小麥抗葉銹病基因研究綜述

劉源

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，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專化抗性和非小種專化抗性兩種類型，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，與小種專化抗性相比，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。

3.4 DNA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基礎(chǔ)。

4 小麥葉銹病成株抗性研究進(jìn)展

4.1 RFLP

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。

4.2 RAPD

RAPD標(biāo)記由Williams等于1990年創(chuàng)立。其原理是用短的（通常9 bp ～10 bp）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。

4.3 AFLP

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。

4.4 SSR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，專注于使用小種專化抗性基因，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

截止到目前已有66個抗葉銹病基因正式命名，其中大多數(shù)具有生理專化性，這些抗病基因往往會由于病菌小種的變異而很快“喪失”抗性。要實現(xiàn)多基因聚合、基因布局和多系品種，必須有豐富的有效抗源，持續(xù)不斷地研究發(fā)現(xiàn)和標(biāo)記小麥抗葉銹病新基因?qū)τ诳共∮N和病害防治具有十分重要的意義。