小麥抗葉銹病基因研究綜述獲獎科研報告

小麥抗葉銹病基因研究綜述獲獎科研報告摘

要：小麥葉銹菌引起的小麥葉銹病是影響世界小麥穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)的重要病害之一，其具有破壞性強(qiáng)、循環(huán)式侵染、專性寄生等特點(diǎn)，是小麥銹病中分布最廣，發(fā)生最普遍的一種病害。選育成株期抗性品種對于減少因葉銹病危害造成的產(chǎn)量損失至關(guān)重要。本文綜合國內(nèi)外研究狀況，對小麥葉銹病病原菌、抗葉銹基因的定位、抗病育種所取得的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，并提出研究對策和展望，為抗葉銹基因的深入研究和分子標(biāo)記輔助育種奠定理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：小麥;葉銹病;抗病基因;抗病育種

1小麥抗葉銹病基因研究的意義

小麥?zhǔn)鞘澜缟献钪匾募Z食作物之一，在我國的種植面積次于水稻，在世界糧食作物中產(chǎn)量位居第二。而小麥葉銹病嚴(yán)重地影響了我國小麥作物的產(chǎn)量，小麥葉銹病可以造成5%-15%的減產(chǎn)，造成巨大的農(nóng)業(yè)損失和經(jīng)濟(jì)損失。培育作物的抗病品種是防治該病最有效、最經(jīng)濟(jì)、最環(huán)保的方法。因此，廣泛收集抗原并對其抗病基因進(jìn)行篩選鑒定，培育新的持久抗病品種，是小麥育種的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2小麥葉銹病抗性類型

小麥對葉銹菌的抗性主要分為小種?；剐院头切》N?；剐詢煞N類型，小種專化抗性通常由一個單一的基因控制，這種單基因抗性極其脆弱;非小種專化抗性一般在苗期不能完全表達(dá)，表現(xiàn)為部分侵染或中低程度侵染，但在成株期則表現(xiàn)出較好的耐病性，與小種?；剐韵啾?，這種抗性是更為持久的。

3小麥抗葉銹基因研究方法

3.1常規(guī)雜交法

常規(guī)雜交法即將葉銹菌接種于葉銹病抗、感品種的雜交后代調(diào)查F1代的表現(xiàn)型和F2代的分離比，以此推斷抗性基因的顯隱性、基因數(shù)目和互作方式，其缺點(diǎn)是費(fèi)時、費(fèi)工。

3.2基因推導(dǎo)法

基因推導(dǎo)法即依據(jù)基因?qū)蚣僬f，在苗期比對待測品種和鑒別寄主的抗、感表型，結(jié)合系譜分析，可推導(dǎo)出待測品種是否含有某個抗病基因。此法周期短，不受生長季節(jié)限制，并可在短期內(nèi)對大量品種進(jìn)行分析，但其準(zhǔn)確性易受溫度、供試培養(yǎng)物、鑒別能力和人為因素的影響，此外，基因間互作、寄主或病原菌小種的雜合性和對照品種復(fù)雜的遺傳背景也會影響到基因推導(dǎo)的準(zhǔn)確性。

3.3染色體定位法

染色體定位法是利用單體、缺體、端體等非整倍體材料，將抗病基因定位到染色體上的一種方法。迄今為止，絕大多數(shù)已定名的小麥抗葉銹基因都是利用此方法進(jìn)行染色體或染色體臂定位的。根據(jù)所借助的材料不同分為單體分析、缺體分析、端體分析等一系列方法。

3.4DNA分子標(biāo)記法

DNA分子標(biāo)記法則是利用與己知抗病基因緊密連鎖的分子標(biāo)記追蹤抗病基因，分子標(biāo)記穩(wěn)定遺傳，不受顯隱性影響，不受季節(jié)和環(huán)境條件影響，操作簡便，結(jié)果可靠，而且能將基因定位于染色體上，為基因分離、克隆以及多基因聚合育種工作奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。

4小麥葉銹病成株抗性研究進(jìn)展

4.1RFLP

RFLP是應(yīng)用較早的一種基于DNA水平上的分子標(biāo)記，使用標(biāo)記過放射性同位素的探針與酶切過的基因組DNA進(jìn)行雜交，放射性標(biāo)記經(jīng)過顯影后，可以有效檢測目標(biāo)區(qū)段之間的差別。目前已利用該技術(shù)定位了14個小麥抗葉銹病基因。

4.2RAPD

RAPD標(biāo)記由Williams等于1990年創(chuàng)立。其原理是用短的（通常9bp～10bp）隨機(jī)序列DNA作為引物對基因組DNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增而產(chǎn)生的多態(tài)性DNA片段。RAPD檢測靈敏、方便、多態(tài)性強(qiáng)，但是RAPD標(biāo)記為顯性標(biāo)記，不能有效鑒別雜合子;易受反應(yīng)條件的影響，穩(wěn)定性較差。目前應(yīng)用RAPD技術(shù)找到了與7個小麥抗葉銹基因相連鎖的RAPD標(biāo)記。

4.3AFLP

AFLP是在RFLP和RAPD基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型分子標(biāo)記技術(shù)，它使用高頻酶切和低頻酶切2種限制性內(nèi)切酶同時切割基因組DNA產(chǎn)生分子量大小不同的限制性片段，經(jīng)過PCR擴(kuò)增后可產(chǎn)生很高的多態(tài)性，同時結(jié)果穩(wěn)定。已利用該技術(shù)成功定位了Lr19，Lr21，Lr37，Lr38，Lr41，Lr44和Lr46等7個小麥抗葉銹病基因。

4.4SSR標(biāo)記

SSR標(biāo)記又稱微衛(wèi)星DNA（Microsatellites），以廣泛且隨機(jī)分布于基因組不同位置的重復(fù)序列為基礎(chǔ)，通過PCR擴(kuò)增后能夠產(chǎn)生比RFLP高得多的多態(tài)性，且結(jié)果穩(wěn)定可靠，具有很好的重復(fù)性。目前，應(yīng)用該技術(shù)已得到了Lr34，Lr39，Lr40，Lr46，Lr50的分子標(biāo)記。

目前國際上已發(fā)現(xiàn)了100多個小麥抗葉銹病基因，其中正式命名的有76個，具有成株抗性的僅有11個。除此之外，Rosewarne等、Crossa等和Ren等還在2BS、3BS、4BL和6BS染色體上發(fā)現(xiàn)了多個兼抗小麥葉銹、條銹和白粉病的基因簇。這些基因的發(fā)現(xiàn)為培育兼抗多種病害的持久抗病品種提供了可能。

5小麥抗葉銹育種中存在的問題與對策

5.1存在的問題

長期以來，我國小麥育種家在葉銹抗性遺傳改良方面，專注于使用小種?；剐曰?，隨著葉銹菌生理小種的變異和優(yōu)勢小種的轉(zhuǎn)換，除少數(shù)品種可維持較長時間的抗病性，大多數(shù)抗性品種在生產(chǎn)上應(yīng)用時間較短，很容易喪失抗性。

根據(jù)現(xiàn)有研究成果，我國對抗病基因缺乏更深入的研究，對其抗病機(jī)制及調(diào)控機(jī)理尚不十分清楚，被分離克隆的抗性基因太少。分子標(biāo)記開發(fā)滯后，分子標(biāo)記輔助選擇的效率不高，不利于這些抗性基因在育種中的利用。

5.2相應(yīng)的對策

5.2.1合理使用現(xiàn)有抗病基因

分子生物技術(shù)的快速發(fā)展為抗病基因的研究與應(yīng)用提供了有力的工具。運(yùn)用分子生物學(xué)技術(shù)繼續(xù)開發(fā)與抗銹基因連鎖的分子標(biāo)記，既可方便育種家進(jìn)行目的基因的鑒定、分子標(biāo)記輔助選擇和多基因的聚合育種，避免抗病基因單一化，又可加快育種進(jìn)程。

5.2.2尋找新的抗病基因

截止到目前已