我国甘蔗锈病病原菌及甘蔗品系抗褐锈病基因Bru1的分子检测

为了解我国甘蔗锈病病原菌发生以及优良甘蔗新品种(系)抗褐锈病基因Bru1的分布频率情况,以来自我国5省(区)81份疑似甘蔗锈病叶片样品为材料,分别用Pm1-F/Pm1-R和Pk1-F/Pk1-R引物对进行褐锈病菌(Puccinia melanocephala)与黄锈病菌(Puccinia kuehnii)分子鉴定。结果表明,锈病病原菌检出率为40.7%,除了福建省福州市叶片样品仅检测到P.melanocephala外,其他省(区)的叶片样品均检测到2种锈病病原菌,且存在混合侵染现象。对24份黄锈病菌阳性PCR产物(527 bp)克隆并测序,结果发现P.kuehnii间隔区1(ITS1)第183个核苷酸存在单核苷酸多态性(SNP),其中,A碱基(183A)、G碱基(183G)位点的病菌分离物分别占29.2%和25.0%,2种碱基(183A/G)位点的混合病菌分离物有45.8%。通过R12H16与9020-F4/Rsa I两种分子标记对40份甘蔗新品种(系)抗褐锈病基因Bru1进行分子检测,结果表明,42.5%参试新品种(系)含抗褐锈病基因Bru1,这些材料可作为甘蔗抗褐锈病新品种加以推广应用。

甘蔗抗褐锈病基因Bru1分子检测体系的建立与应用

为建立高效、快速、准确的甘蔗抗褐锈病鉴定方法,提高抗褐锈病育种效率。本研究以5个已知含抗褐锈病基因Bru1和5个高感褐锈病的甘蔗品种为试材,通过优化PCR反应体系、酶切体系和循环条件,构建了甘蔗抗褐锈病基因Bru1的分子检测体系。经反复验证,该体系能高效、稳定、准确地检测出抗褐锈病基因Bru1。22份生产品种抗褐锈病基因Bru1的PCR检测结果显示,‘闽糖69-421’、‘闽糖70-611’、‘粤糖86-368’、‘新台糖10号’、‘新台糖16号’、‘新台糖22号’、‘新台糖25号’、‘桂糖11’、‘桂糖21’、‘云蔗71-388’、‘云蔗81-173’、‘云蔗89-151’、‘云瑞99-601’、‘赣蔗95-108’等14份抗褐锈病品种含抗褐锈病基因Bru1,另8个抗褐锈病品种未检测到抗褐锈病基因Bru1。研究结果为深入开展甘蔗抗褐锈病育种,选育和推广优良抗病品种,有效防控甘蔗褐锈病提供了关键技术和优良抗源材料。

甘蔗抗褐锈病Bru1区域的鉴定及候选抗病基因的功能分析

【目的】甘蔗褐锈病是由黑顶柄锈菌(Puccinia melanocephala H. Sydow&P. Sydow)引起的最具破坏性的真菌病害之一,能造成蔗糖分降低10%—36%,严重威胁甘蔗产业发展。已有研究揭示抗褐锈病主效基因定位于Bru1区域,克隆其关键候选基因,并进行功能研究,为选育抗褐锈病甘蔗新品种提供重要的候选基因资源。【方法】利用PacBio SequelⅡ测序平台获得甘蔗栽培品种ROC22的contig水平基因组信息,鉴定到抗褐锈病Bru1区域,对其进行基因注释和克隆,分析其组织特异性和抗、感褐锈病甘蔗品种中的表达模式及其在烟草叶片的亚细胞定位和瞬时表达。【结果】基于Bru1位点区域紧密连锁的标记R12H16和9O20-F4,从该区域中注释到33个基因,结合典型抗病基因结构域,共筛选获得5个候选抗病基因,分别为Brrg99、Brrg103、Brrg108、Brrg115和Brrg116。以甘蔗栽培品种ROC22的cDNA为模板,克隆获得Brrg116的全长序列729 bp,编码242个氨基酸残基。将该基因序列分别比对甘蔗热带种和割手密种及二倍体近缘种高粱的基因组数据库,发现其与热带种和割手密种的同源基因序列相似性很高,达到98%以上,而与高粱的相似性为93.77%。系统进化树揭示该基因起源甘蔗割手密种。实时荧光定量PCR检测表明,Brrg116在甘蔗栽培品种的多个组织中组成型表达,尤其是在+1叶中的表达量最高,是蔗芽的9.8倍;在褐锈病菌侵染抗、感甘蔗栽培品种的6和72 h时,呈现显著差异表达。亚细胞定位结果显示,该基因编码蛋白定位于细胞膜上。在本氏烟(Nicotiana benthamiana)叶片中瞬时过表达Brrg116,其后接种茄病镰刀菌蓝色变种,二氨基联苯胺法(3,3′-diaminobenzidine,DAB)染色逐渐加深,超敏反应相关基因、水杨酸信号和乙烯信号途径中的相关基因持续上调表达。【结论】Brrg116在甘蔗不同组织中组成型表达,且在受褐锈病菌侵染的抗病甘蔗栽培品种中呈现快速的诱导表达。此外,过表达Brrg116引发水杨酸和乙烯等激素信号通路产生防御响应,推测该基因可能在提高植物的抗病性方面发挥重要调控作用。

31份甘蔗野生核心种质资源褐锈病抗性鉴定及Bru1基因的分子检测

为明确甘蔗野生资源对黑顶柄锈菌的抗性水平,了解Bru1基因在甘蔗野生资源中的分布状况,于2013年对中国国家甘蔗种质资源圃保存的31份野生核心种质资源进行苗期抗褐锈病鉴定和抗褐锈病基因Bru1的分子检测。结果表明,31份供试材料中,高抗(1级)至中抗(3级)的有28份,占90.3%。其中19份材料表现高抗(1级),占61.3%,3份材料表现抗病(2级),占9.7%,6份材料表现中抗(3级),占19.4%。31份供试材料中只有贵州78-2-12、云南97-4、E.rockii95-19、E.rockii 95-20、云南83-224、广西79-8、云南95-35和广西89-13含抗褐锈病基因Bru1,占参试材料的25.8%;其余20份抗病材料和3份感病材料均不含抗褐锈病基因Bru1,表明除Bru1外,可能还有其他抗褐锈病基因存在。结果暗示中国国家甘蔗种质资源圃保存的野生核心种质资源中蕴藏着优良的抗褐锈病基因,是选育抗褐锈病甘蔗品种很有利用前景的抗源种质。

101份中国甘蔗主要育种亲本褐锈病抗性鉴定及Bru1基因的分子检测

由黑顶柄锈菌引起的甘蔗褐锈病是一种重要的世界性甘蔗病害,Bru1是甘蔗抗褐锈病主效基因,该基因对不同地区的褐锈病分离物具有广谱抗性。为明确中国甘蔗主要育种亲本对黑顶柄锈菌的抗性水平,了解Bru1基因在这些亲本中的分布情况,本研究于2014年对中国国家甘蔗种质资源圃保存的101份甘蔗主要育种亲本进行苗期抗褐锈病鉴定和抗褐锈病基因Bru1的分子检测。结果显示,供试亲本中,共48份抗病材料含有抗褐锈病基因Bru1,频率为47.5%,表明中国甘蔗主要育种亲本中褐锈病抗性主要由Bru1控制;其余29份抗病材料和24份感病材料均不含抗褐锈病基因Bru1,暗示除了Bru1外,可能还有其他抗褐锈病基因存在。研究结果为深入开展甘蔗抗褐锈病育种,选育和推广优良抗病品种,有效防控甘蔗褐锈病提供了科学依据和优良抗性亲本。

甘蔗优良新品种(系)抗褐锈病基因Bru1的分子检测及自然抗性评价

甘蔗褐锈病是目前中国蔗区发生最普遍、危害最严重的病害之一,选育和种植抗病品种是防治该病最为经济有效的措施。为明确近年国家甘蔗体系育成的50个新品种(系)对甘蔗褐锈病的抗性,确定其应用潜力,本研究通过在甘蔗褐锈病高发蔗区云南德宏、保山2个区域化试验站,采用田间自然抗性调查与分子标记辅助鉴定抗性基因的方法,于2014年和2015年对中国近年选育的50个优良新品种(系)及2个主栽品种进行抗褐锈病基因Bru1的分子检测及自然抗性评价。田间自然发病调查结果表明,50个优良新品种(系)及2个主栽品种中,高抗至中抗的有34个,占65.38%。其中15个材料表现高抗,占28.85%,16个材料表现抗病,占30.77%,3个材料表现中抗,占5.77%;分子检测结果显示,共29个抗病材料含有抗褐锈病基因Bru1,出现频率为55.77%,表明中国近年选育的优良新品种(系)中抗褐锈病性主要由Bru1控制;其余5个抗病材料均不含抗褐锈病基因Bru1,暗示除了Bru1外,可能还有其他抗褐锈病基因存在。不同系列品种田间感病品种的频率和含抗褐锈病基因Bru1的频率不同,粤糖系列品种感病品种的频率最高达到60%,含Bru1的频率最低,只有30%,抗性最弱;云蔗系列品种感锈病品种的频率最低只有12.5%,含Bru1的频率最高,达到81.25%,抗性最好。本研究结果为深入开展甘蔗抗褐锈病育种,选育和推广优良抗病品种,有效防控甘蔗褐锈病提供了科学依据和优良抗性新品种(系)。

甘蔗新品种及主栽品种对褐锈病抗性与Bru1基因分子检测

为明确近年我国各甘蔗育种单位育成的新品种及各蔗区主栽品种对甘蔗褐锈病的抗性,筛选抗褐锈病优良新品种供生产上推广应用,本研究结合全国甘蔗新品种联合区域试验,选择甘蔗褐锈病高发的云南临沧、云南普洱、云南玉溪和广西宜州蔗区,在田间自然发病下,对我国近年来选育的60个新品种和34个主栽品种进行抗性评价,并对抗褐锈病基因Bru1进行分子检测。结果表明,94个新品种及主栽品种中,66个表现高抗到中抗,占70.21%;28个表现为感病到高感,占29.79%。分子检测结果显示,共54个抗病新品种及主栽品种含有抗褐锈病基因Bru1,频率为57.45%。目前大面积种植的桂糖29号、桂糖44号、德蔗03-83、柳城03-1137、粤糖60号、桂糖46号等主栽品种高度感病,而粤甘48号、福农09-2201、桂糖08-120、柳城09-15、中蔗1号、云蔗08-1609、云瑞10-187、中糖1201等31个新品种抗病性强。建议多雨湿润褐锈病高发蔗区,应加大淘汰感病主栽品种和推广应用抗病新品种力度,以期达到品种合理布局,从根本上控制褐锈病暴发流行,为甘蔗产业高质量发展提供安全保障。

基于田间表型和Bru1基因检测分析甘蔗褐锈病抗性遗传

由黑顶柄锈菌(Puccinia melanocephala)引起的甘蔗褐锈病具有产孢量大、流行性强的特点,可导致甘蔗产量和蔗糖分的严重损失,了解抗病性遗传有助于抗锈病育种中的亲本选择和组合配制,而有效的抗性鉴定技术则是分离个体选择所必需的。本研究以甘蔗分离群体为材料,利用表型与抗褐锈病主效基因Bru1检测相结合,研究甘蔗褐锈病抗性遗传倾向并评价Bru1基因检测与表型抗性的关联性。结果显示,发病盛期,感病个体中,Bru1基因未检出率为96.7%,但未感病个体中,Bru1基因的检出率仅为66.0%,且高抗组合CP84-1198×云蔗89-7群体中的未感病个体,该基因检出率为0,尽管也发现有2个组合的未感病个体中,该基因的检出率为100%。说明由Bru1基因控制的抗性可根据该基因的检测结果判断其抗/感病性,同时,甘蔗基因池中还存在其他未知的控制抗病性状的主效基因。值得强调的是,父母本的抗病性均影响杂交后代的抗病性,但以抗病亲本为父本的组合,其分离群体的感病个体明显减少,说明父本对杂交后代的褐锈病抗性影响可能更大。

5个甘蔗育种亲本及其杂交后代抗锈病基因Bru1的分子检测

甘蔗褐锈病是我国蔗区的一种重要病害。近年来我国蔗区主栽的一批丰产高糖甘蔗品种因普遍感染褐锈病而面临淘汰,从而影响了蔗糖产业的持续稳定发展。如何快速选育抗褐锈病甘蔗品种已成为当务之急。本研究选用5个常用甘蔗亲本ROC10、ROC22、Hocp01-564、CP94-1198、粤糖94-128为材料,并利用这5个亲本构建了4个F1杂交分离群体。采用与甘蔗抗褐锈病基因Bru1紧密连锁的2个分子标记,以对5个亲本和4个分离群体中的Bru1基因位点进行检测,以期了解甘蔗褐锈病抗性遗传情况。我们研究发现杂交后代对褐锈病抗性既非偏感病性分离也非偏抗性分离。本研究结果可为国内甘蔗育种亲本的选择提供依据。

甘蔗野生种质资源抗褐锈病基因Bru1的分子检测

在甘蔗栽培品种‘R570’上发现和定位的甘蔗抗褐锈病主效基因Bru1对世界上不同国家和不同地区的黑顶柄锈菌具有广谱抗性。针对该基因开发的两个分子标记能有效、稳定地检测和筛选含有该基因的种质资源。为筛选甘蔗野生种抗源种质,利用R12H16和9O20-F4两个标记对云南农业大学甘蔗种质资源圃保存的部分野生种质资源进行抗褐锈病基因Bru1的分子检测,包括割手密96份、蔗茅15份、滇蔗茅1份、斑茅11份、河八王4份、金茅2份、五节芒9份,共计138份。结果表明,有7份割手密含抗褐锈病基因Bru1,占参试材料的5.1%。本研究为甘蔗的转基因育种和抗褐锈病杂交育种提供优良抗源材料,为进一步开展甘蔗育种研究提供了科学依据。

小麦品种抗条锈病基因Yr10、Yr18及1BL/1RS易位的分子检测

利用抗条锈病基因Yr10、Yr18以及1BL/1RS易位的SCAR或STS标记,对2006-2010年75份国家审定的小麦品种进行了分子检测,以明确Yr10、Yr18以及1BL/1RS易位在我国2006-2010年审定小麦品种资源中的分布。结果显示:75份材料中有13份检测到Yr10基因的标记,1份检测到Yr18基因的标记,分别占参试材料的17.3%和1.3%,只有‘西农928’能同时检测到Yr10和Yr18基因;25份含有1BL/1RS易位片段,占参试材料的33.3%。表明1BL/1RS易位在我国小麦育种中利用率仍然较高,对目前流行条锈菌小种有良好抗性,而表现慢锈性的Yr18在小麦育种的利用率较低,建议在我国小麦育种中加强利用。

甘蔗抗褐锈病基因与分子标记研究进展

从甘蔗遗传图谱的构建,抗褐锈病基因的研究进展,抗褐锈病分子标记的开发,抗病基因研究策略进行综述,以期对甘蔗褐锈病的抗病育种工作提供科学指导和参考依据。

1293份小麦品种(系)1RS/1BL易位和抗条锈病基因Yr41的分子检测

小麦-黑麦1BL/1RS易位系因具有丰产和抗病等特性,被广泛应用于小麦育种,我国曾一度有超过70%的小麦品种含有该易位系。当前,该易位系在我国小麦中的分布情况还有待确证。迄今,抗条锈病基因Yr41已连续为小麦育种提供抗性20年,利用该基因培育的抗条锈小麦新品种在西南麦区大面积推广。然而,该基因在我国小麦中的分布情况仍不清楚,限制了其在不同麦区的开发利用潜力。鉴于此,本研究利用小麦-黑麦1BL/1RS易位系特异分子标记ω-sec-p3/ω-sec-p4和Yr41特异分子标记BE446068对1293份小麦品种(系)进行了检测,结果显示,有542份可扩增出1BL/1RS特异标记,占参试材料的41.92%,使用频率仍然较高;有64份材料可以扩增出Yr41特异标记,占参试材料的4.95%,利用频率较低,今后可加强对含Yr41品种(系)的利用。

甘蔗抗褐锈病新基因抗感病池构建及SSR多态性引物筛选

由黑顶柄锈菌(Puccinia melanocephala H.Sydow&P.Sydow)引起的甘蔗褐锈病是危害中国甘蔗生产的主要病害之一。为了鉴定和发掘抗褐锈病新基因,防止褐锈病爆发流行和保证甘蔗安全生产,本研究以杂交组合‘粤糖03-393’בROC 24’抗感分离真实性F1代群体为材料,构建抗感基因池,合成449对引物对抗感亲本及抗感基因池进行抗、感连锁SSR分子标记筛选。结果表明,25对引物在抗感亲本间有多态性,其中4对引物(SMC236CG、SCESSR0928、SCESSR0636、SCESSR2551)在抗感亲本及抗感池间有多态性,初步判定这4个SSR标记在染色体上的位点可能与抗褐锈病新基因存在连锁关系。研究结果为后续开展抗褐锈病新基因定位、为中国甘蔗褐锈病防控及抗病育种奠定了良好的基础。

抗虫转基因水稻对非靶标害虫褐飞虱取食与产卵行为影响的评价

比较测定褐飞虱在转cry1Ab基因籼稻(B1、B6)和转SCK基因杂交稻恢复系(MSA)及各自亲本对照上的取食与产卵行为。在自由选择寄主植株条件下,褐飞虱于转cry1Ab基因籼稻和转SCK基因杂交稻恢复系上的着虫比率、产卵选择性和产卵量与各自对照嘉早935和明恢86相比均无显著差异,但取食总痕数除B1外则均显著高于对照。在非自由选择寄主植株条件下,褐飞虱不论于转cry1Ab基因籼稻上还是于转SCK基因杂交稻恢复系上,其取食总痕数均显著多于各自对照,而取食24 h后排泄的蜜露则恰反之。综合可见,3个供试抗虫转基因水稻材料对褐飞虱取食是不利的,而对产卵则无显著的影响。

利用RFLP／AFLP构建水稻褐飞虱抗性基因Bph1的连锁图

褐飞虱(Nilaparvata lugens Stal)是水稻最严重的害虫之一。已有人探索和利用天然抗性系统解决水稻生产中的褐飞虱问题。到目前为止，在本地籼稻品种和两个野生近缘种澳洲野稻和药用野生稻中鉴定到至少12个褐飞虱抗性主基因。

34份甘蔗栽培原种抗褐锈病性鉴定及Bru1基因的分子检测

明确甘蔗栽培原种对黑顶柄锈菌的抗性水平,了解Bru1基因在甘蔗栽培原种资源中的分布状况,可以帮助筛选甘蔗原种抗源种质,提高抗褐锈病育种效率。本研究于2013年对中国国家甘蔗种质资源圃保存的34份甘蔗栽培原种进行苗期抗褐锈病鉴定和抗褐锈病基因Bru1的分子检测。苗期抗性鉴定结果表明,34份供试材料中,1级高抗至3级中抗的有26份,占76.5%。其中13份材料表现1级高抗,占38.2%,6份材料表现2级抗病,占17.6%,7份材料表现3级中抗,占20.6%。分子检测结果显示:34份供试材料中25份抗病材料含有抗褐锈病基因Bru1,出现频率为73.5%;其余1份抗病材料和8份感病材料不含抗褐锈病基因Bru1。本研究结果显示了中国国家甘蔗种质资源圃保存的甘蔗栽培原种资源中褐锈病抗性主要由Bru1控制,这一发现为利用Bru1防治由黑顶柄锈菌引起的甘蔗褐锈病提供了重要信息和参考依据。

青海省小麦品种中Yr10和Yr15基因及其1BL/1RS易位的分子检测

利用抗条锈病基因Yr10和Yr15的SCAR和Barc8标记以及1BL/1RS易位的复合标记,对青海省育成和引进的137份小麦品种进行检测,以明确Yr10和Yr15基因以及1BL/1RS易位在青海小麦品种资源中的分布.结果显示:在137份材料中,有4份检测到Yr10基因,19份检测到Yr15基因,分别占参试材料的2.9%和13.9%,没有检测到同时携带Yr10和Yr15基因的材料;有22份材料为1BL/1RS易位,占参试材料的16.1%.研究表明,青海省大部分小麦抗锈品种及1BL/1RS易位品种为外引种品种.

陕农78抗条锈性遗传规律分析

通过对抗条锈病品种陕农78与感病品种铭贤169杂交获得的F1代、F1代自交获得的F2代、及F1与铭贤169回交获得的BC1代植株,在人工控制条件下,利用条锈病菌优势生理小种条中31、条中32对苗期进行人工接种后的反应型分析认为:陕农78对条中31的抗性是由1对隐性基因所控制;陕农78对条中32的抗性是由2对隐性基因互作所控制。

甘蔗抗褐锈病新基因定位遗传群体的构建

为发掘甘蔗抗褐锈病新基因,本研究以4个高抗褐锈病不含Bru1基因的甘蔗品种为父本,4个高感褐锈病的甘蔗品种为母本配置杂交组合,对获得的5个杂交组合F1代群体进行SSR真实性鉴定、人工接种褐锈病抗性表型鉴定和Bru1基因分子检测。结果显示:‘粤糖03-393’בROC24’和‘柳城03-1137’ב德蔗93-88’的F1代群体分别符合3R:1S和1R:3S的遗传分离比例,且都未检测出Bru1基因;表明‘粤糖03-393’בROC24’群体的褐锈病抗性由一对显性未知新抗病基因控制,而‘柳城03-1137’ב德蔗93-88’群体的褐锈病抗性由一对隐形未知新抗病基因控制。本研究成功构建了2个能用于甘蔗抗褐锈病新基因定位的遗传分离群体,为今后的褐锈病抗性遗传分析,遗传图谱构建和抗褐锈病新基因定位和开发与其紧密连锁的分子标记提供了科学的参考数据。