全 文 ：来自长穗偃麦草的抗小麦条锈病基因的定位
马渐新　周荣华　董玉琛　贾继增
(中国农业科学院作物品种资源研究所, 农业部作物种质资源与生物技术重点实验室 , 北京 100081)
摘要　对一套小麦_长穗偃麦草二体代换系进行了条锈病抗性鉴定 、抗性遗传和生化分析.结
果表明 , 长穗偃麦草携带有新的抗小麦条锈病基因 , 位于 3E染色体上 , 在小麦背景中呈显性
遗传 , 暂定名为 YrE.长穗偃麦草编码的酯酶_5结构基因位于 3E染色体上 , 暂命名为 Est_E5.
F2群体分析发现 Est_E5与抗病基因 YrE呈共分离 , 表明 Est_E5是检测 3E染色体及其携带的
抗条锈病基因较理想的生化标记位点.单体代换系 3A/3E和 3D/3E中 3E 染色体通过自交的
传递率显著高于 3B/3E中3E通过自交的传递率 , 可能与 E基因组和小麦 A ,B ,D基因组的遗
传分化程度有关.
关键词　小麦_长穗偃麦草　代换系　条锈病　基因定位　生化标记
条锈病(Puccinia striiformis f.sp.tritici)是一种全球性的小麦病害 , 在我国小麦重要产区
陕西 、四川 、甘肃 、云南 、贵州 、河南等省份危害严重 , 其他麦区也常有流行.实践证明 , 筛选和
培育抗病品种是防治小麦条锈病最为经济 、安全和有效的方法 , 而优异的小麦条锈病抗源及
抗病基因是抗病育种的基础.在已经定位和命名的小麦抗条锈病基因中 , 除 Yr5和 Yr10外 ,
其余的抗条锈病基因对我国当前流行的条锈病生理小种已丧失或部分丧失抗性[ 1] .目前我国
小麦生产正面临着条锈病抗源严重匮乏的局面 , 迫切需要寻找和鉴定新的抗小麦条锈病基
因 , 以拓宽小麦抗源的遗传基础.
小麦的野生近缘植物是小麦宝贵的基因资源库 , 通过远缘杂交培育小麦异附加系 、代换
系和易位系是利用外源种质改良小麦的一条重要途径.二倍体长穗偃麦草[ Lophopyrum
elongatum (Host)A.Love (2n=2x=14 , EE)]具有抗盐 、抗旱等许多优良性状[ 2～ 4] , 因而人们
较早地开展了小麦与长穗偃麦草的远缘杂交和回交转育工作 , 相继育成了一套完整的小
麦_长穗偃麦草二体附加系和代换系[ 5 ～ 8] .为了有效地评价和利用这套材料 , 我们对其进行了
小麦条锈病抗性鉴定和遗传分析.本文报道了小麦_长穗偃麦草代换系中抗条锈病基因定位
及生化标记鉴定的研究结果 , 并对长穗偃麦草染色体及其携带的抗条锈病基因在小麦遗传背
景中的传递规律作了初步分析 , 为该抗源向优良小麦品种中的有效转移提供了一定的依据.
1　材料与方法
　　(1)实验材料.　普通小麦品种中国春(CS)_长穗偃麦草双二倍体 、二体代换系由美国加
州大学Davis分校仲干远博士惠赠;CS由本实验室保存;感病小麦品种铭贤 169及用于鉴定代
换系的条锈病混合小种(包括条中 29 ,31和 HyⅢ)由中国农业科学院植物保护研究所锈病组提
供;用于鉴定 F2 分离群体的条锈病生理小种条中 29由陕西省农业科学院植物保护研究所锈
病组提供.
(2)抗病性鉴定.　待幼苗长至一叶一心期 , 分别用抖落孢子法和涂抹法接种 , 对照感病
品种发病充分后 , 分免疫(0)、近免疫(0;)、高抗(1)、中抗(2)、中感(3)、高感(4)等 6级记载抗
病性.
65
第44卷　第 1期 科　学　通　报 1999年1月
简报
(3)酯酶同工酶等电聚焦分析.　参照 Liu等人[ 9]提供的方法 , 染色部分略有改动.染色
液的组成为 75 mg 醋酸_α萘酯 、75mg 醋酸_β萘酯 、150 mg 固蓝 RR盐溶于 10 mL丙酮 , 最后加
入150 mL 0.1 mol/L Tris_HCl(pH=8.5)缓冲液中.
2　结果与分析
2.1　小麦_长穗偃麦草代换系中抗条锈病基因的染色体定位
用我国当前流行的条锈病混合菌种对 CS 及小麦(CS)_长穗偃麦草 1A/1E ～ 7A/7E ,
1B/1E ～ 7B/7E ,1D/1E ～ 7D/7E二体代换系进行了苗期抗性鉴定 , 结果见表 1.
表 1　小麦_长穗偃麦草代换系对小麦条锈病的抗性
材料 抗性a)(反应型) 材料 抗性(反应型)
CS
CS 1A/ 1E DSb)
CS 2A/ 2E DS
CS 3A/ 3E DS
CS 4A/ 4E DS
CS 5A/ 5E DS
CS 6A/ 6E DS
CS 7A/ 7E DS
CS 1B/1E DS
CS 2B/2E DS
CS 3B/3E DS
S
S
S
R
S
S
S
S
S
S
R
(3～ 4)
(3)
(3)
(0)
(3)
(3)
(3)
(3～ 4)
(3)
(3)
(0;)
CS 4B/ 4E DS
CS 5B/ 5E DS
CS 6B/ 6E DS
CS 7B/ 7E DS
CS 1D/1E DS
CS 2D/2E DS
CS 3D/3E DS
CS 4D/4E DS
CS 5D/5E DS
CS 6D/6E DS
CS 7D/7E DS
S
S
S
S
S
S
R
S
S
S
S
(4)
(3)
(3)
(3)
(3)
(3～ 4)
(0～ 0;)
(4)
(3～ 4)
(3～ 4)
(4)
　　a)R为抗病型(0 , 0;, 1 , 2), S为感病型(3 , 4);b)DS表示二体代换系
小麦(CS)_长穗偃麦草3A/3E ,3B/3E ,3D/3E代换系对条锈病表现免疫或近免疫 , CS及
CS遗传背景下的其他代换系均表现感病类型 , 因而代换系中的抗条锈病基因应位于长穗偃
麦草 3E染色体上.由于长穗偃麦草来源的抗条锈病基因及其位点尚未见报道 , 对我国当前
条锈病混合小种免疫的已知抗源只有来自斯卑尔脱山羊草的 Yr5和来自普通小麦的 Yr10 , 因
而我们认为 3E染色体携带有不同于已知抗小麦条锈病基因的新基因.从其抗性水平推测为
主效基因 , 并且CS 的遗传背景对长穗偃麦草抗条锈病基因的抗性表达没有影响.
2.2　长穗偃麦草编码酯酶_5结构基因的染色体定位及其与抗性基因的共分离
为了验证上述基因定位的结果 , 并进一步研究代换系中抗条锈病基因的抗性遗传和传递
规律 , 我们尝试寻找和应用长穗偃麦草染色体特异的生化标记对 3E染色体进行追踪检测.
在小麦种子胚乳中 , 酯酶_5(Est_5)的活性最高 , 约占所有酯酶活性的 2/3 , 并且编码酯酶_5的
结构基因位点已经被定位在小麦的第 3部分同源群长臂上[ 9 ,10] , 因而 Est_5是非常理想的生
化标记位点.我们对上述小麦_长穗偃麦草代换系进行了 Est_5等电聚焦电泳分析 , 结果见图
1.
小麦的 Est_5主要分布在 pH=5.5 ～ 6.8范围之内 , 而在 pH=7.0处 , 3A/3E ,3B/3E , 3D/
3E代换系和小麦_长穗偃麦草双二倍体均出现了一条强的特异带 , CS及其他代换系均没有该
特异带.由此可见 , 长穗偃麦草编码的 Est_5结构基因位于 3E染色体上 , 鉴于长穗偃麦草中
控制该基因表达的染色体位点尚未见报道 , 依据国际小麦基因符号命名规则 , 暂将其定名为
Est_E5.另外 , 从图 1中还可以清晰地看出小麦第3部分同源群染色体 3A ,3B ,3D各自的 Est_5
特异带 , 这与 Ainsworth等人[ 10]和 Liu 等人[ 9]用小麦 CS 缺四体进行 Est_5 分析的结果是一致
66
第44卷　第 1期 科　学　通　报 1999年1月
简报
的.
图 1　小麦_长穗偃麦草代换系 Est_5 等电聚焦图谱
a———CS , b———双二倍体 , c～ i———1A/ 1E～ 7A/ 7E代换系 , j～ p———1B/1E ～ 7B/ 7E代换系 , q～ w———1D/1E ～ 7D/
7E代换系.箭头示长穗偃麦草 3E标记带;1 , 2 ,7示 3A 标记带;4 , 8 ,10 ,11 , 13示 3B标记带;5, 6 , 9 ,12示 3D标记带
对(CS3A/3E×CS)F2 群体同时进行抗性鉴定和 Est_5分析.共鉴定 F2 50株 , 对条锈菌仅
表现出双亲的反应型 , 即抗病(0 ～ 0;)和感病(3), 其中抗病株数为 24 , 感病株数为 26.Est_5
分析的结果表明 , F2群体中所有抗病单株均出现 3E的特异谱带 , 所有感病单株均缺失了 3E
的特异谱带(图 2).
图 2　代换系3A/ 3E×CS F2部分单株的抗性与 Est_5 IEF图谱
r———表示抗病单株 , s———表示感病单株.箭头示抗性基因与 Est_E5共分离
抗条锈病基因与 Est_E5的共分离 , 进一步证实了小麦_长穗偃麦草代换系中的抗条锈病
基因位于 3E染色体上.另外 , 从图 2还可以看出 , 不论 3A染色体存在与否 , 只要有 3E染色
体存在 , 该单株均表现抗病 , 表明该抗条锈病基因在小麦背景中呈显性遗传且不存在剂量效
应.当然仅仅根据 Est_5的谱带不能准确鉴定 F2 单株的染色体组成 , 当 F1 中的 3E染色体在
减数分裂过程中发生错分裂时 , 有可能向 F2 传递缺失 3E长臂或短臂的端体 , 而F2群体中条
锈病抗性与 Est_E5呈共分离遗传 , 表明抗条锈病基因与 Est_E5有可能位于 3E染色体的同一
臂上.
2.3　3E染色体及其携带抗条锈病基因向后代的传递
用Est_E5生化标记分析了 3E染色体在单体代换状态下通过自交的传递率 , 这主要由 F2
67
第44卷　第 1期 科　学　通　报 1999年1月
简报
群体中含有3E染色体的单株比率来体现 , 结果见表 2.
表 2　不同组合 F2 群体中含有 3E 染色体的单株比率
组合 统计株数 含 3E特异带株数 含 3E单株比率/ %
3A/ 3E×CS F2 50 24 48.00
3B/ 3E×CS F2 48 14 29.17
3D/ 3E×CS F2 48 22 45.83
不同组合的 F2群体中含有3E染色体的个体比率普遍低于理论值(75.00%), 在抗性上则
表现为 F2群体显著偏离孟德尔比例(3∶1).类似的研究表明 , 减数分裂过程中外源染色体丢
失及配子竞争可能是偏分离的主要成因[ 11] .3A/3E×CS F2 群体中含有 3E 染色体的个体比率
为48.00%, 与 3D/3E×CS F2群体中含有 3E染色体的个体比率(45.83%)无显著差异(P>0.
90);而 3B/3E×CS F2群体中含有 3E染色体的个体比率仅为 29.17%, 与前两者差异显著(0.
05

3　讨论
　　在小麦背景中 , 长穗偃麦草 3E染色体一般不与小麦染色体发生联会和交换.尽管目前
还不能断定3E染色体携带的条锈病抗性是否为单基因控制 , 但 3E染色体上的抗条锈病基因
以单基因的形式在小麦中传递 , 这也是小麦外源基因的遗传特点之一.根据以往小麦外源抗
病基因的命名惯例(如来自黑麦的 Pm8 ,Yr9 , 来自簇毛麦的 Pm21等), 我们暂将位于 3E 染色
体上的抗条锈病基因命名为 YrE , 并建议命名为 Yr24.
在小麦的近缘植物中 , 长穗偃麦草 E基因组与小麦 A , B ,D基因组的遗传分化程度相对
较小.Zhang 等人[ 4]的研究表明 , 偃麦草 E基因组与小麦 A ,D基因组的亲缘关系比小麦 B基
因组与A ,D基因组的亲缘关系还要近 , 而 E基因组与B基因组的亲缘关系相对较远 , 由此推
断E基因组与A ,D基因组在遗传上具有较高的部分代偿能力.本实验的资料表明 , 单体代换
系3A/3E与 3D/3E中3E染色体通过自交的传递率显著高于 3B/3E中 3E染色体的传递率 ,
这很可能缘于 E基因组与 A ,B ,D基因组之间亲缘关系及功能补偿作用的差异.根据以上分
析 , 在利用小麦_长穗偃麦草抗条锈病代换系进行小麦遗传改良时 , 宜选用 3A/3E或 3D/3E
代换系作抗源亲本 , 这将会提高外源抗条锈病基因的转育效率.
我国曾成功地从国外引进了小麦_黑麦 1B/1R代换系和 1BL/1RS 易位系 , 其携带的白粉
病Pm8 、条锈病 Yr9抗病基因在小麦育种与生产中应用了 10余年 , 现已丧失抗性.由于长穗
偃麦草 E基因组与小麦基因组具有较近的亲缘关系 , 借助于抗性和生化标记辅助选择 , 用农
艺性状优良的小麦品种快速改良代换系的 CS 遗传背景 , 新基因 YrE有可能成为 1B/1R的替
代抗源直接在生产中发挥重要作用.目前我们对该抗源进行回交转育的同时 , 正尝试用Ph基
因突变系创造小麦与 3E染色体的小片段易位系 , 这对外源抗病基因的物理定位和有效利用
会起更大作用.
致谢　作者对吴立人研究员和王晓鸣副研究员在抗条锈病鉴定方面给予的帮助表示感谢.本工作为国家科
委“九五” 攻关资助项目.
68
第44卷　第 1期 科　学　通　报 1999年1月
简报
参　考　文　献
1　王凤乐 , 吴立人 , 徐世昌 , 等.绵阳系小麦抗条锈性变异的系统调查.植物病理学报 , 1996 , 26(2):105～ 109
2　Dvorak J , Edge M , Ross K.On the evolution of the adaptation of Lophopyrum elongatum to growth in saline environments.Proc Acad
Sci USA , 1988 , 85:3 805～ 3 809
3　Zhong G Y , Dvorak J.Chromosomal control of the tolerance of gradually and suddenly imposed salt stress in the Lophopyrum elongatum
and wheat , Triticum aestivum L., genomes.Theor Appl Genet , 1995 , 90:229～ 236
4　Zhang X Y , Dong Y S , Wang R R C.Characterization of genomes and chromosomes in partial amphiploids of the hybrid Triticum aes-
tivum×Thinpyrum ponticum by in situ hybridization, isozyme analysis , and RAPD.Genome , 1996, 39:1 062～ 1 071
5　Dvorak J.Homoeology between Agropyron elongatum chromosomes and Triticum aestivum chromosomes.Can J Genet Cytol , 1980, 21:
243～ 254
6　Dvorak J , Chen K C.Phylogenetic relat ionships between chromosomes of wheat and chromosome 2E of Elytrigia.Can J Genet Cytol ,
1984, 26:128～ 132
7　Dvorak J , Lassner M W , Kota RS , et al.The distribution of the ribosomal RNA genes in the Triticum speltoides and Elytrigia elongata
genomes.Can J Genet Cytol , 1984, 26:628～ 632
8　Tuleen N A , Hart G E.Isolation and characterization of wheat_Elytrigia elongata chromosome 3E and 5E addition and substitution
lines.Genome , 1988 , 30:519～ 524
9　Liu C J , Gale M D.The genetical control and tissue_specificity of esterase isozymes in hexaploid wheat.Theor Appl Genet , 1994, 88:
796～ 802
10　Ainsworth C C, Gale M D , Baird S.The genetic control of grain esterases in hexaploid wheat.I.Alletic variation.Theor Appl Genet ,
1984, 68:219～ 226
11　张文俊 , 景建康 , 胡 含.黑麦 6R染色体在小麦背景中的传递.遗传学报 , 1995, 22(3):211～ 216
(1998-05-06收稿 , 1998-07-21收修改稿)
La3+和 Gd3+对鼠肝癌 H-35细胞
Ca2+内流的影响
李新民①　方宏勋②　郭鹏飞②　杨梦苏②　黄秋霖③　倪嘉缵①
(①中国科学院长春应用化学研究所稀土化学与物理开放实验室 , 长春 130022;②香港城市
大学生物及化学系 , 香港;③香港大学医学院生物化学系 ,香港)
摘要　通过测定 45Ca2+摄取初速度的变化研究了La3+和Gd3+对鼠肝癌H-35细胞Ca2+内流的
影响.发现低浓度 La3+和Gd3+能增加肝癌H-35细胞 Ca2+内流初速度达 6 ～ 10倍.Ca2+内流
的初速度随Ca2+浓度变化的动力学研究表明 ,肝癌 H-35细胞中存在 2类 Ca2+亲和部位的通
道 ,即高亲和位和低亲和位 Ca2+内流通道 ,而 La3+和 Gd3+刺激的肝癌 H-35细胞则只有 1类
Ca
2+亲和位通道 , La3+和Gd3+增加高亲和位 Ca2+结合通道的 Km和 Vmax ,而对于低亲和位的
Ca2+结合通道 Ca2+内流的作用是竞争性的.
关键词　La3+　Gd3+　鼠肝癌 H-35 细胞　Ca2+内流
稀土在农业 、畜牧业及药物学中被广泛地应用.只有了解稀土元素通过环境与食物链进
入动植物体内的作用机理及其生物效应 ,才能对其长期使用后的安全性作出科学的评价.因
69
第44卷　第 1期 科　学　通　报 1999年1月
简报