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小麦秆锈菌小种Ug99入侵的基因防控及相关机理研究

韩建东  
【摘要】: 小麦秆锈病是对小麦生产最具毁灭性的真菌病害,我国处在小麦秆锈病的特定流行区,秆锈病流行曾多次使我国小麦生产蒙受毁灭性损失。由于全球普遍引入抗秆锈病基因Sr31,保证了世界范围小麦秆锈病持续控制长达近40年。1999年在乌干达首次发现了对Sr31有毒力的小种Ug99(TTKSK),对世界小麦生产造成了新的威胁。该小种不仅对当今世界小麦生产品种具有普遍的致病力,而且传播极为迅速,已经证实,该小种在2007年已经传到了我们近国的伊朗及巴基斯坦。Ug99对我国小麦品种具有更强的致病力,对我国小麦生产具有潜在的威胁,为了防患于未然,本论文特开展了以下几个方面的系统研究:(1)对我国的小麦秆锈菌进行了监测,筛选了对我国小种和Ug99均具有抗性的基因。(2)为抗病育种筛选了一批能够抵御我国小种和Ug99的抗源材料。(3)本文利用SSR技术筛选到两个与Sr33紧密连锁的标记,另筛选到1个比国外报道的遗传距离更近的Sr22的SSR标记。(4)首次将部分有效的抗秆锈病基因的SSR分子标记应用到实际抗病基因辅助检测,分析了我国150份小麦品种含有的抗秆锈病基因。(5)根据基因对基因互作原理探讨了品种的抗病机理,在接种非亲和性秆锈菌的小麦细胞间隙液(IWFs)中获得了具有激发子活性的物质。取得的主要进展如下: 1.利用复合鉴别寄主体系对2006-2008年从全国重要秆锈病流行麦区采集到的102个菌株进行了鉴定。结果表明:2006-2007年鉴定到三个生理小种致病类型,出现频率分别为:21C3CTH 62.8%、34MKG 9.3%和21C3CFH 27.9%;2007-2008年共鉴定到四个致病类型,出现频率分别为:21C3CTH 72.9%、34MKG 16.9%、21C3CFH 6.8%和21C3CPH 3.4%。说明:这两年,我国小麦秆锈病发生轻,生理小种或致病类型少且21C3仍然是我国发生最普遍和出现频率最高的小种类群,暂未发现Ug99。 2.利用47个小麦抗秆锈病单基因系对21C3CTH、21C3CFH和34MKG等致病类型的毒力谱进行了测定,并与Ug99的毒力谱进行了比较,结果发现对我国小种具有良好抗性的基因Sr5,9e,11,21,30,31和38等均能被Ug99克服,对我国优势小种和Ug99均具有抗性的基因为Sr22,26,33,35和37等,为今后筛选和利用兼抗中、外秆锈菌小种的有效抗病基因提供了可靠依据。 3.131份CIMMYT抗Ug99小麦种质通过“肯尼亚-中国”间穿梭测定,有92份材料(70.2%)对我国主要小种致病类型和Ug99均具有良好的抗性;对于我国主要秆锈菌兄种虏±嘈?黑龙江的328份育种高代品系抗性很好,苗期鉴定表现全抗的占91.2%,成株期占97.0%,我国150份小麦栽培品种表现全抗的有78份,占52.0%,结合肯尼亚联合鉴定结果可选择今后抗病育种的亲本。 4.Sr22和Sr33对国内主要小种和Ug99具有有效抗性,研究中利用分离群体集群分析法(BSA)筛选到了两个位于远着丝点端的与抗病基因Sr22紧密连锁的SSR标记Xwmc790和Xwmc633,与Sr22的遗传距离分别为2.8cM和10.8cM。经检测Xwmc790扩增的抗病特异带长度为105bp;同时筛选到两个与抗病基因Sr33紧密连锁的SSR标记Xbarc152和Xcfd15,分布于该基因的两侧,与Sr33的遗传距离分别为2.4cM和2.1cM。Xcfd15扩增的抗病特异带片段大小为161bp。 5.对现有已报道的Sr6、Sr22(抗Ug99)和Sr25(抗Ug99)的分子标记的有效性进行了验证,并实际检测了我国的150份小麦品种。结果表明:Xcfd43、Xcfa2019、Xwmc790和Xwmc221能通过琼脂糖凝胶电泳对抗病基因进行检测,Xcfd43在四川省小麦材料中未检测到含Sr6的品种,在黑龙江材料中检测到龙辐12等10个小麦品种含Sr6;Xcfa2019和Xwmc790在只在克丰10和克旱20中同时检测到了Sr22;Xwmc221在所有品种中均未检测到Sr25。 6.通过小麦与秆锈菌互作研究表明:O_2~-、POD和PAL与小麦对秆锈病的抗性密切相关。来源于非亲和互作的IWFs含有激发子类物质。通硫酸铵沉淀法将激发子集中到了50%~80%硫酸铵沉淀蛋白部分(IWF_(80)),注射处理小麦叶片后,小麦PAL比活性在36小时出现最高峰,诱导活性增加了37.47%,POD在60小时活性达最高,比对照提高了78.20%。加热和胰蛋白酶处理对其活性影响不大,高碘酸钠处理使其活性基本丧失,说明该激发子的活性组分是糖或糖基结构。


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