全 文 ：植物学通报 2005, 22 (4): 439~444
Chinese Bulletin of Botany
①河南省杰出青年科学基金(0212000800)和河南省科技厅重点攻关项目(123014400)资助。
②通讯作者。Author for correspondence. E-mail: jsniu@263.net
收稿日期: 2004-06-23 接受日期: 2004-12-24 责任编辑: 白羽红
实 验 简 报
普通小麦 99-2439中的白粉病抗性遗传①
1牛吉山② 2张丽娜 3庄丽芳 1王映红
1(河南农业大学国家小麦工程技术研究中心 郑州 450002)
2(西北师范大学生命科学学院 兰州 730070)
3(南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室 南京 210095)
摘要 普通冬小麦品系99-2439在郑州连续4年对田间白粉菌(Blumeria graminis sp. tritici)表现高抗,
但其抗性基因来源不清。通过染色体C-分带和1RS染色体特异性SCAR标记鉴定, 表明它是一个小麦-
黑麦(Triticum aestivum - Secale cereale)1BL/1RS异易位系。通过对中国春×99-2439杂交F2代分离群
体抗性鉴定和1RS染色体臂检测结果分析, 证明该抗病基因不在1RS染色体臂上。用单孢小麦白粉菌分
离株对其抗性遗传进行研究, 结果表明, 99-2439的白粉病抗性由一对小种专化、隐性抗病基因控制。
由于携带Pm5a的Hope/8Cc对中国的21个小麦白粉菌分离菌株均高度感病, 而99-2439高抗混和白粉菌
和5个单孢分离菌株, 所以, 99-2439所携带的抗白粉病基因不同于Pm5a。
关键词 小麦, 白粉病, 抗性, 遗传
Inheritance of the Powdery Mildew Resistance in
Wheat Line 99-2439
1NIU Ji-Shan② 2ZHANG Li-Na 3ZHUANG Li-Fang 1WANG Ying-Hong
1(National Engineering and Research Center for Wheat, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002)
2(College of Life Science, Northwest Normal University, Lanzhou 730070)
3(State Key Laboratory of Crop Genetics and Germplasm Enhancement, Nanjing Agricultural
University, Nanjing 210095)
Abstract Common winter wheat (Triticum aestivum) line 99-2439 has shown high resistance to
Blumeria graminis sp. tritici in the field in Zhengzhou for 4 years. However, the origin of its
powdery mildew resistance genes was unclear. We identified 99-2439 as a Triticum aestivum -
Secale cereale 1BL/1RS alien translocation line by chromosome C-banding and 1RS-specific
SCAR marker detection. Powdery mildew evaluation and 1RS detection of an F2 segregation
population derived from the cross between Chinese Spring wheat and line 99-2439 demonstrated
that the powdery mildew resistance gene was located on the 1RS chromosome arm. Inheritance
study using a single spore isolate of B. graminis showed that line 99-2439 harbored a race-
specific recessive powdery mildew resistance gene. Because 99-2439 was highly resistant to
440 22(4)
包括真菌病在内的植物病害是植物生长
发育的主要限制因素。在中国和世界许多国
家, 由小麦白粉菌引起的白粉病是普通小麦
(Triticum aestivum)最严重的叶部病害。利用
抗病品种是控制这种病害最有效的方法。到
目前为止 , 已报告了 3 1 个抗白粉病基因
(Pm1~Pm31) (Singrüm et al., 2003; McIntosh
et al., 2003), 其中大多数来源于小麦的野生亲
缘物种。由于小麦白粉菌群体中毒性基因的
出现和频繁变化, 抗病基因常常被新的白粉菌
菌株所克服。因此, 不断鉴定新的抗性基因,
并从外源物种向普通小麦转移抗性基因就显
得很有价值(Shi et al., 1998)。
根据我们的调查, 我国小麦品种中的大多
数抗白粉病基因, 在黄淮麦区已经被克服, 包
括 Pm2、Pm4a、Pm2+4a、Pm5、Pm6、
Pm2+6 和Pm8, 其中有些在几年前还有效(刘
金元和刘大钧, 2000)。目前, 已知的抗白粉病
基因很少有在黄淮麦区表现抗性的 , 其中
Pm21(Chen et al., 1995)仍具有很好的抗性。
在普通小麦遗传背景中的抗性基因可以被
直接利用, 但几乎已经没有新的抗白粉病基因
存在于普通小麦中。冬小麦品系99-2439高抗
白粉病, 但其抗性基因来源不清。该品系突出
的抗性特征引起了我们的注意。为了研究99-
2439中白粉病抗性基因的来源和遗传, 我们用
染色体C-分带和SCAR分子标记检测技术分析
了该品系的染色体核型和基因组中的外源成分,
并用单孢白粉菌菌株分析了抗性遗传规律。
1 材料和方法
1.1 材料
1.1.1 植物材料 冬小麦 (Triticum aestivum)
品系99-2439是一个育种高代品系, 材料引自
新疆农业科学院。中国春引自南京农业大
学。另外 2个小麦 -黑麦 (Triticum aestivum-
Secale cereale)1BL/1RS异易位系豫麦21和兰
考906-4分别引自河南农业大学和兰考农华种
业有限公司。豫麦 21、中国春与 99-2439间
的杂交在温室完成。
1.1.2 白粉菌 单孢白粉菌 (Blumeria
graminis)菌株03B01是2003年在郑州分离的,
用于实验室小麦抗性分离群体单株白粉病抗
性鉴定。另外还分离保存了毒性较强的
04B01、04B02、04B03和 04B04等菌株。
1.2 方法
1.2.1 白粉病抗性鉴定 用离体叶段法进行
小麦白粉病抗性鉴定。当小麦幼苗第 1片叶
充分展开时, 截取3~4 cm长的叶段, 按编号置
于用40 mg.L-1 6-BA(6-Benzylaminopurine)溶
液浸湿的滤纸上, 在培养皿中18~20 ℃保温, 每
天 12小时光照。按盛宝钦等(1994)描述的 6
级反应型进行记录。其中, 0级代表没有任何
可见症状; 0; 级代表有坏死斑; 1级为菌斑小
于1 mm, 菌斑透绿; 2级代表菌斑小于1 mm, 菌
斑不透绿; 3级代表菌斑大于1 mm, 菌斑之间
互不相连; 4级代表菌斑大于1 mm, 菌斑之间
相连。通常 0~2级为抗病, 3、4级为感病。
接种白粉菌后第10天记录鉴定结果。对表现
为 0、0 ; 级和级别不清的样品重新进行鉴
定。在本研究中, 0和 0; 级为抗病, 1~4级为
感病。
1.2.2 C-分带 用处于有丝分裂中期的根尖
细胞进行 C-分带分析。小麦种子在 20 ℃下
发芽。当根尖长至约1 cm长时剪下根尖。收
集的根尖在冰水中处理20~22小时后, 用卡诺
mixed fungi and 5 single spore isolates of B. graminis, the powdery mildew resistance gene of 99-
2439 was different from Pm5a of Hope/8Cc, which was highly susceptible to all 21 isolates of B.
graminis in China.
Key words Wheat (Triticum aestivum), Powdery mildew, Resistance, Inheritance
4412005 牛吉山等: 普通小麦99-2439中的白粉病抗性遗传
固定液固定 3~7天(Chen et al., 1995)。按照
Gill等(1991)描述的程序进行C-分带。
1.2.3 PCR 用小量提取法提取分离群体单
株基因组 DNA。用特异性 SCAR标记检测
1RS染色体臂(王二明等, 1999)。本研究中所
使用的 P C R 引物是 N O R - R 1 : P 1 , 5 -
GCATGTAGCGACTAACTCATCG-3; P2, 5-
CCCAGTTTTCCATGTCGC-3。1RS染色体臂
的特异性扩增片段约 400 bp长。详细程序如
王祖华等(2004)的描述。
2 结果分析
2.1 白粉病抗性分析
2000~2004年, 小麦品系99-2439在田间一
直表现对白粉病的高度抗性。为了深入研究
其对白粉病的抗性, 在实验室多次对该品系的
白粉病抗性进行了鉴定。在鉴定中与同为小
麦-黑麦1BL/1RS异易位系的抗白粉病小麦品
系兰考906-4和感病品种豫麦21等进行了比
较。表 1是用 03B01单孢白粉菌菌株对几个
小麦品系及99-2439与感病品种豫麦21和中
国春杂交 F1植株进行白粉病抗性鉴定的结
果。结果可见, 99-2439对小麦白粉病近免
疫, 抗性很好。99-2439与感病品种豫麦 21
和中国春杂交的F1植株均对03B01菌株表现
高度感病, 表明99-2439携带的抗白粉病基
因为隐性。
99-2439在田间对混和白粉菌表现高抗。
为进一步研究其抗性, 用 03B01、04B01、
04B02、04B03和04B04等5个单孢白粉菌分
离株对其抗性进行了鉴定, 结果表明99-2439
高抗这5个分离株, 而感病对照中国春的反应
型均为 4级, 高感。
2.2 染色体C-分带分析
为了检测小麦品系99-2439中是否有外源
物种染色体存在, 用染色体C-分带技术对99-
2439根尖细胞有丝分裂中期的核型进行了分
析。结果检测到小麦 -黑麦 1BL/1RS异易位
染色体, 证明99-2439为小麦-黑麦1BL/1RS异
易位系(图 1)。除 1RS染色体臂以外, 没有检
测到明显的其他外源染色体。同时用 1RS染
色体臂的特异性 SCAR分子标记检测了 99-
2439中1RS的存在, 验证了染色体C-分带分
析结果。
2.3 白粉病抗性遗传
为了研究小麦品系99-2439中的白粉病抗
性遗传规律, 配置了感病品种中国春和豫麦21
与抗病品系 99-2439间的杂交组合。不携带
任何抗病基因的中国春和感病品种豫麦21作
母本。白粉病抗性鉴定结果表明(表1), 2个组
合的杂交F1植株对03B01菌株均表现高感, 证
明99-2439中的白粉病抗性由隐性基因控制。
用03B01单孢白粉菌菌株对中国春×99-
2439杂交组合的F2分离群体进行了白粉病抗
性鉴定(表2)。在42个F2分离群体植株中, 10
株抗病, 32株感病, 抗/感分离比符合1:3的单
隐性基因分离的理论值。卡方检测结果为 P
值大于0.80, 符合单基因隐性遗传模型。这一
结果证明小麦品系99-2439的白粉病抗性是由
一对小种专化的隐性抗病基因控制的。
表1 几个小麦品系及其杂种的白粉病抗性鉴定结果
Table1 Resistance evaluation of powdery mildew disease among wheat lines and their hybrids
Wheat line Karyotype Pm gene Reaction type
99-2439 1BL/1RS Unknown; recessive 0
Chinese Spring wheat AABBDD Null 4
Yumai21 1BL/1RS Pm8 ; dominant 4
Lankao906-4 1BL/1RS Unknown 0~1
Chinese Spring wheat× 99-2439 4
Yumai21× 99-2439 4
442 22(4)
色体臂上, 则所有抗病单株都应检测到1RS染
色体臂, 而感病植株中有2/3应检测到1RS染
色体臂。若抗病基因位于1RS染色体臂之外,
则在抗病植株和感病植株中均应有3/4的植株
检测到1RS染色体臂。结果在10株抗病植株
中检测到有8株携带1RS染色体臂, 在32株感
病植株中有 23株携带 1RS染色体臂。按 3/4
植株携带1RS染色体臂的预期值进行卡方测
验, 抗病植株和感病植株群体中的P值分别大
于0.70和0.60, 很好地符合3 : 1的分离模型,
证明99-2439中的抗白粉病基因位于1RS染色
体臂之外。
3 讨论
本研究结果证明小麦品系99-2439是一个
小麦-黑麦1BL/1RS 异易位系, 携带一个小种
专化的隐性抗白粉病基因, 并进一步确定该抗
病基因不在1RS染色体臂上。由于Hope/8Cc
携带的Pm5a抗白粉病基因在我国已经丧失抗
性, 对我国的21个白粉菌菌株的反应型均为4
级, 即高度感病 (王祖华等, 2004) , 而99-2439
连续4年在田间高抗白粉病, 用5个单孢白粉
菌菌株鉴定, 均表现高抗, 所以, 99-2439所携
图 1 小麦品系 99-2439的染色体C-分带结果(箭
头示1BL/1RS异易位染色体, 未见明显的其他外
源染色体)
Fig.1 The result of chromosome C-banding of wheat
line 99-2439(arrows indicate the 1BL/1RS transloca-
tion chromosomes, no other obvious alien chromosomes
were observed)
表 3 小麦隐性抗白粉病基因
Table 3 Recessive powdery mildew resistance genes in wheat
Gene Chromosome Origin Variety Reference
P m 5 7BL Triticum dicoccum Hope Lebsock, 1974
Pm5a 7B T. dicoccum Hope, Selpek Hsam et al., 2001
Pm5b (Mli) 7B Ibis, Kormoran Hsam et al., 2001
Pm5c 7B T. sphaeroccum Kolandi Hsam et al., 2001
Pm5d 7B T. aestivum IGV1-455 Hsam et al., 2001
P m 9 7 A L T. aestivum Normandie Bennett, 1984
Pm26 2BS T. dicoccoides T T D 1 4 0 Rong et al., 2000
表 2 中国春 × 99-2439杂交组合 F2分离群体白粉病抗性鉴定和 1RS染色体检测结果
Table 2 Powdery mildew evaluation and 1RS detection in the F2 population derived from the
cross of Chinese Spring wheat and line 99-2439
Susceptible plants Resistant plants Total plants
With 1RS Without 1RS With 1RS Without 1RS
23 9 8 2 42
2.4 抗性基因与 1RS染色体臂的关系
为了研究99-2439中抗病基因与1RS染色
体臂之间的关系, 用1RS上的特异性SCAR分
子标记对上述分离群体单株中的1RS染色体
臂进行了检测(表2)。若抗性基因位于1RS染
4432005 牛吉山等: 普通小麦99-2439中的白粉病抗性遗传
带的抗白粉病基因与 Pm5a不同。
到目前为止, 正式报告的绝大多数小麦抗
白粉病基因为显性基因, 只有 Pm5、Pm9和
Pm26位点为隐性抗病基因(表 3)。在这 3个
位点上共有6个等位基因, 分别来源于普通小
麦、栽培二粒小麦、野生二粒小麦和印度圆
粒小麦。
通过染色体C-分带在99-2439中检测到一
对1BL/1RS异易位染色体, 没有检测到其他明
显的外源染色体。然而, 是否还有小的外源
遗传物质存在, 仍难以确定。进一步的分析
将99-2439的抗白粉病基因排除在1RS染色体
臂之外。抗性分析又证明该抗病基因与
Pm5a不同, 但其确切来源仍不清楚。 然而,
99-2439的白粉病抗性很好。目前, 黄淮麦区
播种的大多数小麦品种均高感白粉病。在所
调查的品种中, 仅兰考906-4高抗白粉病。本
研究为有效利用99-2439这一优良抗源, 培育
抗白粉病小麦新品种, 提供了有用的信息。
这一品系还是研究小麦隐性抗白粉病机制的
好材料, 如可用于隐性抗白粉病基因分离、
基因结构分析和功能研究等。目前, 我们已
经从99-2439中分离到1个与小麦类受体蛋白
激酶基因LRK10 (Feuillet et al., 1997)高度同
源(94%相同)的cDNA克隆(GenBank登录号:
AY584533)和1个与大麦Mlo高度同源(95%相
同 )的 c D N A 克隆 ( G e n B a n k 登录号 :
AY584534)。Mlo是大麦白粉病抗性的一个关
键负调控基因, 该基因产物的缺失将导致对大
麦白粉病的广谱抗性(Büschges et al., 1997)。
从99-2439中分离的这些克隆可能代表了与小
麦抗病有关的基因。
参 考 文 献
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