

2016-10-09 基金项目：国家公益性行业(农业)科研专项(201203014); 国家自然科学基金项目(31371924)；高等学校学科创新引智计划资助项目(B07049)

E-mail：1280405347@qq.com

康振生(E-mail:kangzs@nwsuaf.edu.cn)；韩德俊(E-mail:handj@nwsuaf.edu.cn)

S512.1；S332

A

1009-1041(2017)04-0500-04

网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20170407.1021.018.html