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Molecular detection of stripe rust resistance genes in 41 wheat varieties from Tibet

西藏41个小麦品种(系)抗条锈病基因的分子检测



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  45(2): 211 ̄215(2015)
收稿日期: 2014 ̄03 ̄18ꎻ 修回日期: 2014 ̄12 ̄16
基金项目: 教育部科技研究重点项目(212166)
通讯作者: 杨敏娜ꎬ博士ꎬ副教授ꎬ主要从事小麦条锈病和抗病分子遗传学研究ꎻE ̄mail: ymn0919@163.comꎮ
doi:10.13926 / j.cnki.apps.2015.02.013
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研究简报
西藏 41个小麦品种(系)抗条锈病基因的分子检测
彭岳林1ꎬ 杨敏娜1∗ꎬ 旦 巴1ꎬ2ꎬ 次卓嘎1
( 1西藏大学农牧学院ꎬ林芝 860000ꎻ 2西藏高原作物分子育种实验室ꎬ林芝 860000)
Molecular detection of stripe rust resistance genes in 41 wheat varieties from Tibet
PENG Yue ̄lin1ꎬ YANG Min ̄na1ꎬ DAN Ba1ꎬ2ꎬ CI Zhuo ̄ga1   ( 1Agricultural and Animal Husbandry College of Tibet
Universityꎬ Linzhi 860000ꎬ Chinaꎻ 2Lab Molecular Crops Breeding on Tibet Plateauꎬ Linzhi 860000ꎬ China)
Abstract: In order to investigate the resistance of main wheat cultivars to wheat stripe rust in Tibetꎬ and identi ̄
fy the existing Yr resistance genes in these plant varietiesꎬ 41 of wheat cultivars (lines) were evaluated for resis ̄
tance level on adult plants under field conditions in Linzhi during 2011 ̄2013ꎬ and the evaluation was conducted
by using the known SSR markers linked with rust resistance genes Yr1ꎬ Yr5ꎬ Yr9ꎬ Yr10ꎬ Yr15ꎬ Yr18 and Yr26.
The results showed that Yr1ꎬ Yr5ꎬ Yr9ꎬ Yr10ꎬ Yr15ꎬ Yr18 and Yr26 could be detected at a frequency of 4.4%ꎬ
4.9%ꎬ 17.1%ꎬ 0%ꎬ 19.5%ꎬ 14.6% and 36.6%ꎬ respectively. The resistance performance of wheat varieties in the
field combined with the Yr gene detection results showed that two materials possibly carried Yr5ꎬ six materials
possibly carried Yr9ꎬ three materials possibly carried Yr15ꎬ five materials possibly carried Yr18ꎬ two materials
possibly carried Yr26ꎬ and eight materials including Zang 178 and 43351 displayed high or very high level of
resistanceꎬ in which other unknown new resistance genes might be contained.
Key words: Tibet common wheatꎻ wheat stripe rustꎻ molecular detectionꎻ resistance identification
文章编号: 0412 ̄0914(2015)02 ̄0211 ̄05
    小麦条锈病是西藏小麦生产的重要病害之一ꎮ
明确西藏当前主要小麦品种的抗条锈病基因及抗
锈特性ꎬ对抗源材料的合理布局和利用以及持久抗
条锈病品种的选育具有重要的意义ꎮ
    目前ꎬ国际上已正式命名了 60 多个小麦抗条
锈病基因ꎬ而且这些基因都有可供检测的分子标
记ꎬ利用分子标记可以快速检测到对应的抗条锈病
基因[1]ꎮ 当前ꎬ只有 Yr5、Yr10、Yr15、Yr18 和 Yr26
等基因对西藏乃至全国的条锈菌流行小种有
效[2]ꎮ 迄今ꎬ 关于西藏小麦品种抗条锈病基因的
分子检测还鲜有报道ꎮ 因此ꎬ本研究拟利用自然诱
发抗病性鉴定和分子检测相结合的方法ꎬ对西藏
41份小麦材料进行抗条锈病基因鉴定ꎬ以了解西
藏小麦种质抗条锈病基因现状ꎬ为抗病品种合理布
局及抗病育种等提供依据ꎮ
1  材料与方法
1.1  植物材料
    供试的 41 份小麦品种(系)及抗条锈病近等
基因系由西藏大学农牧学院提供ꎮ 用 AvocetS 作
感病对照ꎮ
1.2  试验方法
1.2.1  田间抗病性鉴定  试验于 2011~ 2013 年在
西藏大学农牧学院实习农场(北纬 29°40′24.1″ꎬ东
经 94°20′23.6″ꎬ海拔 3 002 m)内进行ꎮ 试验地位
 
植物病理学报 45卷
于西藏小麦条锈病常发区ꎬ病菌能独立完成周年循
环ꎬ常年发病面积 3 000 hm2以上ꎬ普遍率达 50% ~
80%ꎬ严重率达 30% ~ 100%ꎮ 按照全国小麦抗条
锈病变异观察圃统一方法设置试验观察圃ꎬ试验圃
周围播种 3 行高感条锈病的铭贤 169 作自然诱发
接种行ꎮ 于条锈病发病盛期调查发病情况ꎬ按 0、
0ꎻ、1、2、3和 4六级标准记载反应型ꎮ
1.2.2  已知 Yr基因的分子检测  采用改良 CTAB
法从幼苗叶片中提取小麦基因组 DNAꎮ 用于检测
Yr1、Yr5、Yr9、Yr10[3]、Yr15[4]、Yr18 和 Yr26 的特异
分子标记及序列见表 1ꎬ由北京康为生物技术有限
责任公司合成ꎮ
    扩增反应总体积 25 μLꎬ包括 10 mmol􀅰L-1
Tris ̄HCl(pH 9.0)2.5μLꎬ15 mmol􀅰L-1 MgCl2 5.0
μLꎬ2.5 mmol􀅰L-1 dNTPs 2.2 μLꎬ2.5 umol􀅰L-1
上下游引物各 2.5 μLꎬ30 ng 基因组 DNAꎬ1.25 U
Taq酶ꎮ PCR扩增程序为:94℃预变性 4 minꎻ94℃
变性 1 minꎬ50℃ ~ 60℃退火 1 min(依具体引物而
定)ꎬ72℃ 1 minꎬ共 35 个循环ꎻ最后 72℃延伸 10
minꎮ 扩增反应在BioRad C ̄1000型 PCR仪上进行ꎮ
    PCR扩增产物用 8%非变性聚丙烯酰胺凝胶
电泳ꎬ经硝酸银染色后观察照相ꎮ
2  结果与分析
2.1  Yr基因的分子检测
    分子检测结果见表 2ꎮ 利用 Xgwm372 检测
Yr1ꎬ藏 175等 10 份材料对该标记呈阳性反应ꎻ利
用 Xgwm501检测 Yr5ꎬ仅藏 218和昌都 2号带有该
标记(图 1)ꎻ利用 Yr9 的 Xgwm582 检测ꎬ藏 173 等
7份材料带有该标记ꎻ利用与 Yr10 距离最近的标
记 Xpsp3000检测ꎬ41 份材料均未检测到该标记ꎻ
利用 Xgwm413 检测 Yr15ꎬ藏 181 等 8 份材料带有
该标记(图 2)ꎻ利用 Xgwm295标记检测 Yr18ꎬ藏 173
等 6 份材料带有该标记ꎻ利用 Xgwm18 标记检测
Yr26ꎬ藏 173等 15份材料带有该标记(图 3)ꎮ Yr1、
Yr5、Yr9、Yr10、Yr15、Yr18 和 Yr26 出现频率分别为
24.4%、4.9%、17.1%、0%、19.5%、14.6%和 36.6%ꎮ
Table 1  Primers of SSR markers for stripe rust resistance gene
Yr gene SSR marker Primer sequence (5′→3′) Yr gene SSR marker Primer sequence (5′→3′)
Yr1 Xgwm372
Yr5 Xgwm501
Yr9 Xgwm582
Yr10 Xpsp3000
AATAGAGCCCTGGGACTGGG
GAAGGACGACATTCCACCTG
GGCTATCTCTGGCGCTAAAA
TCCACAAACAAGTAGCGCC
AAGCACTACGAAAATATGAC
TCTTAAGGGGTGTTATCATA
GCAGACCTGTGTCATTGGTC
GATATAGTGGCAGCAGGATACG
Yr15 Xgwm413
Yr18 Xgwm295
Yr26 Xgwm18
TGCTTGTCTAGATTGCTTGGG
GATCGTCTCGTCCTTGGCA
GTGAAGCAGACCCACAACAC
GACGGCTGCGACGTAGAG
TGGCGCCATGATTGCATTATCTTC
GGTTGCTGAAGAACCTTATTTAGG
 
Fig. 1  Detection of Yr5 gene with its specific molecular marker Xgwm501
M: Markerꎻ R: AvocetS∗6 / Yr5ꎻ S: AvocetSꎻ 1: Zang 218ꎻ 2: 2003016ꎻ 3: Dongqu 1ꎻ 4: Changdu 2ꎻ 5: Pinbi16ꎻ
6: AvocetS∗6 / Yr5ꎻ 7: Bomi 2ꎻ 8: 43351ꎻ 9: 24132ꎻ 10: 05 ̄871.
212
 
  2期 彭岳林ꎬ等:西藏 41个小麦品种(系)抗条锈病基因的分子检测
Fig. 2  Detection of Yr15 gene with its specific molecular marker Xgwm413
M: Markerꎻ S: AvocetSꎻ R: AvocetS∗6 / Yr15ꎻ 1: Zang178ꎻ 2: Zang181ꎻ 3: Zang 184ꎻ 4: Zang 192ꎻ 5: Zang194ꎻ
6: Zang 196ꎻ 7: Zang199ꎻ 8: Zang 200ꎻ9: Zang 202ꎻ 10: Zang204ꎻ 11: Zang218ꎻ 12: Zang 219ꎻ 13: Zang 222ꎻ
14: Zang 225ꎻ 15: Zang235ꎻ 16: Zang321ꎻ 17: Feimaiꎻ 18: 981024.
Fig. 3  Detection of Yr26 gene with its specific molecular marker Xgwm18
M: Markerꎻ R: AvocetS∗6 / Yr26ꎻ S: AvocetSꎻ 1: Zang173ꎻ 2: Zang175ꎻ 3: Zang177ꎻ 4: Zang178ꎻ 5: Zang181ꎻ
6: Zang192ꎻ 7: Zang194ꎻ 8: Zang196ꎻ 9: Zang199ꎻ 10: Zang200ꎻ 11: Zang202ꎻ 12: Zang218ꎻ 13: Zang219ꎻ
14: Zang225ꎻ 15: Zang235ꎻ 16: Zang321ꎻ 17: Feimaiꎻ 18: Zangdong22ꎻ 19: 981024ꎻ 20: Zangdong25ꎻ 21: 2003016ꎻ 22: Bomi2.
    另外ꎬ藏 171 等 11 份材料未检测出本试验提
供的任一已知 Yr基因ꎮ
2.2  小麦材料抗条锈病基因分析
    综合分析 41份西藏小麦分子检测和两年田间
自然诱发抗病性(表 2)结果ꎬ结合近等基因系在当
地多年抗病性表现ꎬ可初步判断某一小麦品种是否
携带已知 Yr 基因[5]ꎬ从而进一步明确西藏小麦种
质资源抗条锈病基因现状ꎮ 当品种抗病性与已知
Yr基因表现相同且检测到该 Yr 基因的阳性标记
时ꎬ认为该品种可能携带某一 Yr 基因ꎮ 以藏 173
和藏 196 为例ꎬ分子检测表明它们可能同时携带
Yr9、Yr18和 Yr26ꎬ但结合抗病性表现分析ꎬ藏 173
抗病性反应与已知 Yr18基因表现相同而与 Yr9 和
Yr26基因表现不同ꎬ藏 196与已知 Yr9基因表现相
同而与 Yr18和 Yr26不同ꎬ可推断藏 173 可能携带
Yr18而藏 196 可能携带 Yr9ꎮ 同理分析推导其他
材料是否携带已知 Yr 基因或未知新抗病基因(用
“?”表示)ꎮ
    由表 2 得知ꎬ981024 可能同时携带 Yr1、Yr15
和 Yr26ꎻ藏 175可能携带 Yr1ꎻ藏 200可能携带 Yr1
和 Yr18ꎻ24132 可能携带 Yr1、Yr18 和其他未知抗
病基因ꎻ藏 177 等 5 份材料可能携带 Yr9ꎻ藏 173、
藏 181和藏 184可能携带 Yr18ꎻ藏冬 20 号可能携
带 Yr1和 Yr26ꎻ藏冬 25号和波密 2号可能携带 Yr1
和 Yr15ꎻ昌都 1 号、倾多 1 号和波密 1 号均可能携
带 Yr1和未知抗病基因ꎻ藏 218可能携带 Yr5ꎻ昌都
2号可能携带 Yr5 和未知抗病基因ꎻ藏 181 可能携
带 Yr18ꎻ藏 178等 8份抗病性表现较好(免疫至中
抗)材料未检测到任一已知 Yr基因ꎬ推测其可能携
带未知抗病基因ꎮ 藏 192 等 9 份材料虽检测到已
知 Yr基因的阳性标记ꎬ但结合抗病性表现推测其
可能不携带本试验提供的任一已知 Yr基因ꎮ
3  结论
    目前ꎬ分子标记技术已在小麦分子标记辅助选
择育种等方面广泛应用ꎮ 利用已知抗病基因分子
标记进行分子检测诊断ꎬ将有助于对种质资源初步
筛选鉴定ꎮ 但要明确已知抗病基因是否存在ꎬ还必
须结合抗病谱分析ꎮ 本研究对 41份西藏小麦材料
进行抗条锈病已知基因的分子检测ꎬ并结合两年田
间成株抗病性鉴定ꎬ初步掌握了西藏小麦抗条锈病
基因现状ꎮ 综合分析表明ꎬ西藏小麦总体抗性资源
较丰富ꎬ其中 2份材料可能携带 Yr5ꎬ4 份材料可能
携带 Yr9ꎬ3份材料可能携带 Yr15ꎬ6 份材料可能携
带 Yr18ꎬ2 份材料可能携带 Yr26ꎬ藏 178 等 8 份抗
性较好材料可能携带其它未知抗病基因ꎮ
312
 
植物病理学报 45卷
Table 2  Resistance performance and the postulated resistance genes in 41 wheat varieties
Wheat material
Infection type Molecular detection
Yr gene detected
2012 2013 Yr1 Yr5 Yr9 Yr10 Yr15 Yr18 Yr26
Stripe rust gene / vector species
AvocetS∗6 / Yr1 3 3 1 0 0 0 0 0 0 Yr1
AvocetS∗6 / Yr5 3 3 0 1 0 0 0 0 0 Yr5
AvocetS∗6 / Yr9 2 2 0 0 1 0 0 0 0 Yr9
AvocetS∗6 / Yr10 1 2 0 0 0 1 0 0 0 Yr10
AvocetS∗6 / Yr15 0 0 0 0 0 0 1 0 0 Yr15
AvocetS∗6 / Yr18 3 3 0 0 0 0 0 1 0 Yr18
AvocetS∗6 / Yr26 0 0 0 0 0 0 0 0 1 Yr26
AvocetS 3 3 0 0 0 0 0 0 0 -
Experimental wheat materials
Zang 171 3 3 0 0 0 0 0 0 0 -
Zang 173 3 3 0 0 1 0 0 1 1 Yr18
Zang 175 3 3 1 0 0 0 1 0 1 Yr1
Zang 177 2 2 0 0 1 0 0 0 1 Yr9
Zang 178 1 2 0 0 0 0 0 0 0 ?
Zang 181 3 3 0 0 0 0 1 1 0 Yr18
Zang 184 3 3 0 0 0 0 0 1 0 Yr18
Zang 192 3 3 0 0 0 0 1 0 1 -
Zang 194 3 3 0 0 0 0 0 0 1 -
Zang 196 2 2 0 0 1 0 0 1 1 Yr9
Zang 199 2 2 0 0 1 0 0 0 1 Yr9
Zang 200 3 3 1 0 0 0 0 1 0 Yr1 + Yr18
Zang 202 3 3 0 0 0 0 0 0 0 -
Zang 204 3 3 0 0 0 0 1 0 0 -
Zang 218 3 3 0 1 0 0 0 0 0 Yr5
Zang 219 3 3 0 0 0 0 0 0 1 -
Zang 222 3 3 0 0 0 0 0 0 1 -
Zang 225 3 3 0 0 1 0 0 0 1 -
Zang 235 3 3 0 0 0 0 0 0 1 -
Zang 321 3 3 0 0 0 0 0 0 1 -
Feimai 4 3 0 0 0 0 0 0 1 -
Zangdong 20 0 0 1 0 0 0 0 0 1 Yr1 + Yr26
981024 0 0 1 0 0 0 1 0 1 Yr1 + Yr15 + Yr26
Zangdong 25 0 0 1 0 0 0 1 0 0 Yr1 + Yr15
412
 
  2期 彭岳林ꎬ等:西藏 41个小麦品种(系)抗条锈病基因的分子检测
Continued Table 2
Wheat material
Infection type Molecular detection
Yr gene detected
2012 2013 Yr1 Yr5 Yr9 Yr10 Yr15 Yr18 Yr26
2003016 2 2 0 0 0 0 1 0 0 ?
Bomi 2 0 0 1 0 0 0 1 0 0 Yr1 + Yr15
43351 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ?
24132 0 0 1 0 0 0 0 1 0 Yr1 + Yr18 + ?
05 ̄871 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ?
Pinbi 16 3 3 0 0 0 0 0 0 0 -
0631 3 3 0 0 0 0 0 0 0 -
08 ̄48 2 2 0 0 0 0 0 0 0 ?
08 ̄30 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ?
Pinbi1 7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ?
Ta98100 2 2 0 0 0 0 0 0 0 ?
Changdu 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 Yr1 + ?
Changdu 2 0 0 0 1 0 0 0 0 0 Yr5 + ?
Qingduo 1 2 2 1 0 0 0 0 0 0 Yr1 + ?
Bomi 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 Yr1 + ?
981551 2 2 0 0 1 0 0 0 0 Yr9
W36 ̄08 2 2 0 0 1 0 0 0 0 Yr9
  “1”: Presence of bands for the corresponding resistance geneꎻ “0”: No bandsꎻ “-”: No Yr gene detectedꎻ “?”: Unknown
resistance gene.
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责任编辑:李晖
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