全 文 ：第 30 卷 第 3 期
2004 年 3 月 　205～209 页 　 　
作 　物 　学 　报
ACTA AGRONOMICA SINICA
　 　 Vol. 30 , No. 3
pp. 205～209 　Mar. , 2004
小麦抗白粉病近等基因系遗传背景的分子标记检测
田清震　周荣华　贾继增 3 Ξ
(中国农业科学院作物品种资源研究所 ,农业部作物种质资源与生物技术重点开放实验室 ,北京 100081)
摘 　要 　利用 AFLP 分子标记技术 ,对近年来培育的几套近等基因系的遗传背景进行检测 ,发现所检测到的遗传多样性
主要集中于供体亲本之间 ,而近等基因系内部已达到很高的遗传一致性 ;包含 Pm4 b 的近等基因系、包含 Pm2/ Pm6 的近
等基因系与轮回亲本遗传上比较接近 ,其内部选系之间也达到很高的一致性 ,是理想的近等基因系 ;发现 Pm21 中簇毛
麦的特异条带 ,以及 Pm13 中高大山羊草的特征条带 ,可用于抗病基因的鉴定。
关键词 　小麦 ;近等基因系 ;AFLP(Amplified Fragment Length Polymorphism) ;白粉病抗性
中图分类号 : S511
Molecular Evaluation on the Background of Wheat Near Isogenic Lines for Powdery
Milde w Resistance
TIAN Qing2Zhen , ZHOU Rong2Hua , J IA Ji2Zeng 3
( Institute of Crop Germplasm Resources , Chinese Academy of Agricultural Science ; Key Laboratory of Crop Germplasm &Biotechnology , Ministry of Agriculture , Bei2
jing ,100081 , China)
Abstract 　The genetic background of several near isogenic lines (NILs) for wheat powdery mildew resistance were evaluat2
ed with the AFLP technique.Large genetic variance was detected among donor parents of the NILs , and good genetic consis2
tency was found in between the NILs. The NIL with Pm4 b and the NIL with Pm2/ Pm6 was much similar to the recurrent
parent Bainong 3217 genetically. Characteristic bands of the resistance gene to powdery mildew Pm21 and Pm13 were
found , which could be used in the identification of the disease resistance genes and the near isogenic lines.
Key words 　Wheat ; Near isogenic lines ; AFLP(Amplified Fragment Length Polymorphism) ;Powdery mildew resistance
　　小麦白粉病 ( Erysiphe graminis DC. f . sp . tritici )
是由小麦白粉菌 ( Erysiphe graminis DC. f . sp . tritici
Marshal. )引起的真菌性病害 ,由于白粉菌生理小种
的变异及抗源品种的单一布局 ,包括 Pm8 在内的许
多抗白粉病基因丧失了抗性。目前白粉病已成为湖
北、河南、江苏、安徽、山东、河北、北京、甘肃、辽宁等
省市造成小麦减产的主要真菌病害之一。小麦抗白
粉病近等基因系是白粉病抗性遗传研究的宝贵材
料 ,通过回交培育含有不同抗性基因的近等基因系 ,
是利用白粉病抗源和培育抗病品种的有效方法。
早在 20 世纪 90 年代初期 ,本实验室就开始小
麦抗白粉病近等基因系的培育 ,育成了两套分别以
我国大面积推广品种百农 3217 和北京 837 为遗传
背景 , 携带 Pm2/ Pm6、Pm4 b、Pm6、Pm12、Pm13、
Pm16、Pm20、Pm21、PmH、PmF、PmA 等不同抗病基
因的近等基因系 ,为进一步研究并克隆这些抗病基
因奠定了基础。
由荷兰 Key Gene 公司的 Zabeau 和 Vos (1993) 发
明的 AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism)
技术 ,其基本原理是对基因组 DNA 进行双酶切 ,酶
切片段与含有共同粘性末端的接头相连接 ,通过选
择在 3′末端分别添加 1～3 个选择性碱基的不同引
物 ,选择性地识别具有特异配对序列的酶切片段 ,实
现特异性扩增[1 ] 。AFLP 结合了 RFLP 和 PCR 的优
点 ,目前已经成功地应用在小麦种质指纹图谱构建、
遗传多样性研究、遗传连锁图谱构建、目的基因的分
子定位及基因的表达与克隆研究等方面[2 ] 。
目前 ,虽然所培育的近等基因系与轮回亲本在Ξ基金项目 :国家 863 计划“小麦新型分子标记开发及抗病、优质、高产新品种培育”项目 (2001AA211031) 。
作者简介 :田清震 (1968 - ) ,男 ,山西省孝义市人 ,主要从事作物品种资源与生物技术研究。现工作单位 :中国农业科学院作物育种栽培研
究所。Tel :010268918596。E2mail : qztian @caas. net . cn. 3通讯作者 :贾继增。E2mail :jzjia @mail . caas. net . cn
Received(收稿日期) :2003201202 ,Accepted (接受日期) : 2003204203.

表 1 近等基因系材料及其选育系谱
Table 1 The near isogenic lines and their pedigree
NIL 选系名称Line name
抗病基因供体亲本
The donor of
disease resistance
携带基因
Genes
选系数
Lines No.
近等基因系选育系谱
NILs pedigree
1 2989、2993 VPM Pm4 b 2 (VPm/ 百农 3217) BC7F4
2 3002、3003 Mardler Pm2/ Pm6 2 (Mardler/ 百农 3217) BC7F5
3 302521、302522、303222、303223 R1A Pm13 4 (R1A/ 百农 3217) BC7F3
4 308522、308524、308622、308623 R43 Pm21 4 (R43/ 百农 3217) BC7F2
5 315522、315722、3158 红蜷芒 Pm5 ? 3 (红蜷芒/ 百农 3217) BC6F2
6 320123、320124 Am6 未知 2 (632/ Am621/ / 百农 3217) BC5F2
　　注 : Am6 为硬粒小麦 DR147 ×粗山羊草 Ae39 合成的双二倍体。
Note : Am6 derived from the dibiploid of the durum accession DR147 and the accession Ae39 from Aegilops squarrosa L.
形态上已经十分相近 ,但还缺乏分子水平的评价。
AFLP 可以一次性检测大量位点 ,对后代个体基因组
的遗传背景进行选择 ,从而加速育种进程 ,提高选择
效率。本研究利用 AFLP 分子标记 ,对这些近等基
因系的遗传背景进行检测 ,明确其与轮回亲本的遗
传相似程度及应用价值 ,为这些宝贵育种材料进一
步的开发利用提供理论依据。
1 　材料与方法
1. 1 　试验材料
　　供试材料为以百农 3217 为轮回亲本培育的 6
套近等基因系及其供体亲本 ,由中国农科院品种资
源研究所农业部作物种质资源与生物技术重点开放
实验室培育而成。百农 3217 为河南省 20 世纪 80～
90 年代大面积推广的优良品种 ,系谱来源为阿夫/
内乡 5 号 F1/ / 咸农 39F2/ 3/ 西农 64 (4) 43 选/ 偃大
24F1。6 套近等基因系的抗病基因供体亲本及来源 ,
材料选系数及选育过程如表 1 所示。
1. 2 　试验方法
用培养皿在室温下发芽 ,取 2 周的幼苗叶片 ,参
照 Edwards 等[3 ]的方法 ,取选系材料各 10 株 ,利用
SDS法混合提取 DNA ,2 次重复 ,而后利用 Mse Ⅰ和
Pst Ⅰ内切酶进行酶切 ,并连接上相应的接头 ,通过
两步扩增法进行 AFLP 分析。小麦 AFLP 反应程序
同文献[4 ]。
数据统计采用以下指标 :
(1) 多态性位点数 　用多态性条带的数目 n 表
示 ;
(2) 平均遗传多样性系数 　采用 Shannon and
Weaver (1949)信息指数表示[5 ] :
H′= 1
n ∑
n
i = 1
( pi ×log2 pi)
　　其中 , H′为所检测多态性位点的平均遗传多样
度 , n 为多态性位点 (条带) 数目 , pi 为某条带在群体
中出现的频率。H′值反映了所检测多态性位点的
遗传多样性程度。
(3) 遗传相似系数 　对电泳结果采用“0 ,1”系
统记录谱带位置 ,对于某一扩增条带 ,有带记为“1”,
无带记为“0”。计算材料之间 Jaccard (1908) 相似系
数 :
J = a
a + b
　　其中 , a 为 2 材料均为“1”或“0”的条带总数 ; b
为 2 材料分别为“1”或“0”条带的总数 ,因此 , J 表示
具有相同的条带数占分析条带总数的比率。以 Jac2
card 相似系数为基础 ,以不加权成对算术平均法
(UPGMA) 进行聚类分析。运算均在 NTSYS2pc[6 ]统
计软件包上完成。
2 　结果与分析
2. 1 　不同引物组合鉴定近等基因系的效果
　　本研究采用引物组合 12 个 ,共检测条带数 649
个 ,得到供试材料间有多态性的条带 298 条 ,占总条
带数的 45. 9 %。图 1 所示为应用引物组合 M2GAG/
P2GAC 分析时 ,各近等基因系及其供体亲本的 AFLP
指纹。
进一步分析表明 (见表 2) ,12 对引物组合在供
试材料间平均遗传多样性系数为 014267 ,但检测到
的遗传多态性主要集中于亲本之间 ,亲本间多态性
条带达 290 条 ,而近等基因系之间多态性的条带仅
为 48 条 ;供体亲本之间存在很大的分化 ,亲本间平
均遗传多样性系数达 017319 ,而近等基因系之间具
有很大的相似性 ,遗传多样性系数仅为 010929。
可见 ,供试材料亲本间存在较大的遗传差异 ,而
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图 1 各近等基因系及其供体亲本
的 AFLP指纹(引物组合 M2GAG/ P2GAC)
Fig. 1 The AFLP fingerprints of the near isogenic lines
and their donors ( M2GAG/ P2GAC)
M: pBR322/ Msp Ⅰ标准 Marker ;B :百农 3217 ; 1 : VPM、2989、
2993 ;2 :Mardler、3002、3003 ;3 : R1A、302521、302522、303222、303223 ;
4 : R43、308522、308524、308622、308623 ; 5 :红蜷芒、315522、315722、
3158 ;6 :Am6、320123、320124。下同。
M: pBR322/ Msp Ⅰmarker ;B :the recurrent parent Bainong 3217 ;
1 : VPM , 2989 , 2993 ; 2 : Mardler , 3002 , 3003 ; 3 : R1A , 302521 ,
302522 , 303222 , 303223 ;4 :R43 , 308522 , 308524 , 308622 , 308623 ;5 :
Hongquanmang , 315522 , 315722 , 3158 ;6 :Am6 , 320123 , 320124. The
same as below.
表 2 不同引物组合分析近等基因系的结果
Table 2 Efficiency of the primer combinations in identifying
the near isogenic lines
序号
Sequence
No.
引物 3′端碱基序列
3′2end sequence of
the primer pairs
Mse Ⅰ Pst Ⅰ
总带数
Total
bands
多态性条带
Polymorphic bands
遗传多样性指数
Genetic diversity
index
总计
Total
亲本间
Among
donors
NIL 间
Among
NILs
亲本间
Among
donors
NIL 间
Among
NILs
1 AGT GAC 59 27 27 2 0. 7193 010369
2 CAC ACA 53 33 31 9 017417 011248
3 CCA CGA 56 19 19 1 017474 010275
4 CGA ACC 73 27 26 5 016929 011196
5 CGA ACG 54 34 34 5 017489 010670
6 CGA ACT 31 11 11 3 017595 011516
7 CGA GAC 29 15 13 3 016376 011632
8 CGA GAT 61 24 22 9 017086 011779
9 CTG ACA 59 29 29 2 017845 010482
10 CTG AGC 70 27 27 4 017339 010798
11 GAG GAC 57 36 35 2 017347 010332
12 GAG GAT 46 16 16 3 017732 010855
合　　计　Total 649 298 290 48 017319 010929
近等基因系内部选系之间已达到较高的一致性。
212 　各近等基因系与轮回亲本的相似程度及其遗
传一致性评价
比较 6 个近等基因系与轮回亲本百农 3217 的
平均 Jaccard 遗传相似系数 (见表 3) ,可以看出 ,这些
近等基因系与轮回亲本百农 3217 的遗传相似系数
都已达到 0195 以上。相对来讲 ,包含 Pm4 b 的近等
基因系 1 与轮回亲本遗传上最为接近 (019690) ,而
且选系之间的遗传相似性也很高 (019911) 。其次是
包含 Pm2/ Pm6 的近等基因系 2 ,与轮回亲本遗传上
也很接近 (019602) ,选系之间的遗传相似性也很高
(019910) 。包含 Pm13 的近等基因系 3 虽已经过 7
代回交 , 但与轮回亲本遗传上还相差相对较远
(019547) ,群体内变异相对较大。这说明 ,虽然经过
多次回交 ,后代与轮回亲本之间在分子水平上还可
能存在较大差异。
表 3 近等基因系与亲本之间的平均遗传相似系数
Table 3 Genetic similarity coefficients between the NILs
and the parents
NIL
No.
抗病基因
供体亲本
The donor
of disease
resistance
携带基因
Gene
与轮回亲本
平均遗传相
似系数
The similarity
coef . to the
recurrent parent
与供体亲本
平均遗传相似
系数
The similarity
coef . to
the donor
选系之间的
平均遗传相
似系数
Average coef .
in the NIL
lines
1 VPm Pm4 b 0. 9690 018163 019911
2 Mardler Pm2/ Pm6 019602 017738 019910
3 R1A Pm13 019547 017838 019792
4 R43 Pm21 019571 017828 019881
5 红蜷芒 Pm5 ? 019591 019607 019897
6 Am6 未知 019593 017175 019933
　　根据供试材料之间的 Jaccard 遗传相似系数 ,利
用 UPGMA 方法进行聚类分析 ,结果如图 2 所示。
由图 2 可以看出 ,包含 Pm4 b 的近等基因系 1
(2989、2993)与轮回亲本百农 3217 最为接近 ,其次是
近等基因系 2 (3002、3003) 。
比较供体亲本与百农 3217 及几个自交系之间
的关系 ,可以看出 ,红蜷芒与近等基因系遗传上最为
相近 ,其次是 VPM和 Mardler ,而 Am6 与各近等基因
系之间相距最远 ,这与这些材料的来源一致。红蜷
芒、Mardler 是普通小麦材料 ,VPM 是普通小麦与波
斯小麦的后代 ,R43、R1A 均是普通小麦与小麦野生
近缘植物的易位系 ,Am6 来自硬粒小麦 ×粗山羊草
合成的双二倍体 ,与普通小麦遗传上相差较大。可
见 ,由 AFLP 可以正确揭示近等基因系与其供体亲
本之间的遗传关系。
702　3 期 田清震等 :小麦抗白粉病近等基因系遗传背景的分子标记检测 　　　

图 2 各近等基因系及其供体亲本之间的聚类分析
Fig. 2 The dendrogram of the near isogenic lines
and their donors
213 　各近等基因系鉴别的初步研究
通过对各近等基因系材料间多态性条带进行分
析 ,发现当利用引物组合 M2CGA / P2ACC、M2CGA /
P2ACT分析时 ,含有 Pm21 的近等基因系 6 及其供
体亲本 R43 具有特异条带 M2CGA/ P2ACC215 (约 300
bp 见图 3) 、M2CGA/ P2ACT21 (约 500 bp) ,推测此为携
带抗白粉病基因 Pm21 的簇毛麦的特异条带 ,从而
用于该抗病基因的鉴别。当用引物组合 M2CTG/ P2
AGC时 ,含有 Pm13 的近等基因系 4 ,与其供体亲本
R1A 具有特异条带 M2CTG/ P2AGC215 (约 270 bp) ,推
测此为携带抗白粉病基因 Pm13 高大山羊草的特征
条带 ,从而可作为该近等基因系的分子标记。
进一步通过对 Pm21 的 BC7F2 分离群体初步验
证 ,发现 M2CGA/ P2ACC215、M2CGA/ P2ACT21 存在于
所有抗病单株中 ,而在感病单株中均不存在。因此 ,
我们初步认为 ,这两个标记可作为抗病基因 Pm21
及其近等基因系的分子标记。
3 　讨论
3. 1 　关于近等基因系在抗病育种中的意义
　　为了充分利用白粉病抗源 ,培育持久抗病品种 ,
本实验室育成了两套分别以百农 3217 和北京 837
为遗传背景 ,携带有不同抗病基因的近等基因系。
这些材料是小麦抗白粉病分子生物学研究的宝贵材
料 ,为进一步研究和克隆抗病基因 ,以及为抗性基因
图 3 含有 Pm21 的近等基因系 6
的特征条带(引物组合 M2CGA/ P2ACC)
Fig. 3 The characteristic bands of the near
isogenic line with Pm21
聚合育种奠定基础。本研究通过 AFLP 分子检测表
明 ,这些近等基因系与轮回亲本百农 3217 的遗传相
似系数都非常相近 ,尤其包含 Pm4 b 的近等基因系
1 及包含 Pm2/ Pm6 的近等基因系 2 ,与轮回亲本百
农 3217 遗传上最为接近 ,选系之间的遗传相似性也
很高 ,是比较理想的近等基因系。
研究还表明 ,回交代数多 ,近等基因系选系与轮
回亲本的相似程度不一定高。如包含 Pm13 的近等
基因系 3 ,虽然已经过 7 代回交 ,但与轮回亲本还有
较大的遗传差异。结合分子标记进行回交选择 ,必
将提高选择效率 ,从而加快近等基因系选育的进程。
目前 ,对近等基因系的开发应用还十分有限 ,今
后应加强对这些材料的遗传评价 ,充分认识并利用
这些珍贵材料 ,对进一步开展小麦抗病分子生物学
研究 ,必将起到积极的推动作用。
3. 2 　抗病基因的分子标记
分子标记不受环境条件的影响 ,检测结果准确
可靠 ,在抗病基因的标记辅助选择和抗病基因聚合
育种中具有广阔的应用潜力。与其他分子标记技术
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相比较 ,AFLP 揭示的遗传多样性信息量最高[7 ] ,可
在很短的时间内通过对大量位点的检测 ,找到与抗
病基因紧密连锁的分子标记 ,从而在分离世代中迅
速筛选到含目的基因的抗性植株[8 ] 。由于近等基因
系几乎仅在目标性状上存有差异 ,因此 ,一般凡是能
在近等基因系间揭示多态性的分子标记 ,就极可能
位于目标基因的两翼附近[9 ] ,从而有助于目标基因
的克隆。本研究通过对包含不同抗病基因近等基因
系的 AFLP 研究 ,找到 Pm21、Pm13 近等基因系的特
征条带 ,这些标记在育种辅助选择、抗病基因的图位
克隆中可能具有重要的意义。需要指出的是 ,由于
存在连锁累赘 (Linkage Dragging) ,这些标记还有待
进一步鉴定和验证。
抗病基因聚合是培育具持久抗性品种的有效方
法。本实验室将具不同抗病基因的近等基因系两两
杂交 ,然后再对两两杂交的材料进行杂交 ,并在每次
杂交后代进行辅助选择 ,正在培育分别具有 2 个、4
个、6 个、8 个甚至更多抗病基因的抗病聚合体。利
用不同抗白粉病基因的分子标记 ,可以对抗病基因
进行准确的追踪 ,从而加速抗病聚合体的选育进程。
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902　3 期 田清震等 :小麦抗白粉病近等基因系遗传背景的分子标记检测