70份小麦品种(系)抗条锈病基因推导及检测

徐默然，吕晓欢，王凤涛，蔺瑞明，冯 晶，徐世昌

(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 100193)

小麦条锈病是由小麦条锈菌引起的影响我国小麦产量的重要病害之一，具有突发性强、流行速度快、损失严重等特点。条锈病发病一般使小麦减产0.5%～5%，在锈病大流行年份，减产会达到5%～25%，甚至绝收[1]。

国内外研究与生产实践表明，培育和推广抗病品种是防治小麦条锈病最经济、有效的措施[2]。因此，寻找与培育新抗源，扩大抗源选择与利用范围，加快抗条锈病品种的选育和推广，尽快育成含有新抗源的小麦品种应用于生产中，是小麦条锈病防控面临的首要任务。

每年我国都会培育出大量的优良小麦品种(系)，这些品种(系)在产量、品质、抗病性等方面都有很好的表现。李 北等[3]、曹世勤等[4]、李敏州等[5]、任 勇等[6]、杨立军等[7]、夏先全等[8]分别对重庆、甘肃、陕西、四川、湖北等省(市)小麦主栽品种、后备品种、区试品种和高代材料进行了研究分析，为新抗源的选择利用和品种布局提供了一些参考依据。由于小麦条锈病菌变异及新的毒性小种产生、发展和小麦生产品种抗病基因单一化利用，20世纪50年代至今，小麦品种大范围的抗条锈性“丧失”发生了7次[9]。目前，已命名的抗条锈病基因中仅有Yr5、Yr10、Yr15等全生育期抗性基因和Yr11、Yr12、Yr13、Yr14、Yr16、Yr18等成株期抗性基因以及一些未知的抗病基因仍保持抗性。因此，开展小麦品种抗性鉴定、了解小麦材料抗条锈病基因状况，对合理利用和布局抗病品种，实施抗病基因多样化和抗病基因的轮换等具有重要意义。

本研究采用抗条锈性鉴定、基因推导分析和分子标记检测相结合的手段对70份小麦品种(系)进行抗性分析和基因解析，以期了解供试小麦品种(系)对条锈病的抗性水平、抗病基因状况及其在品种中的分布，为合理实施抗病基因布局、防治小麦条锈病提供参考信息。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料包括70份小麦品种(系)、38份已知基因载体品种(系)和感病对照品种铭贤169，以及用于成株期田间接种的条锈菌混合菌系包括CYR34、CYR33、CYR32、CYR31、CYR30、CYR29、CYR17和Su-1分别由中国农业科学院植物保护研究所、甘肃省农业科学院植物保护研究所和四川省农业科学院植物保护研究所提供。苗期基因推导分析选用国内外24个具有不同毒性谱的条锈菌系，按照国际统一命名法进行命名。

1.2 试验方法

1.2.1 成株期田间抗性鉴定

田间成株期接种抗性鉴定在中国农业科学院植物保护研究所农业部廊坊有害生物科学观测实验站病圃进行。鉴定圃畦长22 m，畦宽3 m，每畦66行；每个品种(系)种两行，行长1 m，畦中间和两侧各种1行铭贤169做为诱发行。在小麦拔节期，选择无风晴天且傍晚地表温度低于12 ℃时，采用孢子悬浮液喷雾接种诱发行。接种后用塑料薄膜覆盖保湿，次日揭开。当铭贤169充分发病，严重度在80%以上时开始调查，记载待测品种(系)的反应型和严重度。记载标准参照中华人民共和国农业行业标准NY/T1443.1-2007。

1.2.2 苗期抗条锈病基因推导分析

将70份待测小麦品种(系)与 38个已知基因载体品系按顺序编号，以铭贤 169 为对照，播于盛有营养土的 35 cm × 24 cm 塑料盒内，每个品种(系)穴播已催芽种子8～10粒，每份材料播种 24 套。待麦苗长至一叶一心时，用扫抹法接种，每个菌系接种一套小麦品种(系)。接种后置于接种间(10±1 ℃)黑暗保湿 24 h，然后麦苗置于自控温室昼15～19 ℃/夜11～15 ℃、光照时间 14 h·d-1、光强 5 000～6 000 lx)内潜育发病。待感病对照铭贤 169 充分发病后调查记载各品种(系)的侵染型。侵染型采用6 级标准，附加“+”或“-”，以表示偏轻或偏重[10]。根据基因推导原则[11-12]，以不同抗病基因载体品种对不同菌系的反应对比待测品种对不同菌系的反应，分析待测品种所携带的抗条锈基因。

1.2.3 小麦抗条锈病基因的分子检测

采用改良的CTAB方法[13]提取小麦叶片DNA。用于检测Yr基因的分子标记由北京三博远志生物技术有限公司合成。各Yr基因检测方法按照Yr5[14]、Yr9[15]、Yr10[16]、Yr15[17]和Yr26[18]相应文献进行。

2 结果与分析

2.1 供试小麦品种(系)的成株期抗条锈性

经田间成株期混合小种鉴定，表现免疫和近免疫(反应型为0～0;)的有川麦53、泛麦8号等24份品种(系)，占品种(系)总数的34.29%；表现高抗和中抗(反应型为1～2)的有平安8号、冀麦585等17份品种(系)，占品种(系)总数的24.29%；表现为中感(反应型为3)的品种(系)占品种(系)总数25.71%；表现型为高感(反应型为4)的有郑丰99488、烟农0428等11份品种(系)，占品种(系)总数的15.71%(表1)。

表1 70份小麦品种的成株期条锈病抗性鉴定及抗条锈病基因分子检测结果Table 1 Resistance and molecular identification of wheat yellow rust in the 70 wheat varieties in adult stage

(续表1 Continued table 1)

序号No.品种(系)Variety(line)反应型Infection type严重度Disease severity抗条锈病基因 Resistance gene Yr5 Yr9 Yr10 Yr15 Yr2632鄂麦519 Emai 519350000133华麦0480 Huamai 04804800000034周麦26 Zhoumai 263101000035冀麦585 Jimai 5851100000036鲁原502 Luyuan 5024100000037河农5290 Henong 5290350010038北农9859 Beinong 98593200000039衡136 Heng 1364400000040玄麦59 Xuanmai 59 0;50000041丰德存麦1号 Fengdecunmai 1000000042中麦13 Zhongmai 131400000043旱优6号 Hanyou 6150010044运旱719 Yunhan 7194800010045项麦9908 Xiangmai 9908000000046西农2002 Xinong 2002001000047尧麦16 Yaomai 16000000048MLT113 000000049秦农66 Qinnong 66000000050中山1号 Zhongshan14600010051长武863 Changwu 863000000052西农418 Xinong 418001000053漯02317 Luo 02317000000054西农331 Xinong 331000010055旱优30 Hanyou 30150000056洛旱12号 Luohan 12150000057小偃9号 Xiaoyan 9000000058中麦0911 Zhongmai 0911000000059长6878 Chang 6878000000060科遗5214 Keyi 5214351000061轮选801 Lunxuan 801000000062农大603 Nongda 6032100010063农大515 Nongda 515150000064航麦1号 Hangmai 1000000065廊研1445 Langyan 14453100000066汶航6号 Wenhang 63800000067小偃60 Xiaoyan 602400000068涡麦8号 Womai 82200000069中原6号 Zhongyuan 6251000070山农06-278 Shannong 06-2781500000

0表示不含抗病基因特征带；1表示含抗病基因特征带。

0 indicates no specific band of resistance gene; 1 indicates specific band of resistance gene.

2.2 苗期基因推导分析

38份已知基因载体品种(系)及70份供试小麦品种(系)对24个小麦条锈菌系的反应型见表2和表3。结果显示，Yr1、Yr2、Yr6、Yr2、HVⅡ、Yr3、V23、Yr5、Yr7、Yr8,19、Yr9、Yr10、Mor、Yr21、Yr26、Yr27、Yr32、YrSu和YrSD等已知抗条锈病基因，以单基因或基因组合形式存在于70份供试小麦品种(系)中。

供试小麦品种中，可能携带小麦抗条锈病基因Yr21的品种(系)共18个，占供试品种(系)总数的25.71%。其中，中麦0911的抗谱与Yr21载体品系的抗谱相吻合，推测其含有Yr21。川麦53、川07225、河农6425、华成3366、河农5290、北农9859、玄麦59、中麦13、长武863、漯02317、洛旱12号、小偃9号、长6878、农大515、廊研1445、小偃60、山农06-278共17个品种(系)抗谱比Lemhi的抗谱宽，推测这些品种除了可能含有Yr21外，还含有其他已知或未知的基因。

含有Yr3的小麦品种(系)共有20份，分别为泛麦8号、周麦18、平安8号、川07225、河农6425、京冬24、山农21、鄂麦519、冀麦585、华麦0480、鲁原502、河农5290、玄麦59、项麦9908、尧麦16、MLT113、旱优30、小偃9号、小偃60、山农06-278，占供试品种(系)的27.14%。这些品种与含有Yr3+基因组合的载体品种抵抗相同的条锈菌系。山农21的抗谱宽于Virmorin 23， 说明山农21除含有Yr3和V23外，可能还含有其他未知的抗病基因或者抗病基因组合。

轮选526的抗谱与Chinese 166的抗谱完全一致，推测其含有Yr1。烟836、冀麦585、尧麦16、周麦28、洛麦24、津农6号、周麦18、玄麦59、MLT113、航麦1号等10个品种(系)的抗谱比Chinese 166的抗谱略宽，因此它们除含有Yr1外，还含有其他已知或未知的抗条锈基因。

含有Yr2的小麦品种(系)有川麦53、绵5218、平安8号、淮麦30、新麦25、川07225、舜麦1718、烟农0428、陇育4号、京冬24、华成3366、衡136、旱优30。含有Yr2和Yr6基因组合的品种(系)有泛麦8号、沧麦6005、山农21、尧麦16、秦农66、漯02317、小偃9号、农大515、航麦1号、山农06-278。含有Yr2,HVII的品种(系)有平安8号和旱优30。

舜麦1718、中麦13、秦农66、小偃60的抗谱比含有Yr7载体品种的抗谱略宽，推测这些品种(系)可能除含有Yr7外，还含有其他未知的抗病基因或基因组合。农大515和小偃60的抗谱比Lee的抗谱宽，推测这两个品种(系)除了含有Yr7、Yr22、Yr23外，还含有其他的未知抗病基因或基因组合。

可能含有Yr27的小麦品种(系)有川07225、陇育4号、鲁原502、旱优30共4个品种(系)。可能含有Yr8和Yr19的小麦品种(系)有绵5218、舜麦1718、沧麦6005、烟836。只含有Yr8的小麦品种(系)有汶航6号。津农6号、秦农66、航麦1号含有YrSD。川07225、轮选801和山农06-278可能含有Yr32。可能含有Yr6和Yr20,的品种(系)有陇鉴0071和小偃9号。可能含有YrSu的小麦品种(系)为烟836。

农大3494、旱优6号、运旱719、中山1号、农大603与含有Yr10的载体品系的抗谱一致，均对具有Yr10毒性的菌系90E140高度感病，因此推测这些品种(系)可能含有Yr10。西农331含有Yr10和Mor。金禾9123感染对Yr26有毒的菌系73E172，推测其含有Yr26。

含有Yr5的载体品种能够抵抗本次试验中的所有条锈菌优势小种(表2)。在本次试验中有8个品种(系)能够抵抗供试所有条锈菌小种，它们分别是郑丰99488、农大212、云麦57、周麦26、西农2002、西农418、科遗5214和中原6号。因此，推测这几个品种(系)可能含有Yr5或其他未知基因。扬麦158、中麦415、晋麦86号、丰德存麦1号、涡麦8号等5个品种(系)对供试的24个条锈菌生理小种均高度感病，推测它们不携带供试的已知抗条锈病基因。

2.3 分子标记检测抗病基因

表1为利用分子标记检测70份小麦品种(系)的结果。其中，含有抗条锈病基因Yr5特征带的品种(系)有绵5218、郑丰99488、淮麦30、农大212、云麦57、华成3366、周麦26、西农2002、西农418、科遗5214、中原6号共11个品种(系)，与基因推导结果大致相同，但绵5218基因推导并未推导出含有Yr5；川麦53、中麦175两个品种扩增出了与Yr9载体品种(系)Lovrin 13一致的条带，而基因推导中未发现含有Yr9基因品种；泛麦8号、烟农0428、农大3494、河农5290、旱优6号、运旱719、中山1号、西农331、农大603共9份检测出与Yr10载体品种(系)Moro所具有的特异性条带，而基因推导结果只有6个品种(系)推导出含有Yr10基因，其中泛麦8号、烟农0428和河农5290在基因推导中并没有推导出含有Yr10；含有抗条锈病基因Yr15的品种(系)只有津农6号，但基因推导并未推测出津农6号含有小麦抗条锈病基因Yr15；有4份材料检测出含有小麦抗条锈病基因Yr26，分别为川麦53、金禾9123、陇育4号、鄂麦519，而在基因推导中只推导出金禾9123含有Yr26。

表2 38个已知基因载体品系对24个条锈菌系的抗性谱Table 2 Resistance patterns of the 38 lines with known Yrresistance genes to 24 isolates of Puccinia striiformis

a+：未知抗性基因。b表中数字为侵染型，分为6级，0：叶片不产生任何症状；0; ：叶片产生小坏死斑，不产生夏孢子堆；1：叶片产生坏死斑，坏死斑上零星散生很小的夏孢子堆；2：叶片退绿或坏死，夏孢子堆中等大小；3：叶片连片退绿，产生大量夏孢子堆；4：叶片不退绿，上面着生大量夏孢子堆；数字后的“+”或“-”表示感病偏轻或偏重。下同。

a+:Unknown resistance gene.bValue represents infection type with 6 classes, 0:Leaves with no symptom; 0;:Leaves with small necrosis but no sporulation; 1:Leaves with some necrosis with only a trace of slight sporulation; 2:Leaves with chlorosis flecks or necrosis with moderately sporulation; 3:Leaves with extensive sporulation production with some chlorosis; 4:Leaves without chlorosis and with extensive sporulation production; “+” or “-” behind the value indicate more or less serious infection. The same below.

表3 供试小麦品种(系)对24个条锈菌菌系的反应型及可能含有的抗性基因Table 3 Resistance patterns of the tested wheat varieties(lines) to 24 isolates of Puccinia striiformis and the postulated Yr genes

品种序号名称同表1。郑丰99488、农大212、云麦57、周麦26、西农2002、西农418、科遗5214和中原6号对24个菌株全部免疫到近免疫，未在表中列出。扬麦158、中麦415、晋麦86号、丰德存麦1号和涡麦8号对24个菌株全部高感，也未在表中列出。中麦175分子标记检测到但基因推导中未发现抗条锈基因Yr9，数据未列出。

The number and name of the varieties(lines) are same as table 1. Zhengfeng 99488, Nongda 212, Yunmai 57, Zhoumai 26, Xinong 2002, Xinong 418, Keyi 5214 and Zhongyuan 6 were immune or nearly immune to 24 isolates ofPucciniastriiformis, and were not listed in the table. Yangmai 158, Zhongmai 415, Jinmai 86, Fengdecunmai 1, Womai 8 were highly susceptible to 24 isolates ofPucciniastriiformis, and were also not listed in the table.Yr9was detected by molecular marker but not found by gene postulation in Zhongmai 175, and the data was not listed in the table.

3 讨 论

了解小麦品种的抗病性及抗病基因情况，有助于合理利用小麦品种，阻断病菌扩展，预防病害的发生。本研究对70份小麦品种(系)进行抗病性鉴定，其中表现免疫、近免疫、高抗和中抗的品种有41份，说明供试材料成株期对当前流行的条锈菌混合小种具有良好的抗性。其中对条锈菌生理混合小种表现为0或0；的小麦品种(系)含有很好的抗条锈病基因，在今后的生产中，这些品种(系)是较理想的选择；对条锈菌混合小种表现高抗或中抗水平的品种(系)含有某些抗条锈病的基因，具有一定的利用价值。曹世勤等[19]发现冀鲁豫的146份小麦生产品种(系)抗条锈性较弱。徐晓丹等[20]研究发现部分生产主栽品种携带新的抗条锈病基因。在今后小麦品种育种的过程中，需要加强抗条锈病的筛选和鉴定，增强抗病基因组合的利用，避免抗病基因单一化。

基因推导分析发现小麦抗条锈病已知抗病基因Yr1、Yr2、HVⅡ、Yr3、Yr5、Yr6、Yr7、Yr8、Yr9、Yr10、Yr19、Yr20、Yr21、Yr22、Yr23、Yr26、Yr27、Yr32、YrSu和YrSD以单基因或基因组合形式存在于70份供试小麦材料中。其中，Yr21来源于北美鉴别寄主Lemhi，除了对美国条锈菌生理小种CDL-21表现抗病以外，对其他已知条锈菌生理小种均感病[21]，在本研究中Yr21只对3个小种表现近免疫，对1个品种表现中抗，说明该基因已丧失对大部分条锈菌的抗性。Yr1虽然在育种中已不再使用，但曾被广泛使用，在国审品种和农家品种分别占到13.6%和25%[22-23]。本研究中含有Yr1的小麦品种(系)共有10个。Yr1对当前流行小种已经失去抗性，但对个别小种仍具有一定的抗性，可以通过基因聚合，拓宽品种抗性谱，达到提高抗性水平。

含有抗条锈病基因Yr3的品种(系)有泛麦8号等共20个品种(系)。含有Yr2基因以及Yr2和Yr6、Yr2和HVII基因组合的小麦品种(系)共23个。夏先全等[8]对四川省常规小麦品种抗条锈基因进行分析，Yr2所占比例最大。Yr2和Yr3出现的频率较高可能是由于培育新品种(系)的亲本有Joss Cambier、Cappelle Desprez和Mega背景。品种Joss Cambie中除含有Yr2外还含有成株抗性基因Yr11，品种Cappelle Desprez和Mega除含有Yr3外，也分别含有成株抗性基因Yr16与Yr12[24]，这几个基因对当前国内流行的条锈菌小种均表现出抗性，是很好的成株抗性基因，所以在培育新品种(系)中频繁使用致使Yr2和Yr3基因在小麦品种(系)中大量出现。

小麦抗条锈病基因Yr5是在斯卑尔脱小麦(T.speltaalbum)中发现的[25]。李锋奇等[26]和董淑静[24]分别在黄淮麦区的126份和河南省42个小麦品种(系)中检测到郑育麦031等6个品种(系)和阿勃等5个品种(系)含有Yr5。本研究中郑丰99488等8个品种(系)可能含有Yr5。Yr15源自四倍体野生二粒小麦(T.dicoccoides)，在供试品种津农6号中检测到Yr15。Yr5和Yr15对当前流行的已知小麦条锈菌生理小种表现抗病，但这2个基因却未能充分利用，这可能与它们所在载体品种的农艺性状和丰产性状较差有关[27]。以后应加强对这两个基因在小麦抗条锈病育种中的利用。

Yr9来自小麦-黑麦1BL/1RS易位系，其衍生品种曾在小麦抗病育种工作中起着积极的作用，由于CYR29毒性小种的出现而抗性丧失，因此当前育种中对Yr9的使用率降低。分子标记检测到川麦53和中麦175含有抗条锈基因Yr9。从系谱上分析川麦53含有亲本绵农4号，夏先全等[8]基因推导发现小麦绵农4号含有抗条锈基因Yr9。中麦175系谱中含有洛夫林10号，它是Yr9的直接抗源材料。崔永亮[28]抗条锈病基因推导分析周麦18含有Yr9。而小麦品种(系)中麦415和轮选526的系谱中均具有洛夫林10号，但本研究在这3个品种中均未检测出该基因，可能是不同遗传背景造成的，或者是杂交过程中基因被筛选丢失的缘故。

Yr10源于土耳其小麦PI 178383[29]，被转育到Moro、Jacman和Crest等栽培品种中广泛使用。在我国，李敏州等[5]、王欣等[30]、李锋奇等[25]、伍玲等[31]分别对陕西省、青海省、黄淮麦区和四川省小麦检测，发现Yr10检出率很低。基因推导和分子检测在70份小麦品种中仅有6个品种含有Yr10，说明该基因未被广泛利用。而Yr10对中国大部分条锈菌生理小种都表现高水平抗性，因此在育种中具有一定的利用价值。小麦金禾9123含有亲本92R137，92R137来源于小麦-簇毛麦易位系，含6VS、带Pm21基因、对白粉病免疫。本研究检测到金禾9123含有Yr26基因，与井长勤等[32]研究结果一致。在重庆麦区107份材料中有36%携带Yr26，说明该基因的使用过于频繁[3]。 由于CYR34对Yr26和Yr10具有毒性，尤其对生产上携带Yr26的92R系列和贵农系列有一定的威胁，要注意对该基因合理 使用。

由于遗传基础不同、基因间互作方式差异、菌株毒性、菌种种类有限等因素的存在，使基因推导达不到100%准确的效果，如本研究中分子标记检测到中麦175和川麦53含有抗条锈病基因Yr9，但在中麦175和川麦53中未推导出Yr9。随着分子标记技术的发展，利用抗病基因的分子标记可以快速检测品种所携带的抗病基因。但由于遗传背景和遗传距离等因素，有的抗条锈病分子标记检测效率较低。所以为了提高检测结果的准备性，应利用抗病基因两侧遗传距离最小的分子标记，同时结合抗病性鉴定或系谱信息进行综合分析。目前，正式命名的抗条锈病基因有80多个，有的已丧失抗性，有的仍然保持良好的抗性。而抗病基因聚合或累加，被认为是一种有效的持久抗性，如Yr18与微效基因的聚合使用[33]。因此，小麦育种需要合理、科学的利用已有抗性资源，发掘新的抗病基因，改善小麦品种品质，真正达到基因水平的应用层次。