全 文 ：植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA摇 41(3): 324鄄327(2011)
收稿日期: 2010鄄04鄄28; 修回日期: 2010鄄12鄄23
基金项目: 教育部高等学校学科创新引智计划项目(B07049); 国家 “十一五冶攻关计划 (2006BAD08A05); 国家自然科学基金
(30960214); 国家公益性(农业)行业专项(2009003035)项目; 211 工程师资队伍建设项目(SZRC鄄211鄄12)
通讯作者: 井金学,教授,主要从事小麦条锈病和植物抗病性遗传研究; Tel: 029鄄87092434, E鄄mail: jingjinxue@163. com。
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研究简报
小麦条锈病重要抗源 Gaby抗性遗传分析及分子作图
杨敏娜1,2, 彭岳林1, 马东方2, 尹军良2, 李 强2, 王保通2, 井金学2*
( 1西藏农牧学院, 林芝 860000; 2西北农林科技大学植物保护学院,陕西省农业分子生物学重点实验室, 杨凌 712100)
Genetic analysis and molecular mapping of important resistant resource Gaby of
wheat stripe rust摇 YANG Min鄄na1,2, PENG Yue鄄lin1, MA Dong鄄fang2, YIN Jun鄄liang2, LI Qiang2,
WANG Bao鄄tong2, JING Jin鄄xue2 摇 ( 1Tibet Agricultural and Animal Husbandry College, Linzhi 860000, China; 2College
of Plant Protection, Shaanxi Key Laboratory of Molecular Biology for Agriculture, Northwest Agricultural and Forestry Universi鄄
ty, Yangling 712100, China)
Abstract: To identify and tag new resistance genes to stripe rust in wheat cultivar Gaby, the stripe rust races
(Puccinia striiform f. sp. stritici)CYR29, CYR30, CYR31, CYR32 and Sun11鄄11 were selected as inocu鄄
lums. Stripe rust resistance of Gaby was identified and genetic analysis of resistance was made in the progeny
population of Gaby crossed with susceptible cultivar Mingxian169 at seedling stage. Simple sequence repeat
(SSR) was used to develop molecular markers linked to the resistance gene in wheat cultivar Gaby. The re鄄
sults showed that Gaby possessed effective resistance to China yellow rust, and genetic analysis indicated that
the resistance to CYR29 was controlled by a single dominant gene. SSR markers, as well as 320 pair primers
combined with bulked segregation analysis(BSA) revealed that four SSR markers Xwmc760, Xgwm397,
Xwmc698 and Xwmc161 located on chromosome 4AL were linked to the resistant gene, temporarily designa鄄
ted as YrGaby1. YrGaby1 was also located on the chromosome arm, closely linked to Xwmc698 with genetic
distance of 5. 1 cM. The farthest marker Xgwm397 was 13. 8 cM to YrGaby1. It could provide a scientific
basis for resistance gene pyramiding and application of marker鄄assisted selection on stripe rust gene.
Key words: wheat stripe rust; Gaby; resistance gene; molecular mapping
文章编号: 0412鄄0914(2011)03鄄0324鄄04
摇 摇 小麦条锈菌 (Puccinia striiformis f. sp. tritici)
引起的小麦条锈病是小麦生产上最重要的病害之
一。 国内外的研究和生产实践证明,利用抗病品种
是防治该病最有效、经济和安全的途径。 然而,在
生产实践中由于抗源单一化和小麦条锈菌的高度
变异性,品种抗病性很容易被病原菌新小种所克
服,这已经成为应用抗病品种防治小麦条锈病的世
界性难题。 因此,不断地鉴定和筛选新的抗条锈病
基因以选育替代抗病品种是解决这一难题的重要
途径。
Gaby是比利时 1966 年育成的一个重要的抗
条锈小麦品种,其系谱为 Koga(Garnet / HeinesKol鄄
ben) / Fylby(Jubile / Fylgia)。 Gaby 抗锈性强,抗病
谱宽,几乎抗目前中国所有条锈菌生理小种。 通过
鉴定发现,Gaby 在苗期对条锈菌混合小种的抗锈
性表现免疫至中抗,成株期人工接种表现高度抗
病,农艺性状良好。 作者曾对 Gaby 的抗条锈性进
行了多小种鉴定,发现该品种含有丰富的抗条锈病
基因,表明该品种在小麦抗条锈病育种中具有重要
的价值和应用前景,因此应对其进行充分的研究以
摇
摇 3 期 摇 摇 杨敏娜,等:小麦条锈病重要抗源 Gaby抗性遗传分析及分子作图
便更好地利用。 目前关于 Gaby 抗条锈病基因的
分子作图尚无报道,本研究拟利用遗传分析结合分
子标记的方法,揭示其抗条锈病遗传机制。
1摇 材料与方法
1. 1摇 材料
供试小麦材料为 Gaby、铭贤 169 及二者杂交
的 F1、F2代群体,铭贤 169 为感病对照。 抗病性鉴
定所用小麦条锈菌生理小种 ( Puccinia striiform
f. sp. tritici ) 为 条 中 29 ( CYR29 )、 条 中 30
(CYR30)、条中 31(CYR31)、条中 32(CYR32)和
水源类致病类型 Sun11鄄11,遗传分析所用小麦条
锈菌生理小种为 CYR29;各菌系均以单孢分离法
得到单孢菌系,经国内鉴别寄主鉴定确认并繁殖供
试。 供试小麦品种和条锈菌菌种均由西北农林科
技大学植保学院植物抗病遗传实验室提供。
1. 2摇 苗期抗条锈病遗传分析
抗病性鉴定在西北农林科技大学植物抗病遗
传实验室温室进行,采用苗期人工接种方法。 当供
试小麦幼苗第一叶充分展开、第二叶露尖时脱去叶
面蜡质层,用涂抹法接种后置于黑暗的保湿箱中保
湿 24 h,温度 10益左右。 之后转入温室内 (温度:
10益 /夜,17益 /昼,光照时间:14 ~ 16 h / day,光照
度:10 000 lux) 潜育发病,待感病品种铭贤 169 充
分发病时调查侵染型。 侵染型划分为 11 级,即 0,
0;,0;+ ,1,1+ ,2,2+ ,3- ,3,3+和 4,以 0 ~ 2+为抗病,
3-~ 4 为感病。 用 字2检验进行分离比例适合度测
验,以明确 Gaby 对特定小种的抗条锈病基因数
目、互作方式及抗病特点。
1. 3摇 SSR分子标记、遗传连锁分析
利用 CTAB 法提取小麦基因组 DNA。 从 F2
代抗感分离群体中随机选取 10 株抗病株 DNA、10
株感病株 DNA分别等量混合,建立抗病池和感病
池。 SSR引物分别根据 R觟der 等[1]、Somers[2]和
Song等[3]报道的引物序列,由上海生物工程有限
公司合成。 PCR 扩增及扩增产物的检测、遗传连
锁分析等方法按 Yang等[4]的方法进行。
2摇 结果与分析
2. 1摇 Gaby的苗期抗条锈性鉴定
苗期接种鉴定表明(表 1),Gaby 除对 CYR30
表现感病外,对其余 4 个条锈菌生理小种均表现高
度抗病,对照铭贤 169 对这 6 个生理小种均表现为
高感,由此可推断出 Gaby 对中国小麦条锈菌有较
强的抗病性。
Table 1 摇 Resistance to wheat stripe rust in
Gaby at seedling stage
Material
Race of Puccinia striiform f. sp. tritici
CYR29 CYR30 CYR31 CYR32 Sun11鄄11
Gaby 0鄄0; 3 0; 0 0
Mingxian169 4 4 4 4 4
2. 2摇 Gaby苗期抗条锈性遗传分析
通过对抗病亲本 Gaby、感病亲本铭贤 169 和
杂交后代进行抗病性遗传分析(表 2),结果表明,
Gaby接种 CYR29 表现免疫至近免疫,铭贤 169 表
现高感,侵染型为 4。 Gaby /铭贤 169 F2代接种
CYR29,211 株分离群体中表现抗病的为 154 株、
感病的为 57 株,经卡方测验其抗、感比符合一对显
性基因控制的 3︰1(字2 = 0. 355 < 字20. 05 = 3. 841);对
其反交组合 F2代接种 CYR29,199 株分离群体中
表现抗病的为 148 株、感病的为 51 株,经卡方测验
其抗、感比符合 3︰1(字2 = 0. 015 < 字20. 05 = 3郾 841),
即符合一对显性基因的分离比。 由此表明,Gaby
对 CYR29 的抗锈性由一对显性核基因控制。
2. 3摇 SSR标记的筛选
以抗病亲本 Gaby、感病亲本铭贤 169、抗病池
和感病池的 DNA为模板进行 PCR扩增,用以筛选
与抗病性相关的引物,随机选取接种 CYR29 的正
交 F2代群体的抗、感单株各 15 株进一步筛选特异
性引物。 随机选用了分布在小麦 21 条染色体上的
320 对 SSR 引物,结果表明,4AL 上的 4 对引物
Xwmc760、Xgwm397、Xwmc698 和 Xwmc161 (图
1)在亲本和抗、感池及 F2代小群体之间能扩增出
稳定的特异性片段, 初步推断这 4 对引物的 SSR
位点与抗病基因有连锁关系。
2. 4摇 遗传连锁分析
用 Xwmc760、Xgwm397、Xwmc698 和 Xwmc161
对 Gaby /铭贤 169 的 F2 代 211 个单株进行 PCR扩
523
摇
植物病理学报 41 卷
增和电泳分析,以确定抗条锈病基因与标记位点之
间的连锁关系,所有标记引物对群体的扩增结果见
表 3。 利用 Mapmaker EXP 3. 0b 软件对抗条锈病
基因与 SSR 位点连锁分析结果表明:SSR 位点
Xwmc760、Xgwm397、Xwmc698 和 Xwmc161 与抗
条锈病基因的遗传距离分别为 12郾 6、13. 8、5. 1 和
8. 6 cM(表 3)。 参照 Somers 等[2]报道的 SSR 引
物 Xwmc760、Xgwm397、Xwmc698 和 Xwmc161 在
小麦染色体上的遗传图谱,根据抗条锈病基因与三
者之间的连锁关系可知,Gaby 携带的显性抗条锈
病基因位于小麦染色体 4AL 上,且位于引物位点
Xwmc698 和 Xwmc161 之间,将该抗病基因暂命名
为 YrGaby1(图 2) 。
Table 2摇 Inheritance analysis of stripe rust resistance in wheat cultivar Gaby, CYR29 and F2 plants
Cross
Infection type and the number of plants
0 0; 0; + 1 1 + 2 2 + 3 - 3 3 + 4
expected
ratio
Chi鄄square
value
Probability
Gaby(P1) 15 2
Mingxian169(P2) 18
P1 / P2 摇 F2 10 121 20 3 1 5 51 3:1 0. 355 0. 50 -0. 70
P2 / P1 摇 F2 12 136 3 48 3:1 0. 015 >0. 90
Fig. 1摇 SSR markers Xgwm397(a) and Xwmc698(b) amplified against
F2 individual from Gaby / Mingxian 169
M: PUC18 / MSPI marker; P1: Gaby; P2: Mingxian169; BR: Resistant pool;BS:Susceptible pool;
R: Resistant F2 plants; S: Susceptible F2 plants; Asterisk indicates the recombinant plant.
Table 3摇 Amplification results of linked markers on F2 population from Gaby / Mingxian 169
Resistance
Xwm760 Xwmc698 Xwmc161 Xgwm397
A H B A H B A H B A H B
Resistant 42 108 4 42 107 5 43 109 2 39 110 5
Susceptible 3 0 54 3 1 53 5 0 52 13 0 44
A:Homozygous for resistance; H: Heterozygous for resistance;B: Homozygous for susceptibility.
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摇
摇 3 期 摇 摇 杨敏娜,等:小麦条锈病重要抗源 Gaby抗性遗传分析及分子作图
Fig. 2摇 Linkage map for YrGaby1 on the long
arm of chromosome 4A based on the
SSR markers
3摇 讨论
本研究利用经典遗传学分析,明确了 Gaby 对
CYR29 的抗锈性是由一对显性核基因控制,并利
用 SSR标记将抗条锈病基因 YrGaby1 定位于小麦
4AL染色体上。 在已经正式命名的抗条锈基因
中,还没有被定位在 4A 染色体上的。 在暂定名的
小麦抗条锈基因中,YrMin、YrND 和 YrH 喻被定位
于小麦 4A染色体。 它们的载体品种分别是 Min鄄
ster、Nord Desprez 以及 Heines喻,这三个抗条锈基
因是 Chen 等[5]利用染色体单体定位法定位的。
本文报道的抗病基因 YrGaby1 还需要与含有
YrMin、YrND和 YrH 喻的载体品种杂交后进行抗
病基因等位分析,进一步确认其是否为一个新基
因。
当前,我国小麦条锈菌正处于一个毒性变异活
跃期,进入了以 CYR31 和 CYR32 为代表的 Hy鄄
brid46 致病类群和 CYR33 为代表的水源 11 致病
类群占优势的新阶段。 挖掘新的抗条锈基因是应
对小麦条锈病灾变态势的基础性战略。 据中国农
业科学院植物保护研究所对陕、甘、川小麦重要生
产品种及抗源材料的分析推导,结果显示,在鉴定
的年份里,Gaby 对条锈菌混合小种的抗锈表现免
疫至中抗,在陇南条锈病常发易变区多年监测也表
现出较为稳定的抗锈性。 “2009 年度全国小麦条
锈菌生理小种监测结果冶认为,Gaby所含的抗条锈
病基因目前仍为有效抗条锈病基因,说明该品种所
携带的抗锈基因在陇南以至全国都是有效的,且该
品种综合农艺性状表现较好,因此具有重要的利用
价值。
本研究发现的 Gaby 抗条锈遗传规律、构建的
抗病基因分子标记图谱,对发现同类基因和聚合抗
病基因,培育持久抗病品种具有重要意义。
参考文献
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责任编辑:李晖
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