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国内外153份小麦种质条锈病抗性鉴定与评价

各位老师,大家好!

我是“一麦众承”11组-“人勤麦香”的组员兰彩霞,按照组长马翎健老师的安排,今天代表“人勤麦香”小组值日。组长是马翎健老师,组员有陈新宏、范春燕、张慧成、刘宏伟、肖群、王春平、王丽娜、郑继周、郑炜君、牛娜等各位老师。非常感谢 “一麦众承”这个平台,给大家一个互相学习沟通交流的机会。前面通过学习老师们的育种经验和体会,受益匪浅,感谢各位老师。本次值日,结合自身前期在小麦条锈病抗性材料鉴定方面所取得一些初步进展,向各位老师交流汇报,若有不当之处请大家批评指正。

由小麦条锈菌(Puccinia striiformis f. sp. tritici)所引起的小麦条锈病,可通过空气传播在气候温和潮湿的地区大面积流行。小麦条锈病可导致小麦减产40%以上,甚至绝收。由于病原菌的快速变异致使抗病基因不断丧失抗性,如新的条锈菌生理小种V26(CYR34)的出现,致使中国小麦生产中广泛应用的抗条锈基因Yr26丧失抗性。2017年,受全球气候变暖影响,条锈病在中国小麦主产区大流行,约544万hm2受到影响。2020年,中国11个省份出现了条锈病大流行,仅河南和湖北分别有27.2%和64.3%小麦种植区受到条锈病的影响。目前,已有84个抗条锈病基因被命名,300余个抗性QTL已定位。大多数条锈病抗性基因来源于普通小麦,其余则来源于小麦近缘种。条锈病抗性基因一般可分为两类:苗期抗性基因和成株抗性基因。后者指仅在成株期表现抗性,而苗期感病。目前,已报道的成株抗性基因有:Yr11、Yr12、Yr13、Yr14、Yr16、Yr18、Yr29、Yr30、Yr34、Yr36、Yr39、Yr46、Yr48、Yr49、Yr52、Yr54、Yr58、Yr59、Yr60、Yr62、Yr68、Yr71、Yr75、Yr77、Yr78、Yr79和Yr80,其余均为苗期抗性基因。然而,在生产上仅Yr5、Yr15和Yr61等少数主效基因仍保持抗性,而成株抗性基因如Yr18、Yr29和Yr46等保持抗性近百年且持续稳定。通过了解不同小麦品种(系)抗性水平,为育种家提供有效抗源,在一定程度上有望防止条锈病的大流行。本研究利用条锈菌流行生理小种CYR33和CYR34对153份国内外育种材料进行苗期和成株期抗性鉴定,结合已知抗病基因分子标记进行基因型检测。明确国内外小麦品种(系)抗性水平和已知抗病基因的分布情况,筛选新的持久抗性材料,为中国小麦抗条锈病育种提供新的种质资源。

本研究组长期从事小麦条锈病抗性资源鉴定与筛选,近期利用我国当前条锈菌优势生理小种CYR33和CYR34对153份国内外小麦育种材料进行苗期抗病鉴定,于2018-2019、2019-2020和2020-2021年,利用生理小种CYR33和CYR34在湖北鄂州分别对供试材料进行成株期鉴定;结合已知抗性基因Yr5、Yr9、Yr10、Yr15、Yr17、Yr18、Yr26、Yr29和YrSP等功能标记或紧密连锁分子标记检测。苗期结果显示,10份材料对CYR33表现免疫(反应型IT为0),包括7份国内材料(即山农28、漯麦163、石麦13、中意6号、郯麦98-2、中麦175和泰山21)和3份国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)材料(CIM-53、CIM-60和CIM-71);仅2份国内材料在苗期对CYR34小种表现免疫(郯麦98-1和山农102)。此外,成株期条锈病田间鉴定显示,64份材料在田间3年均表现出稳定抗性(最终严重度≤5%),包括7份国内材料和57份CIMMYT材料。利用抗病基因功能标记或紧密连锁分子标记检测显示,153份材料中携带Yr9、Yr10、Yr17、Yr18、Yr26、Yr29和YrSP抗性基因的材料分别有31、23、73、2、4、50和2份,未检测到任何材料含有Yr5和Yr15。综合苗期和成株期表型,仅CIM-53对2个生理小种在苗期和成株期均表现为免疫(IT=0,严重度为0),分子标记检测显示该材料可能含有已知抗病基因Yr17 Yr29。

综上所述,本研究组收集的153份国内外小麦种质对当前流行的条锈菌生理小种的主要以成株抗性为主,其中国内小麦品种主要携带Yr9、Yr10和Yr26抗性基因,而CIMMYT小麦品系则携带Yr17、Yr8和Yr29为主,表明通过聚合1-2个非免疫苗期抗性基因和2-3个成株抗性基因,在成株期多个环境条件下均表现出近免疫抗锈水平,是CIMMYT小麦品系保持持久抗性的主要原因。由此可知,尽快已发掘并命名大量小麦条锈病抗性基因,但有效且持久抗源有限,亟待广泛挖掘新的抗病基因,充分利用现代生物技术手段快速培育具持久抗性且农艺性状优良的小麦新品种,进一步提高我国麦区条锈病整体抗性水平,为有效地控制小麦条锈病大流行发挥重要作用。

作者简介:兰彩霞,女,华中农业大学植物科学技术学院教授,博士生导师,第二届布劳格珍妮麦类女科学家奖和第二届卡洛塔女科学家获得者,入选2019年湖北省'楚天学子’计划。2011-2018年于国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)全球小麦育种项目组从事小麦抗病遗传解析和育种应用研究,参与培育了30个兼抗型小麦新品种;2018年5月全职回国工作,目前有3个新品系参加湖北省小麦区域试验。此外,与国外同行专家合作出版专著3部,获授权国家发明专利2项,主持国家自然科学基金等国内外科研项目4项,发表SCI论文50余篇。

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