全 文 ：一9 9 3年第 3期 ( 5 JJ 出 J扳) l习外农学— 麦类作物
球茎大麦抗白粉病显性基因
和 D N A 向栽培大麦的导入
J
.
Xu等
摘 要
为了将四倍体球茎大麦 ( H . 加破欢朋刀)的有用性状导入二倍体栽培大麦( H. ,呐阴理) ,将二者进行杂交 ,并
通过胚培养技术获得了 1 个有生活能力的三倍体 F , 植株。杂种减数分裂染色体配对中形成三价体的平均
频率为 1 . 3/ 每花粉母细胞 ,最多为 5/ 每花粉母细胞 。 三倍体 F : 与二倍体亲本大麦回交 ,获得了 9个 cB : 植
株 . 其中 3 株具有 H汉如叹欢阶招的 D N A 或抗病性 。 用 刀山两 IH ND A 水解的基因组进行 oS ut he rn 印迹时 ,种的特
异性 6 1 1一 bP ND A 探针介 1 1 9 . 2( 位于 H . 加凸临咖 染色体组的端粒上 )清晰地检测出在 cB : 一 5 植株中有 5 个
H
. 加么
~ 的 D N A 片段
,其长度分别为 2 . 1、 2 . 4 、 3 . 4 、 4 . 。和 4 . s kb . 通过 N 一带染色发现 BC : 一 5 植株亦含有
染色体 3 与染色体 4 的异源染色体交换 . 用 卫尽 119 . 2进行原位杂交检测到两条易位染色体之一的端粒区
具有 .H 加级~ 序列
。 另外两个现 : 植株 ( BC : 一 1和现一2) 抗两个白粉病菌系 ,而栽培大麦亲本对这些菌系
则为感染 。 由 cB 广2 所得的 79 株 cB : 中有 32 株抗病 ,盯株感病 ,符合 1 , 1 的分离比例 ,表明抗性是由 1个
显性基因控制的 。 4正反交结果表明 ,与抗病性有关的配子选择具有倾向性 . 通过 D N人 多聚酶链式反应
( CP )R 以 10 碱基随机引物对抗白粉病植株鱿一 2 加以鉴别时 ,发现其中亦具有长短为 kI b 的 .H 加破公 , m
ND A 片段 。 从 79 个 BC : 植株中随机取样 43 株 ,其中有 /无 I kb H . 加面创翻洲人 片段的植株分别为 23 株和
20 株 ,符合 l ’ 1 的分离比例 ,表明毗产物来谅于 l 个单基因位点 ·对叮忧病植株和 1 7 个感病植株各自的混合ND A 的 cP R 分析以及 招个单株的特性分离结果 ,都表明 1kb ND A 片段及抗病性是彼此独立遗
传的 。 所获后代在作物育种上可供作重要的抗源。
材料和方法
杂交
以四倍体 H . 加凌思到扭 的 G cB l村 为父本 ,
以 4 个栽培大麦品种 S u p se 、 。 a琳 15 、 址g o r 和
OB
n an az 为母本 。 s u iP e 是中国的二棱大麦品
种 ,其它 3个均为加拿大六棱春大麦品种 。 杂交
与胚培养用 K a s h a 与 K a o ( 1 9 7 0 )采用的技术 。 4
个栽培大麦品种在生产 F . 杂种与 BC : 代时均
用作母亲 , 在生产 BC : 代时则只用 uS iP e 作为
正反回交的亲本 。
白粉病抗性鉴定
许多研究者不止一次指出 , 远缘杂交种子
的发芽率很低 。 在培育由 T . t初刃帅卿滋 ( k一 2 9 5 5 7)
和 7 个软粒小麦品种杂交获得的 F : 杂种胚时
发现发芽势降低 。 发芽势降低的程度取决于胚
的大小但在很大程度更取决于授粉者的基因
型 。 抑制大于 l m m 杂种胚发芽的因素尚不清
楚 。
用赤霉酸处理 F : 杂种种子 ,仅对一定的杂
交组合有助于发芽 , 这可能取决于控制植物激
素新陈代谢基因工作的特性 。
事先将不成熟胚放在含有脱落酸的培养基
上培养 ,不会提高发芽势 。 虽然脱落酸能促进胚
组织分化 ,但是仅在授粉后 18 一 2 0d 才发现在
胚中积累增强 。 以后 ,它对籽粒发芽起抑制作
用 。 由于该试验采用了 16 一 18 日龄胚 ,所以 ,其
组织分化过程可能与脱落酸的作用无关 。
总之 ,从授粉后第八至九天开始小麦胚能
够完成组织分化 , 并在人工培养基上培育发芽 。
为了避免由远缘杂交获得的胚中止发育 ,需在
人工气候条件下进行杂交 。 用人工培养基培育
杂种胚时 , 必须根据它们对外源性植物激素的
敏感性考虑杂交组合的遗传特性 。
〔王 福 绥 节译 自 E地c T I ,: , K .c x . H a y K : , ,
19 9 2
,
N o
.
l , 1 0 6一 1 1 1 (俄文 ) , 王永负 校〕
国外农学— 麦类作物 1 9 93 年第 3 期 ( 5 ) ]出版 )
用加拿大安大略地区较为流行的两个白粉
病菌系对杂交亲本 、 F, 、 cB : 及 BC : 进行接种鉴
定 。 根据菌系在大麦等基因系 1A , r达 n( 树一。 ) 、
H an n a (M I
一
k )
、
KW
一 kw an (耐一 k )及 只泛 k n o n伍件夕 )
上的反应型分别鉴定出它们对抗性基因 人“ ~ k
和 lM一 a+ 撇一 h是否具有致毒能力 (J . oL ut er · 私
人通讯 ) 。 此外 ,还用从生长室中自然感病株上
收集的混合菌系对 cB : 植株的抗性进行了鉴
定 。 全部供试植株均在 5一 8 叶期用 w of fe 等
( 19 7 5) 的方法分叶鉴定 。 品种 刀劝 n a n不a 对白粉
病各菌系均感染 , 用作所有试验的对照品种 。重
复 4 次 (2 次试验 , 每次各 2 个重复 ) 。 接种
Zw e k 后进行侵染反应型分级 : 有少数菌丝生
长者 刁感染 ;有枯斑而无菌丝生长者为抗病 。
oS
u t蚀m 印迹与原位杂交
用密苏里大学农学系 c . L M c i n t y er 博士
赠送 的具黑 麦重复 D N A 序列 的 2 个 探针
sP
o l l g
.
l 和 蕊反 1 19 . 2 以及作者以前报道的试
验程序 ( x u 等 , 1 9 9 0) 进行杂交 。 发现 2个探针
对 H . 加砚以翎扭 D N人 的杂交信号强 , 对栽培大麦
品种的 D N A 杂交信号弱 ,从而表明这 2个探针
是 H血以。阅栩 种的特异性探针 , 并且二者在 万 .
加必临翻 . 染色体组中的物理位置不同 ,声 c l l 9 . 1
主要分布在着丝点区 ,几个位点间具有何隙 ; 而
咚。 1 1 .9 2 则仅分布在一些端粒区 (图 l , 略 ) 。 可
望在这一异交授粉种 ( H . 加成恐到曰 ) 中发现对
吟“ 1 1 .9 2 的明显异质性 .
多态 D N A 的随机扩增 ( R A卫 0 )
用 8 个 10 一核昔酸随机 引物对 S u iP `
G BC I月1
、
F : 及回交植株染色体组的 D N A 进行
扩 增 , 供试 的染色体 组 D N A 用 dE wa dr 。 等
( 1 9 9 1 )的方法自叶片中提取 ,然后用丙醇沉淀
2 次 。 扩增按 w il ia lsn 等 ( 19 9 0) 的方法进行 ,但
将引物浓度增加到了 0 . 4m M 。
结 果
交配性 、 细胞学与形态学
栽培大麦 s u P i e 、 从 g e r 、 Ch a阔 s 和 刀加 a u az
与四倍体 H . 加迸冷到价 G BC 1 41 杂交后 , F , 杂种的
结实率分别为 1刁. 9% 、 1 . 5% 、 8 . 5%和 54 . 7肠 ;
F : 株数分别为 仑、 0 、 l( 死亡 )和 5 , 第一与第四
组合 ( s u R e 义 O BC I ` l 和 B o n an az 义。现 1 4 1 ) 的
回交结实率分别为 1 . 8% 和 0 . 7% , lc , 株数
分别为 7 和 2 。 全部 n 个 F , 植株的外貌均与
H
. 加沥优明刀 相似 , 其中 10 株 (3 x) 的体细胞染色
体数 ( Z n )为 2 1 条 , 另 l 株为 2 0 条 (表 1、 表 2 ,
略 ) . 10 个 F , 植株细胞减数分裂中期 I 的染色
体配对情况表明 , 上述 2 个组合平均每个花粉
母细胞出现的三价体数分别为 1 . 3( 最高为 5)
和 l . 5( 最高为 4 ) ,这种同源配对提供了获得种
间重组的基础 。 F , 植株的花药皱缩 、花粉粒小 ,
只有 s u iP e 义 G BC I刁l 的 l 株 F , 例外 ,其花药
大且开花时伸出颖壳散粉 , 此特点与 H . 加西砚翻抽
相似 。 当用翻 iP 。 做父本与该 F , 植株回交时 ,
所得的 94 粒种子中严重皱缩者 1 7 . 2% , 部分
皱缩者峨` . 1% ,饱满者 38 . 7% 。 这 94 粒 cB , 种
子中 , 只有 7 粒饱满种子发芽长成了植株 . 另
外 , ( oB an n二 又 G B C I ` 1 ) F , x B心n an az 的 5 粒种
子也长成了 2个 cB 】植株 。
所有 9 株 BC J 在形态上均与栽培大麦相
似 , 体细胞染色体数 (2 n) 为 1 4 。 植株多萦 ,在 6
一 8 叶期每株均栽 8 盆 , 其中 5 盆置于生长室
以备观察 , 3 盆在 4℃的春化室长期保存 。 oB an n -
az 大麦与其 2 株 BC , 无差别 , 而 su iP e 则与其
3 株 BC , 有明显的区别 。 亲本栽培大麦由播种
到抽穗 8 d0 , 而鱿: 一 1 与 cB : 一 5 则为 94 d , 其余
B c : 植株为 7 2一 8d0 。 播后 1 0 6d ,鱿 , 一 1 、耽 , 一 2及
cB o s 的抽穆率分别为 1 . 3% 、 10 . 7%和 2 . 6% ,
明显低于亲本栽培大麦 ( 5 5 . 8% )及其它 cB , 植
株 (2 6 . 1%一 53 . 1% ) 。 这 3 株 cB : 植株发育慢
即表示其具有 H . 加沥“ ” 月 D N A 的植株的细胞减
数分裂中期 I 配对构型正常 , 同栽培大麦亲本
一样 ,均具有 7个二价体 。 在 BC 、一 5 植株供检的
9 2个花粉母细胞中有 97 . 8 %发现 1个四价体 ,
表明在杂合时发生了相互易位 ( x u 和 K as h a ,
1 9 9 2 )
。
基因组 oS ut he rn 印迹与原位杂交
用 SP c l lg . 1 探针对全部 9 株 BC : 植株中
D N人 的 刀山月H l 水解产物进行基因组 oS ut h er n
印迹 ,未检测到 H . 加乃民翻升 的 ND A 。 但 PS o 1 1 .9
r99 3年第 3期 ( 5 月出版 )国外农学— 麦类作物
2探针与 B c , 一 5 植株的 D N A 间则有明显的杂交
信号 (图 a2 ,略 ) 。 应用这一 H . 如阮喇明 种的特异
性探针进行的 oS ut he rn 印迹试验中 , 至少可以
发现长度分别约为 2。 l 、 2 . 刁、 3 . 刁、 刁. 0 与 刁. s kb
的 5 个 D N A 条带 。 在 cB , 一 5 植株的根尖有丝分
裂细胞与减数分裂细胞的原位杂交中也用了
丙 c l l 9 . 2 探针 。 在分裂间期有 30 . 3% ( 2 7 7/
9 1峨)的有丝分裂细胞显示出 1个杂交位点 (图
a3
, 略 ) , 而在分裂中期有 1 8 . 7% ( 91 好 7 5) 的有
丝分裂细胞在 1条染色体的端粒区有 1个杂交
位点 (图 3 , 略 ) . 染色体较淡的似乎杂交信号强
一些 。 在供检的有丝分裂细胞中并未发现 1 个
以上的杂交位点 , 这表明 1条染色体的端粒区
有 1个 H . 加沥砚脚几 D N A 序列 。 供检的减数分裂
细胞中 1 . 3% ( 7 / 6 2) 的细胞常在四价体中有 1
个杂交位点 , 表明携带这一 H . 加山沼翻 序列的
是 1 条易位染色体 .亲本 、 lF 、 cB : 与 clB 植株的白粉病鉴定
` 个栽培大麦命种重感白粉病 , 衬 . 加阮喇明
的抗性是由 l 个显性基因控制的。来自 oB an anz
参与杂交的两株 BC , 均与其亲本 加n an anz 一样感染所有菌系 , 而来自 s u iP 。 参与杂交的 7
株 cB : 中有 2 株抗白粉病 。 cB , 一 l 植株可抗对
从一 h抗病基因致毒的菌 系 , 但感染对 卫卜。 +
斌一` 抗病基因致毒的菌系 。 cB ,一 2植株则抗这
两类菌系 。 除 BC I一 2 植株外 , 所有 BC , 植株在
4℃下保持 n 个月之久后 , 其茎叶尤如受混合
菌系感染一样 ,有严重的病症 。 B c Z 植株茎叶上
有褐色枯死斑 ,但无菌丝生长 ,这是典型的过敏
反应 ,此结果与没有重复的分叶接菌鉴定的结
果是一致的 。
为了研究 H . 加边冷阅明 抗性的遗传 , 用 B c : 一 2
植株与其喂本品种 s u iP e 进行正反回交以产生
B Q 后代 。在 79 个 B c , 植株中 ,有 3 2 株抗病 , 47
株感病 , 经卡方测验符合 l : l 的分离比例 , 而
不符合 3 : 1 的比例 (表 3, 略 ) , 按两个回交群
体分别进行统计 ,结果亦如此 . 这说明抗性是由
单个显性基因控制的。
用 P c R 对基因组 D N A 的扩增放大
将认定具有 H . 加成以到 ,。 种质的 3个 BC : 植
株 、 F : 和亲本 GcB l村 及 su iP e 的大麦染色体
D N A 用 8个随机引物进行扩增放大 ,其中 7 个
引物起到了放大作用 。 一般每个引物放大均可
观察到 5一 10 个扩增了的 D N A 条带 ,在每个试
验中 ,这些 D N A 带的幅度均为 0 . 5一 1 . 3kb 。 栽
培大麦亲本与 H . 加乃“ 翻刀带型的多态性在所有
试验中均可见到 ,在 F , 中可经常发现亲本双方
的强带 . 为了确定 cB , 植株中存在 H . 加改别栩
变异 ,对总计 57 条可区分的条带进行了研究 。
用 AT c T G c G oA c 引物进行扩增放大时 , 发
现在 F : 及回交植株 BC : 一 2 中 ,有 l 条 kI b 的 .H
加必“ 明. 特异性 D N A 带 (图 26 ,略 ) 。 由于该 B cl
植株抗病 , 因此对 I kb 的 H . 加沥吸阴月 特异性带
的遗传及其与杭病性的关系进行了检测 。 从进
行抗性测定的 79 株 B c Z 植株中随机选取 招
株 ,具有或不具有 I kb H . 加函“ . 抽O N A 条带的分
别为 23 株和 20 株 ,符全 l : l 的分离比例 ( x ,
`
= 0
.
2 1
, p = 0
.
7 5一 0 . 5 0 ) , 但不符合 3 : 1 的比
例 (妙 = 1 0. 创 , P < 0 . 00 5) ,表明该 D N A 条带来
自单基因位点 。
将来自 17 个抗病株与 17 个感病株各自的
混合 D N A 分别用引物进行放大以检验遗传连
锁关系 。 在两种放大中 kI b D N A 条带的浓度相
同 (图 2。 , 略 ) ,说明 D N A 条带与抗性传递间没
有可察觉的连锁关系 。 用 招 个单株进行的
n N ^ 条带 ( B + , B一 )和抗性 ( R , S )的分离分析
进一步证实了这一点 . J 组的分离频率为 : g R B
+
:
SR B 一 : 14BS + : 1 ZBS 一 , 符合 ! : l : 二
:
l 的比例 ( X2 = 2 . 1 2 , P = 0 . 7 5一 0 , 5 0 ) 。 结论
是 : H . 加沥“ 翻弓的这两个可传递的特性是独立遗
传的 ,且务离正常 .
讨 论
本研究首次明确地展示了 万 . 如物兑。 的抗
白粉病性能与 D N A 可稳定导入栽培大麦 。 获得
这一成功的因素有两个 , 一是 uS iP 。 参与杂交
的组合中获得了可育的三倍体杂种 , 产生了 94
粒 BC : 种子和 7个成活的 BC , 植株 。再者 , F : 杂
种植株可望出现的高度异质性的配子也可能就
是染色体水平或 D N A 水平上遗传重组的结果 。
国外农学— 麦类作物 19 9 3 年第 3 期 ( 5JJ 矛}} j扳 )
国内外小麦白粉病菌群体
毒性谱研究进展
周益林 盛宝钦
( 中国农科院植保所 北京 10 0 0 9 4 )
摘 要 本文根据大量资料 ,对国内外小麦白粉病菌群体毒性研究采用的材料和方法 、 各国或地区对
小麦白粉病菌感 /抗有效基因的定位以及在白粉病研究方面存在的间题进行了阐述 ,以期望为我国深入研
究小麦白粉病提供依据和参考 .
关键词 小麦 白粉病 毒谱 进展
小麦白粉病菌群体毒谱研究的主要工作是
监测病菌群体的毒性 (基因 )组成 、结构和毒性
频率的年度变化 , 以及它们的地区间差异石其主
要目的有以卞几点 : ( l )通过毒性频率的实况监
测 , 反映抗性基因的“ 丧失 ”情况 。 ( 2) 确定寄主
抗性基因的有效性 , 为合理的抗性基因导入生
产品种 , 也就是说为合理的选择杂交亲本提供
理论依据 。 ( 3) 为评价品种对白粉病的遗传抗性
收集合适的模式小种或菌系 , 这些菌系的广泛
收集 ,可逐步建立小麦白粉菌的毒性基因库 ,为
白粉病的抗源或品种的基因推导服务 。 ( 4) 通过
进一步探讨寄主抗性基因和病原菌毒性基因之
间的机理 , 可为抗性基因的合理轮换和布局以
及病害的管理战略提供理论依据 。
丫丫丫岑丫丫丫丫丫娜丫娜丫岑岑岑七尧介匕岑娜七浇价岁签丫 娜岑岑丫 岑书岑娜七浇留昌娜岑岑岁韶浇梦岁岑岑岑岑岑岑岑娜岑岑岑丫岑丫岑岑岑岑七七穴价咨岑岑岑岑岑岑岑岑岑岑岑岑岑德只畜岑岑书岑 签丫咨岑岑
90 %的 lc , 种子不能萌发形成有活力的植株 ,
可能是由于大麦染色质为外源异染色体附加和
(或 )代换导致遗传紊乱之故 。 看来合理的假设
应是 : 有生活能力的后代中的 H . 加么艰朋 染色
质或体积小而功能中性 , 或者在功能上可补偿
遗失的大麦染色质 。 二是本研究所采取的方法
包括抗病性鉴定 、 原位杂交 、 so ut he m 印迹及
D N A 扩增放大 , 这就为检测出存在的少量 .H
加以以卿抓 种质提供了可能 。 具有不同物理位点的
H
.
6动如胡争n 种的两个特异性探针分布于整个 .H
玩改心翎价 染色体组中 。 如果认为每一条放大的
D N A 条带来源于不同位点 ,并且所有位点在染
色体组中是随机分布的 ,那末全部 57 条放大的
D N A 条带分布遍及 7 条大麦染色体 ,则每一条
染色体平均有 8 个位点 。 应用这些分子技术应
当能为检测大麦染色体上的外源 D N A 提供良
好的机会 。
H
. 阮边心翻明 亲本与获得了抗性的大麦后代
植株的抗病类型有差别 。 H . 加以珍到招 上无受侵染
的病症 ,而抗病的大麦后代植株却有坏死病斑 。
这很可能就是两种遗传结构的防御机制的作
用 。 H . 加乃砚翻刀的抗性是在感染一开始就阻碍分
生抱子的形成 ,而杂交所得抗病植株尚可使病
原菌进行一定的初始发育 , 包括分生抱子萌发 、
形成附着抱并且伸入寄主细胞壁 ,致使防御体
系形成坏死区 , 阻碍病原发育 。 从遗传上讲 , 造
成上述差异的原因有二多第一 ,在 H . 加沥“ 阴月 中
使白粉病菌在所有时期不能发育的抗病基因很
多 ,或者有 l 个抗病基因族共同作用 。 当这些抗
病基因中仅有 1个导入栽培大麦时 , 其作用就
不如基因族的强 ;第二 , 来自 H . 加之压溯 Jln 的一个
显性基因由于新的遗传背景不 同 , 在不同的抗
病植株中表现亦不相同 。
本研究所用 的 H . 饭功知翻。 品系对欧洲 、 中
国和北美多种白粉病菌系多年的抗性表明 ,该
品系具有一种高度的持续类型的抗性 。 导入大
麦的抗病基因可能是一种新基因 , 可望 比以前
鉴定的抗性基因持续的时期更长 , 当然这 仍需
进一步证明 。
〔耿军平 , 耿志训 译 自 hT e o r e t l e a l ^ p p l l ie d
eG
n e tiCS
,
19 9 2 , V o l
。
8 4
, 7 7 1一 7 7 7 ( 英文 ) , 江
佩宏 , 周桂莲 校〕