全 文 ：文章编号:1001-4829(2003)04-0004-04
　　收稿日期:2003-07-08
　　基金项目:中国博士后基金(2002031179);国家自然科学基金
(30070472);四川省跨世纪杰出青年基金;四川省“十五”作物育
种攻关课题资助
作者简介:杨武云(1965-),男 ,博士 , 研究员 , 从事小麦优质抗
病种质资源创新 、优质抗病基因分子标记与克隆 、小麦新型核质
互作不育系创制和优质杂种小麦研究工作。
源于节节麦的高抗条锈小麦新材料的
醇溶蛋白带谱分析
杨武云1 ,陆春明2 ,卢宝荣2 ,王　宇1 ,胡晓蓉1 ,余　毅1 ,张　 1
(1.四川省农业科学院作物研究所 ,四川 成都　610066;2.复旦大学生物多样性科学研究所 ,生物多样性科学和生态工程教育部
重点实验室 ,上海　200433)
摘　要:利用高抗条锈节节麦野生资源 SQ-214与普通小麦直接杂交转育 , 培育出 11份高抗条锈的小麦新材料。经 A-PAGE 分
析 ,节节麦 SQ-214的醇溶蛋白 Gli-Dt1 编码基因已转育到育成的高抗条锈新材料中并正常表达 ,其中 1 份高代系缺乏 Gli-D1 位
点编码的ω区醇溶蛋白带,为 Gli-D1“缺失体” 。本文还对抗条锈高代系在抗病和品质育种中的利用价值进行了讨论。
关键词:普通小麦;节节麦;条锈病;醇溶蛋白;遗传育种
中图分类号:S435.121.4+2;S512.1.3　　　文献标识码:A
Seed gliadins analysis of 11 stripe rust resistant lines derived from
direct hybridization of common wheat with Aegilops tauschii
YANG Wu-yun1 , LU Chun-ming2 , LU Bao-rong2 ,WANG Yu1 , HU Xiao-rong1 , YU Yi1 , ZHANG Yong1
(1.C rop Research Inst itute , Sichuan Academy of Agricultural Sciences , Chengdu 610066 , China;2.Minist ry of Education Key Laboratory
for Biodiversity Science and Ecological Engineering , Inst itu te of Biodiversi ty S cience , Fudan University , Shanghai 200433 , China)
Abstract:One Aegi lops tauschii accession(SQ-214)from CIMM YT w as found to be immune to or highly resistant to Chinese new st ripe
rust races CYR30 and CYR31 at adult stage.T o exploi t the resistance of SQ-214 for common wheat b reeding , SQ-214 w as crossed w ith
Chinese S pring and backcrossed w ith SW3243 , and eleven advanced lines with high level of resistance were developed.The gene of Gli-D1
f rom SQ-214 encoding Gliadins w as t ransferred and expressed in advanced lines revealed by A-PAGE.One of advanced lines possesses a
null Gli-D1 allele , of which the om ega-gliadin bands encoded by the Gli-D1 allele were absent.T he potent ial utilization of this advanced
line for w heat qualit y and st ripe rust resistance breeding was also discussed in this paper.
Key words:Trit icum aestivum ;Aegi lops tauschi i;Gliadins;st ripe rust;inheritance;breeding
　　条锈病(st ripe rust 或 yellow rust)是由真菌
Puccinia strii formis f.sp.Tritici 引起的一种小麦
病害 ,它是全球小麦种植区最重要的病害之一[ 1] ,
也是我国麦区的一大病害[ 2～ 3] 。由于寄主和病原
菌的协同进化 ,条锈病新小种不断发生变异 ,并经常
导致小麦条锈病新小种大流行[ 1] 。例如 ,由于我国
北方麦区长期单一使用“洛夫林”等重要的小麦品种
中 1B/ 1R易位系携带的抗源 ,导致 1990 年条锈病
新小种条中 28(CYR28)大流行 ,造成我国陕西 、河
南 、河北 、甘肃等省共减产小麦达 26.5亿 kg ,给我
国小麦生产带来了巨大的损失[ 2] 。
著名的小麦品种繁六及其姐妹系由于抗条锈病
能力强 、抗性持久稳定 ,在我国西部麦区抗病育种中
发挥了巨大作用 ,并成为该区近 30年来最重要的抗
源[ 2～ 3] 。至 90年代中期以来 ,我国先后发现了致毒
力很强的条锈病新小种条中 30(CYR30和条中 31
(CYR31)[ 2～ 3]以及 2002 年定名的另一个新小种条
中 32(CYR32)。然而 ,繁六抗源及其衍生品种不具
有对新小种的抗性基因。另一方面 ,我国西南部冬
麦区条锈病孢子的越夏基地 ———四川阿坝州和甘肃
陇南春麦区 ,同样种植的多数是繁六血缘的小麦品
种 。单一抗源的长期利用和条锈病孢子越夏基地哺
育品种血缘的一致性 ,加快了条锈病菌的繁衍 ,导致
了 1996 、1999年 ,特别是 2001 、2002年条锈病的大
流行。据四川省农科院植保所统计 , 2002年四川小
麦播种面积 133.33万 hm2 中 ,有 10 %面积的小麦
因严重感染条锈病而绝收 ,有 20 %左右面积减产
4
西　南　农　业　学　报
Sou thw est China Journal of Agricultural S ciences
　　　　　　　　　　　　　　2003年 16卷 4期
Vol.16　　No.4
DOI :10.16213/j.cnki.scjas.2003.04.002
30 %左右 ,这给四川小麦生产造成了巨大损失。目
前 ,条锈病正形成向黄淮海麦区蔓延的趋势 ,一旦全
国大流行 ,对我国小麦生产的损失将是无法估量的 。
因此 ,发掘新的抗条锈病基因资源 ,将抗性新基因转
育到高产农艺品种中并尽快用于生产 ,已是小麦遗
传育种工作者迫在眉睫的任务 。
节节麦是小麦 D染色体组的供体祖先种 ,拥有
大量抗病虫的遗传变异可供现代小麦改良利
用[ 4 ～ 8] 。由于节节麦的 D基因组与小麦的 D 基因
组完全同源 ,节节麦的优良基因只需基因重组就能
顺利地转移至小麦中 ,不涉及非同源染色体基因转
育中的染色体易位 、代换 、附加等染色体工程技术 。
因此 ,节节麦被认为是小麦族野生近缘种中最容易
转育优良基因的野生资源之一[ 5 , 9] 。目前 ,国内外
对节节麦优良基因的转育主要采用以下两种方法:
①直接杂交转育法 ,即利用普通小麦直接与含优良
目的基因的节节麦杂交 ,幼胚营救获得杂种后再用
普通小麦回交;②桥梁转育法 , 即利用四倍体小麦
(AABB)与节节麦杂交 ,幼胚营救获得杂种植株 ,再
利用秋水仙碱染色体加倍合成四倍体小麦—节节麦
人工合成种 ,然后再利用普通小麦与人工合成种杂
交 ,转育节节麦优良基因。Alonso 和 Kimber(1984)
研究表明 ,利用普通小麦直接与节节麦杂交 ,然后再
用普通小麦回交一次就能保持原普通小麦 92 %的
遗传物质[ 10] 。因此 ,直接杂交转育法被认为是最适
合 、最有效转育节节麦优良基因的途径[ 11] 。目前 ,
节节麦的抗叶锈和抗黑森蝇蚊等病 、虫害抗性基因
已通过直接杂交法转入到普通小麦遗传背景
中[ 4 ～ 5 , 9 , 12] 。
醇溶蛋白是小麦种子贮藏蛋白中一种酸性可溶
蛋白 ,通过酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(Acid Poly cry-
lamide gel elect rophoresis ,即 A-PAGE)技术 ,可以鉴
定出小麦品种间的多态性差异[ 13] 。节节麦的醇溶
蛋白主要由 Gli-D t1 和Gli-Dt2 位点基因控制[ 6～ 7] 。
William等(1993)曾报道 ,节节麦的ω区醇溶蛋白带
在转育到四倍体小麦 —节节麦人工合成种中后能完
全表达[ 7] 。因此 ,可以将ω区醇溶蛋白带作为检测
节节麦 Gli-Dt1 位点基因是否转育至普通小麦遗传
背景的指标。
我们于 1996 ～ 1997年 ,对 48 份节节麦基因资
源对中国条锈病新小种条中 30 、条中 31的抗性进
行了评价 ,发现其中有 28份表现出苗期和(或)成株
抗性特性[ 8] 。并将其中一份高抗条锈节节麦材料
SQ-214作为抗源与四川小麦直接杂交 ,转育其高抗
条锈病基因 ,研究其抗性基因在普通小麦遗传背景
下的表达情况;通过几年连续转育 ,现已培育出 11
份高抗条中 30 、31和 32的小麦高代材料[ 14] 。本研
究的目的是利用 A-PAGE 技术 ,检测通过直接杂交
育成的 11份高抗条锈小麦新材料中来源于节节麦
SQ-214的遗传物质 。
1　材料与方法
1.1　供试材料
普通小麦亲本 2份 ,包括四川地方小麦品种中
国春(CS),四川育成品种 SW3243;节节麦 1份(SQ-
214),由国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)的 Mu-
jeeb-kazi博士提供;育成的高抗条锈小麦新材料 11
份 。
1.2　醇溶蛋白分析
醇溶蛋白利用甲基绿提取液提取 ,提取液在 pH
值 3.1 的酸性聚丙烯酰胺胶上电泳 , 操作程序按
Cooke(1987)的步骤[ 15]进行 。将 11 份高抗条锈高
代系的醇溶蛋白带谱与其亲本 SQ-214 、CS 、SW3243
比较分析。
2　结果与分析
从图 1可以看出 , 11个抗病高代系的醇溶蛋白
带谱与其亲本之间 、11个高代系之间带谱都完全不
一致 。11个抗病高代系的醇溶蛋白带谱均为节节
麦 SQ-214 、普通小麦CS 、SW3243带谱重组的结果 。
其中高代系 ADL-1没有 Gli-D1 位点编码的 ω区醇
溶蛋白带 ,为 Gli-D1位点“缺失体”(图 1 ,泳道 4 ～
5)。高代系 ADL-2 、ADL-5和 ADL-9具有来源节节
麦 SQ-214 Gli-D t1 位点编码的 ω区醇溶蛋白带(图
1泳道 6 、9 和 13);高代系 ADL-4 、ADL-6 、ADL-10
和 ADL-11 具有普通小麦亲本 SW3243 Gli-D1 位
点编码的 ω区醇溶蛋白带(图 1 ,泳道 8 , 10 , 14 和
15);高代系 ADL-3 、ADL-7和 ADL-8具有普通小麦
亲本 CS Gli-D1 位点编码的ω区醇溶蛋白带(图 1 ,
泳道 7 , 11和 12)。结果表明 ,节节麦 SQ-214 Gli-
D t1 位点基因已成功转育至部分高代系(ADL-2 ,
ADL-5和 ADL-9),且其编码的 ω区醇溶蛋白带能
在普通小麦遗传背景下完全表达出来 。
Sozizov 等 1987 年发现一 组醇溶 蛋白带
Gld1B3 可以作为小麦中含有 1B/ 1R小麦/ 黑麦易
位系中黑麦 1R短臂的生化标记[ 16] 。本试验利用
Gld1B3 标记 , 发现普通小麦亲本 SW3243 具有
Gld1B3 的醇溶蛋白特殊带 , 表明 SW3243 带有
1B/ 1R易位系(图 1 ,泳道 2)。而育成的三个高代
系 ADL-4 、ADL-5 和 ADL-8 也具有来自亲本
SW3243的 1B/ 1R易位系。
54期 杨武云等:源于节节麦的高抗条锈小麦新材料的醇溶蛋白带谱分析
　　泳道 1为 CS ,泳道 2为 SW3243 ,泳道 3为节节麦 SQ-214 ,泳道
4～ 5为高代系 ADL-1 ,泳道 6为高代系 ADL-2 ,泳道 7 为高代系
ADL-3 ,泳道 8为高代系 ADL-4 ,泳道 9为高代系 ADL-5 ,泳道 10为
高代系 ADL-6 ,泳道 11为高代系 ADL-7 ,泳道 12为高代系 ADL-8 ,
泳道 13为高代系 ADL-9 ,泳道 14为高代系ADL-10 ,泳道 15为高代
系 ADL-11。长箭头所示来源于节节麦 SQ-214Gli-Dt1 位点编码的
ω区醇溶蛋白带;短箭头所示来源于普通小麦亲本 SW3243中 1B/
1R易位系中 1R短臂上 Gli1B3 位点编码的特殊醇溶蛋白带。
Trit icum aest ivum (Lane 1=CS , Lane 2=SW3243), Aegilops
ta uschii(Lane 3=SQ-214), and thei r advanced lines developed from the
in terspecif ic hyb rids(Lane 4 , 5=ADL-1 , Lane 6=ADL-2 , Lane 7=
ADL-3 , Lane 8=ADL-4 , Lane 9=ADL-5 , Lane 10=ADL-6 , Lane 11
=ADL-7 , Lane 12=ADL-8 , Lane 13=ADL-9 , Lane 14=ADL-10 , and
Lane 15=ADL-11 , Arrowheads indicate the gliadin marker Gld1B3 of
1RS;arrow s indicate the omega-gliadin bands encoded by Gli-Dt1 de-
rived from Ae.tauschii)
图 1　育成抗病高代系醇溶蛋白电泳图谱
Fig.1　Gliadin elect rophoretic patterns of Tr it icum aest iv um
3　讨　论
随着现代农业的迅速发展 ,农业的集约化程度
越来越高。为了满足现代农业规模化 、商业化的要
求 ,农业生产中传统的地方品种被遗传改良的高产
优质品种所替代 ,并且推广应用的品种越来越单一 。
这就造成农作物栽培品种遗传侵蚀严重 ,推广品种
遗传基础越来越窄 ,推广品种的遗传多样性大大降
低[ 17] 。在小麦育种和小麦生产中 ,由于严重的遗传
侵蚀和长期单一使用几个骨干亲本作为育种亲本材
料 ,全球小麦品种的遗传多样性出现降低趋势 ,一些
关键的抗性基因几乎来源于几个甚至同一亲本。这
不仅制约了小麦育种的进一步发展 ,而且潜伏着随
时爆发大的流行性病虫害危机[ 18] 。近几年 ,条锈病
新小种(条中 30 , 31 , 32)在国内大流行就是抗源单
一的必然结果。因此 ,开展远缘杂交 ,开拓小麦族近
缘野生种基因资源 ,引入小麦近缘野生种的优良基
因和遗传变异 ,对于丰富现代栽培小麦的遗传多样
性和进一步开展小麦高产 、抗病 、优质育种具有重要
意义[ 11 , 19 ～ 20] 。
山羊草属(Aegilops)的一些种由于具有一组与
普通小麦 D基因组相同的染色体组 ,近年已成为小
麦遗传育种家开发利用的热点[ 11 , 20] 。本试验所用
的节节麦 SQ-214 具有高抗条锈病新小种条中 30 ,
31的优良特性[ 8] ,遗传分析还表明节节麦 SQ-214
的高抗条锈性状受一对显性基因控制 ,并能通过直
接杂交法成功转育到普通小麦遗传背景中 ,并成功
培育出 11份高抗条锈的小麦新材料[ 14] 。
本试验通过 A-PAGE 分析 , 在 11 份育成的高
代品系中发现 1份高代系 ADL-1缺乏 Gli-D1 位点
编码的ω区醇溶蛋白带。由于小麦醇溶蛋白 Gli-
D1 位点位于 1D 染色体长臂 ,因此选用 1D长臂上
两对引物 Xgwm106和 Xgwm337对缺失 Gli-D1 位
点编码 ω区醇溶蛋白带的高代系 ADL-1(ADL-1a
和 ADL-1b)进行了 PCR扩增 ,结果发现两对引物均
能扩增出 PCR产物(另文报道)。表明高代系 ADL-
1缺失 Gli-D1 位点编码的ω区醇溶蛋白带 ,不是由
于 Gli-D1 位点所在的 1D 染色体的长臂缺失引起
的 。
ADL-1可能类似于法国品种 Darius ,为 Gli-D1
位为“缺失体”。Branlard 和 Dardevet(1994)发现 ,
法国小麦品种 Darius具有劣质的高分子谷蛋白亚
基组成(null ,7 , 2+12),但其面包烘烤品质很好[ 21] 。
他们通过A-PAGE 分析发现 Darius缺乏 Gli-D1 位
点编码的 ω区醇溶蛋白带;进一步利用 Darius与品
质优 、中 、劣 3种小麦杂交 ,对 3个杂交组合F3衍生
系进行品质分析表明缺乏 Gli-D1 位点编码的ω区
醇溶蛋白会大大提高小麦面团的弹性和强度。因
此 ,Branlard和 Dardevet(1994)指出 ,育种家可以通
过一个 Gli-D1 缺失位点的遗传转育 ,而获得优质新
材料达到改良小麦品质的目的[ 21] 。 Redaelli 等
(1997)进一步将 Gli-D1 缺失位点转育到具有不同
高分子谷蛋白亚基本组成的小麦品种中 ,构建了一
套 Gli-D1 缺失位点的近等基因系;并通过对近等基
因系品质指标综合分析发现 , Gli-D1 缺失位点对具
有优质高分子谷蛋白亚基 5+10的小麦的品质提高
不明显 ,但对具有劣质高分子谷蛋白亚基如 2+12
等的小麦品质有显著改善[ 22] 。目前 ,由于我国小麦
品质育种起步晚 ,多数地区的主要推广品种都含有
劣质高分子谷蛋白亚基 2+12[ 23～ 24] 。因此 ,可以利
6 西　南　农　业　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　16卷
用ADL-1作为抗条锈和 Gli-D1 位点缺失体的优良
亲本 ,与我国主要麦区含劣质亚基(2+12等)的感
病小麦品种杂交 ,转育 ADL-1 的抗病基因和 Gli-
D1 位点缺失基因 ,培育出优质抗病品种应用于生
产。
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(责任编辑　陈　虹)
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