中國(guó)小麥地方品種抗白粉病基因的發(fā)掘與定位

李靜婷++劉子記

摘要：小麥（Triticum aestivum L.）地方品種具有豐富的遺傳多樣性，其中蘊(yùn)含著豐富的抗白粉病基因，為小麥遺傳改良和抗病育種提供了優(yōu)異的抗源。就中國(guó)小麥地方品種抗白粉病研究進(jìn)行了綜述，包括抗病資源篩選鑒定、抗病性遺傳分析、抗病基因定位及分子標(biāo)記研究等，探討了利用地方品種抗源進(jìn)行小麥育種存在的問(wèn)題，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：小麥（Triticum aestivum L.）；地方品種；抗白粉病基因；分子標(biāo)記

中圖分類(lèi)號(hào)：S435.121.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）17-4113-04

小麥（Triticum aestivum L.）白粉病是由高度專(zhuān)化性寄生菌布氏禾白粉菌（Blumeria graminis f. sp. tritici）引起的一種流行性病害，過(guò)去在中國(guó)西南和東南沿海地區(qū)發(fā)生較重，近年來(lái)，隨著水肥條件的改變以及病菌生理小種的變異，其發(fā)生范圍逐漸向全國(guó)蔓延，發(fā)病面積逐年擴(kuò)大，2014年發(fā)病面積達(dá)到666.7萬(wàn)hm2，而加強(qiáng)抗白粉病品種的選育是防治白粉病最有效的手段。

小麥地方品種又稱(chēng)農(nóng)家品種，是漫長(zhǎng)的自然選擇和人工選擇的產(chǎn)物。中國(guó)擁有1.3萬(wàn)多份小麥地方品種資源，數(shù)量之大和類(lèi)型之多是世界上許多國(guó)家不可比擬的。小麥地方品種具有豐富的遺傳多樣性，是豐富小麥遺傳變異的潛在基因資源，同時(shí)也蘊(yùn)含著豐富的抗病資源。部分地方品種經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的時(shí)間，仍保持著抗白粉病能力，因此挖掘利用小麥地方品種抗病基因，豐富小麥白粉病抗源，是提高小麥抗病性的有效途徑。近30年來(lái)，在中國(guó)小麥地方品種抗白粉病篩選鑒定、遺傳分析、基因推導(dǎo)和抗白粉病基因定位等方面研究取得了很多成果，在此研究基礎(chǔ)上，本文對(duì)中國(guó)小麥地方品種抗白粉病研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

1 小麥地方品種白粉病抗源的篩選鑒定

開(kāi)展抗白粉病育種是解決小麥白粉病問(wèn)題最有效的手段，小麥白粉病抗源的鑒定、篩選和創(chuàng)新是進(jìn)行小麥白粉病育種的前提和基礎(chǔ)。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，中國(guó)學(xué)者對(duì)小麥地方品種資源進(jìn)行了廣泛的白粉病抗性鑒定。最初，對(duì)來(lái)自我國(guó)8個(gè)省區(qū)的3 441個(gè)小麥農(nóng)家種進(jìn)行白粉病抗性鑒定，免疫至高抗的僅有6個(gè)品種，中抗的品種有71個(gè)[1]。江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)院在1979～1995年間從來(lái)自江蘇省60個(gè)縣及國(guó)內(nèi)13個(gè)省、市1 837份農(nóng)家品種中僅篩選出4個(gè)中抗類(lèi)型[2]。后來(lái)，根據(jù)小麥地方品種的行政區(qū)分布進(jìn)行白粉病抗性鑒定，河南省867份農(nóng)家小麥品種中44個(gè)品種表現(xiàn)苗期白粉病抗性[3]；陜西省1 152份小麥地方品種中7個(gè)品種表現(xiàn)高抗[4]；甘肅省193份小麥地方品種中苗期抗性材料46份，成株期抗性材料15份[5]。近期，根據(jù)小麥地方品種的生態(tài)區(qū)分布進(jìn)行苗期白粉病抗性鑒定，結(jié)果表明，西南冬麥區(qū)和新疆冬麥區(qū)抗病品種頻率最高，其次為青藏春冬麥區(qū)和西北春麥區(qū)，而華南冬麥區(qū)、東北春麥區(qū)和北部春麥區(qū)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)抗病品種[6]。雖然我國(guó)小麥地方品種數(shù)量繁多，但抗白粉病的材料相對(duì)較少。

2 抗病性遺傳分析及抗病基因定位

在對(duì)我國(guó)廣泛存在的小麥地方品種進(jìn)行抗白粉病鑒定的基礎(chǔ)上，對(duì)表現(xiàn)高抗的地方品種進(jìn)行遺傳分析，以確定其所含抗病基因的數(shù)量和抗性遺傳機(jī)制。利用分子標(biāo)記及中國(guó)春缺體-四體系、雙端體和染色體缺失系對(duì)地方品種所含抗病基因進(jìn)行染色體定位；利用攜帶已知抗白粉病基因的材料與抗白粉病地方品種進(jìn)行等位性測(cè)驗(yàn)分析和基因推導(dǎo)分析，以確定這些地方品種所攜帶的抗白粉病基因是已知基因還是新基因，期望篩選出新的抗白粉病基因，為小麥抗病育種提供優(yōu)異的抗源。

已報(bào)道的小麥抗白粉病基因中，Pm5e（復(fù)壯30）[7]﹑Mlxbd（小白冬麥）[8]﹑PmH（紅蜷芒）[9]﹑Mljy （節(jié)燕）[10]﹑Mlsy（斯燕）[10]、Mlmz（螞蚱麥）[11]、PmTm4 （唐麥4號(hào)）[12]和Pm24（齒牙糙）[13]、Pm24b（白葫蘆）[14]、Pm47（紅洋辣子）[15]和PmX（小紅皮）[16]均來(lái)自小麥地方品種（表1）。其中，來(lái)源于齒牙糙的Pm24已經(jīng)在育種中被廣泛應(yīng)用。

2.1 定位于小麥地方品種7B染色體上的抗白粉病基因

小麥品種復(fù)壯30來(lái)源于利用陜西小麥地方品種醴泉和尚頭和華縣氣死風(fēng)雜交選育出的小麥品種涇惠30系統(tǒng)選育[23]，Huang等[7]對(duì)復(fù)壯30遺傳分析表明，其白粉病抗性是單隱性基因控制的；通過(guò)單體分析將該基因定位于7B染色體長(zhǎng)臂末端，命名為Pm5e，同時(shí)小白冬麥的抗白粉病基因（Mlxbd）也定位于7BL染色體；等位性測(cè)驗(yàn)分析結(jié)果表明，Pm5e是與Pm5a緊密連鎖而非Pm5位點(diǎn)的等位基因，而Mlxbd可能是Pm5e的等位基因[8]。由張慶勤教授選育的節(jié)燕與斯燕分別攜帶1對(duì)隱性抗白粉病基因，定位于7B染色體，等位性測(cè)驗(yàn)分析顯示是Pm5的等位基因，分別命名為Mljy﹑Mlsy[10]。紅蜷芒攜帶1對(duì)隱性抗白粉病基因，采用分子標(biāo)記分析將該基因定位于7BL染色體上；抗譜分析表明是1個(gè)新基因，暫命名為PmH[9]。螞蚱麥攜帶的隱性抗病基因位于小麥7BL染色體上，與Pm5e位置不同，也是1個(gè)新基因，暫命名為Mlmz[11]。而唐麥4號(hào)攜帶1個(gè)抗白粉病半顯性單基因，暫命名為PmTm4，位于小麥7BL染色體上，并推測(cè)PmTm4很可能來(lái)源于我國(guó)地方品種老早麥或老早麥的衍生系[12]。司權(quán)民等[24]、朱偉[25]分別進(jìn)行等位性測(cè)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)小白冬麥、白蚰蜒條、紅蜷芒和螞蚱麥所攜帶的抗病基因是等位的。薛飛等[26]對(duì)部分小麥農(nóng)家品種進(jìn)行抗白粉病基因推導(dǎo)分析，發(fā)現(xiàn)小白冬麥、唐麥4號(hào)、白蚰蜒條、芒麥-1、螞蚱麥、紅蜷芒、復(fù)壯30及芒麥-2抗譜較為相近，其中唐麥4號(hào)、白蚰蜒條、芒麥-1及芒麥-2含有的抗白粉病基因可能與小白冬麥的抗白粉病基因Mlxbd相同。據(jù)此推測(cè)，在小麥7BL染色體上抗白粉病基因Pm5位點(diǎn)及其附近位點(diǎn)可能存在著1個(gè)抗白粉病基因簇，表明在中國(guó)小麥地方品種中Pm5基因存在豐富的單倍型變異。近年來(lái)，在小麥7BS染色體上又定位了1個(gè)新的抗白粉病基因Pm47，來(lái)源于小麥地方品種紅洋辣子，遺傳分析發(fā)現(xiàn)，該基因?yàn)殡[性單基因[15]。這些結(jié)果表明，我國(guó)小麥地方品種在小麥7B染色體上蘊(yùn)含著豐富的抗白粉病基因，這有利于在育種中將多個(gè)抗病基因進(jìn)行基因聚合，從而選育出具有持久抗性的新品種。

2.2 定位于小麥地方品種其他染色體上的抗白粉病基因

除了7B染色體之外，我國(guó)小麥地方品種的抗白粉病基因也可能存在于其他染色體上。Huang等[13]發(fā)現(xiàn)齒牙糙對(duì)不同白粉菌菌種的反應(yīng)方式與攜帶已知抗白粉病基因的小麥品種不同，遺傳分析表明，齒牙糙攜帶1對(duì)抗白粉病顯性基因，命名為Pm24，位于小麥6D染色體上；但后續(xù)研究中，利用染色體特異性分子標(biāo)記結(jié)合單體分析的方法，將Pm24重新定位于小麥1DS染色體上[21]。此外，遺傳分析表明，農(nóng)家品種白葫蘆攜帶的抗病基因是單顯性控制的，位于小麥1D染色體上[27]；等位性測(cè)驗(yàn)分析表明，mlbhl是1個(gè)新基因，是Pm24的等位基因，命名為Pm24b[14]。

近來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)小紅皮攜帶1對(duì)隱性抗白粉病基因，命名為PmX，定位于小麥2AL染色體上，等位性測(cè)驗(yàn)分析可知，PmX是Pm4a位點(diǎn)的1個(gè)新等位基因[16]。至此，在小麥染色體Pm4位點(diǎn)上有等位基因Pm4a、Pm4b、Pm4c、Pm4d、PmPS5A和PmX。

此外，利用關(guān)中白粉菌優(yōu)勢(shì)菌株對(duì)8個(gè)陜西小麥地方品種進(jìn)行遺傳分析，發(fā)現(xiàn)陰山小白麥、芒麥、矮稈芒麥、紅油麥和紅麥各含有3對(duì)隱性抗白粉病基因，白葫蘆含有1對(duì)隱性抗白粉病基因，大紅頭含有2對(duì)顯性互補(bǔ)抗白粉病基因[28]。趙小華等[29]通過(guò)對(duì)小麥農(nóng)家品種矮稈芒麥、紅頭麥和大紅頭進(jìn)行苗期抗性的遺傳分析，表明3份農(nóng)家品種對(duì)E09菌株的抗性均由1對(duì)隱性基因控制。不同研究對(duì)農(nóng)家品種白葫蘆、矮稈芒麥、大紅頭的研究結(jié)果不一致，可能與其所選用的白粉菌菌株及環(huán)境條件的不同而異。

3 地方品種中抗白粉病基因的利用

由于抗病品種的不合理使用和新的毒性基因的不斷產(chǎn)生，經(jīng)常使育成的抗病品種抗性逐漸減弱，發(fā)掘和利用新的抗病資源已成為當(dāng)務(wù)之急。而我國(guó)小麥地方品種蘊(yùn)藏豐富且抗源較多、抗性較好，因此，從小麥地方品種中發(fā)掘和利用抗白粉病基因，進(jìn)而為小麥抗病育種提供優(yōu)異的抗源。但是由于地方品種產(chǎn)量較低和農(nóng)藝性狀較差等原因，地方品種在育種中難以得到充分的研究和利用，應(yīng)通過(guò)遺傳改良，或者是利用抗性較好的地方品種進(jìn)行新品種的選育，提高對(duì)地方品種中抗病基因的利用。

由于在已構(gòu)建的小麥地方品種抗白粉病基因遺傳連鎖圖譜中獲得的連鎖分子標(biāo)記與目標(biāo)基因遺傳距離均較遠(yuǎn)，且在不同遺傳背景下存在差異，因此在將來(lái)的研究中需要利用多種方法來(lái)開(kāi)發(fā)與抗白粉病基因更緊密連鎖或共分離的分子標(biāo)記，例如：Bin mapped的小麥EST、比較基因組學(xué)、BSA RNA-Seq和RAD-seq技術(shù)等，進(jìn)而對(duì)抗病基因進(jìn)行精細(xì)定位，以增加分子標(biāo)記輔助選擇的可靠性和用于目標(biāo)基因的圖位克隆。

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