Molecular Marker-Assisted Backcrossing of Anthracnose Resistance Genes into Common Beans (<i>Phaseolus vulgaris</i>L.) Varieties

Anthracnose, caused by Colletotrichum lindemuthianum, is a major disease of common bean and results in high yield loss. Due to the high degree of pathogenic variability of the fungus and the continual emergence of new races, genetic resistance in the host is not durable. Gene pyramiding using Marker Assisted Selection (MAS) is proposed as a viable approach to improve the durability of major genes conditioning resistance to anthracnose. In this study a common bean line Urugezi x AND 1062 susceptible to anthracnose but already improved for Pythium root rot resistance was improved for anthracnose resistance through a backcross breeding program. Genotypic selection was done in Rubilizi laboratory in Kigali, Rwanada whereas phenotypic selection was conducted in an anthracnose hotspot at Rwerere, a research Centre of the Rwanda Agricultural and Animal Resources Development Board (RAB). Analysis of variance for effect of bean varieties and anthracnose isolates on disease expression showed significant differences (p < 0.001) among varieties and isolates and for the interaction between isolates and varieties. Developed BC2F1 plants were 41% of them resistant and 59% susceptible to anthracnose. However, the observed proportion of 26 resistants and 37 susceptible in BC2F1 plants didn’t fit the goodness of fit of the expected proportion of 75 resistants to 25 susceptible. Only 41% of BC2F1 plants inherited the resistance genes and were phenotypically resistant. Presence of SCAR-markers, SAB3 and SBB14, in the developed resistant lines h suggested successful resistance transfer of anthracnose resistance genes.

抗根腐病的转GmPGIP3基因小麦扬麦18的获得与鉴定

GmPGIP3是大豆的一种多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白,能够特异性地抑制部分病原真菌内切多聚半乳糖醛酸活性,从而减弱病原菌对植株的侵害。利用基因重组技术构建了GmPGIP3基因的单子叶植物表达载体pA25-GmPGIP3,通过基因枪介导法将pA25-GmPGIP3转入小麦品种扬麦18中。对转GmPGIP3基因扬麦18的T0至T2代植株进行PCR、Southern杂交、半定量RT-PCR和荧光定量Q-RT-PCR分析,并对根腐病进行抗性鉴定。结果表明,GmPGIP3已转入扬麦18,并在转基因小麦中遗传、转录和表达;与受体材料相比,5个GmPGIP3过表达的转基因小麦株系对根腐病的抗性有明显提高。

BvGLP1过表达增强了转基因小麦对根腐病的抗性

类萌发素蛋白(germin-like protein,GLP)是一类含有cupins结构域的糖蛋白,在植物基础抗性等方面起着重要作用。本研究人工合成了甜菜GLP基因BvGLP1,并利用基因重组技术构建了受韧皮部特异表达启动子RSS1P驱动的BvGLP1基因单子叶植物表达载体pA20-RSS1P::BvGLP1。通过基因枪介导法将其转入小麦品种扬麦18中,对转基因扬麦18的T0至T3代植株中BvGLP1进行了PCR、半定量RT-PCR和荧光定量QPCR检测,并对转基因小麦进行根腐病和纹枯病抗性鉴定。结果表明,BvGLP1已转入转基因小麦扬麦18,并能在转基因小麦中遗传、转录表达;5个转BvGLP1基因小麦株系的根腐病抗性比受体品种扬麦18有显著提高,说明BvGLP1过表达增强了转基因小麦对根腐病的抗性。

大麦品种(系)苗期根腐病抗性筛选与鉴定分析

在大麦苗期采用孢子悬浮液喷雾接种法,将分离自内蒙古呼伦贝尔地区代表性强、致病力不同的2个根腐病菌株接种至96份大麦品种(系),进行根腐病苗期抗性鉴定。结果表明,对1号菌株表现抗病的品种(系)有27份,占总供试材料的28.12%,表现敏感的有69份,占总供试材料的71.88%;对2号菌株表现抗病的品种(系)有40份,占总供试材料的41.67%,表现敏感的有56份,占供试材料的58.33%。2次接种鉴定结果基本一致,获得的抗病材料可作为大麦抗病育种亲本材料。

48个苜蓿品种对3种病害抗性的初步评价

在兰州大学榆中校区品种比较试验田,以发病率为指标,采用国际上通用的苜蓿病害抗病性评价的分级标准,比较了国内外48个苜蓿品种对褐斑病、霜霉病和锐顶镰刀菌根腐病的抗病性,并对其进行了综合评价。抗病性等级评价结果表明,不同苜蓿品种对褐斑病的抗性表现是UC-1465为高抗(HR)品种,UC-1887为抗病(R)品种,Siriver与Trifecta为中抗(MR)品种,Avrora、HunterRiver、SaranacAR为低抗(LR)品种,其余41个品种均为感病(S)品种;对霜霉病的抗性表现是48个苜蓿品种均为高抗(HR)品种;对锐顶镰刀菌根腐病的抗性表现是48个苜蓿品种均为高抗(HR)品种。综合评价结果表明,Vertus、中兰1号和新牧1号对褐斑病、霜霉病和锐顶镰刀菌根腐病均具有较强的抗病性,为高抗品种;UC-1887、UC-1465和SaranacAR对褐斑病、霜霉病和锐顶镰刀菌根腐病的抗病性均较差,为感病品种。

抗根腐病的TaMYB86过表达转基因小麦的创制与分子功能鉴定

小麦根腐病是一种难以防治的小麦土传病害。Ta MYB86是一个小麦中受根腐病菌诱导表达的MYB编码基因。本文构建了Ta MYB86的过表达转基因载体p Ubi:MYC-Ta MYB86,利用基因枪介导法将其转入推广小麦品种扬麦16。对转Ta MYB86基因小麦T0-T3代植株进行分子特征分析和抗病鉴定。PCR检测结果表明,外源Ta MYB86已转入3个转基因小麦株系中;q RT-PCR结果显示,Ta MYB86在3个转基因小麦株系中的表达量显著高于在未转基因扬麦16中的表达量,约为未转基因扬麦16中的5~6倍,表明Ta MYB86可在转基因小麦中过量转录;Western杂交结果表明,引入的Ta MYB86可在上述3个转基因小麦株系中翻译表达。对转Ta MYB86基因小麦与未转基因扬麦16进行根腐病菌接种与抗病鉴定表明,3个转Ta MYB86基因小麦株系在T1~T3代的根腐病病情指数分别为31.75、50.00、45.00;37.75、37.50、38.50;41.75、31.25、37.50;在3次鉴定中未转基因扬麦16的根腐病病情指数分别为75.04、54.17、65.38,转Ta MYB86基因小麦T1~T3代的根腐病抗性均显著高于未转基因扬麦16(P<0.01)。与未转基因扬麦16相比,转Ta MYB86基因小麦中3个下游防卫基因(PR10、PR17c和Chit1)的转录水平也显著上调。以上结果说明,Ta MYB86过表达可显著增强转基因小麦的根腐病抗性,在小麦防御根腐病过程中起正向调控作用。

抗全蚀病、根腐病的转PgPGIP1基因小麦的获得与鉴定

全蚀病和根腐病是小麦(Triticum aestivum)重要的土传真菌病害。PgPGIP1是人参(Panax ginseng)的一种多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白,可以抑制部分病原真菌分泌的多聚半乳糖醛酸酶的活性。本研究人工合成了PgPGIP1基因,并构建PgPGIP1基因的单子叶植物表达载体pA25-PgPGIP1,通过基因枪介导法将其转入小麦品种扬麦18中。对转PgPGIP1基因的T0至T4代植株进行PCR、RT-PCR和Q-RT-PCR分析,并对其全蚀病和根腐病抗性进行鉴定。结果表明,PgPGIP1基因能够在4个转基因小麦株系中遗传、转录与表达。与未转基因的小麦扬麦18相比,4个转基因小麦株系对全蚀病与根腐病的抗性明显提高,说明PgPGIP1表达增强了转基因小麦对全蚀病与根腐病的抗性。

草酸青霉菌(P-o-41)发酵液对小麦病害的诱导抗性作用

不同浓度的草酸青霉菌(P-o-41)[1,2]发酵代谢物处理珊西烟的一张叶片,在另外的叶片上摩擦接种TMV,比较处理叶片与无菌蒸馏水对照叶片上的枯斑数。结果表明,稀释1 000倍的发酵代谢物处理及百万分之三十八的BTH处理与清水处理对照相比,枯斑抑制率(%)分别达到84.05%和79.96%;对小麦白粉病的诱抗效果分别达到60.88%和69.43%;对小麦普通根腐病的抑制率在P0.01水平上达到显著差异,而平板圆盘测定结果表明,草酸青霉菌(P-o-41)发酵液对小麦根腐病菌无抑制作用。

小麦根腐病菌生物学特性研究

通过实验,对小麦根腐病菌的生长发育条件进行了研究。结果是:根腐病菌的分生孢子萌发与菌丝生长发育适温为25～30℃;光对菌丝生长无影响。分生孢子萌发对湿度条件要求很高,湿度低虽在适温下也不萌发,相对湿度在98%以上才能萌发,以在水滴中萌发率最高,而且萌发的速度也快。尽管根腐病菌可在多种基物上生长发育并产生孢子,但分生孢子萌发时却需要一定的氮、碳源。分生孢子在豆饼浸出液、糖溶液和小麦叶组织浸出液中萌发率最高,在清水中的分生孢子虽也可萌发,但萌发率很低。分生孢子萌发的pH值范围是5～9,适宜pH值为5～7。

小麦根腐病的识别与防治

介绍了小麦2种常见根腐病——小麦根腐病和小麦蠕孢叶斑根腐病的侵染循环和发生规律,指出各病害的危害症状及识别特征,并从农业防治、化学防治等方面提出了相应的防治措施。为减轻病害危害,提高小麦的产量和品质提供了一定的依据。

山东省小麦根腐病病原菌的分离鉴定

为明确山东省小麦根腐病的病原菌种类,于2012—2014年从山东省10个地市采集小麦病株,通过组织分离法获得了185株分离物,利用形态学鉴定方法,结合基于5.8S r DNA-ITS序列或TEF-1α基因序列分析的分子鉴定方法对分离物进行了鉴定。结果表明:分离物中共得到135株麦根腐平脐蠕孢Bipolaris sorokiniana,占分离病原菌总数的72.97%,属优势种群;50株镰孢属Fusarium菌株,其中14株尖孢镰孢菌Fusarium oxysporum、19株层出镰孢菌Fusarium proliferatum和17株黄色镰孢菌Fusarium culmorum;按照柯赫氏法则进行致病性测定,证实了4种病原菌对鲁麦21号具有致病性,麦根腐平脐蠕孢的致病力较强,病情指数显著高于镰孢菌属真菌。研究表明,山东小麦根腐病主要是由麦根腐平脐蠕孢和镰孢属真菌侵染引起的,麦根腐平脐蠕孢为优势菌群。

大麦种质对叶斑病的抗性鉴定与评价

由麦根腐平脐蠕胞菌[Bipolaris sorokiniana(Sacc.) Shoemaker]引起的叶斑病在世界各大麦种植区均有发生,严重影响大麦的产量和品质。选育和应用抗性品种是防控该病害最有效的策略,然而可利用的抗源非常有限。在本研究中对中国233份具有代表性的大麦种质资源进行成株期抗叶斑病田间人工接种鉴定,发现只有垦啤麦5号等10份材料对3个供试菌株都表现抗病,仅占供试材料的4.3%。另外对37份国内外重要的叶斑病抗源材料进行苗期及成株期抗叶斑病鉴定,结果显示成株期抗叶斑病材料所占比例为41%～46%,苗期抗性材料所占比例为50%～64%,其中ND17293等11份材料在苗期和成株期对3个菌株均表现为抗病,可作为抗源继续加以利用;基于上述鉴定结果,进一步分析发现供试大麦苗期对三个菌株的抗病比例均高于成株期抗病比例,说明大麦在不同生育期对叶斑病的抗性存在较大差异。另外发现大麦对B. sorokiniana不同致病类型的抗性也存在明显的专化性。