西北条锈菌源区冬小麦育种抗条锈病基因的利用现状与策略

【目的】了解中国小麦条锈病西北重要越夏菌源区甘肃陇东和陇南近20年育成小麦品种(系)中抗条锈病基因的利用情况,为陇南小麦条锈病遗传多样性控制,持久抗病品种的培育和可持续绿色健康生态农业奠定基础。【方法】于2019—2020年和2020—2021年种植季对117份冬小麦品种(系)甘肃清水县和四川郫都区进行成株期抗条锈病鉴定,2021年分别用条锈菌CYR33和CYR34对117份品种(系)进行苗期抗条锈病鉴定,并利用分子标记对15个抗条锈病基因进行检测。【结果】田间成株期对条锈菌主要流行致病性混合小种抗病的品种(系)占29.1%,其中,25.6%为陇南区域品种(系),3.4%为陇东区域品种(系),另有25.6%陇南区域感病品种(系)表现慢病性(严重度<20%)。有70.1%品种(系)苗期对CYR33表现抗病,其中,57.3%为陇南区域品种(系),12.8%为陇东区域品种(系);仅6.0%品种(系)苗期对CYR34具有抗病性,为陇南区域的兰天131等7个品种(系)。苗期和成株期抗病品种(系)以2010年后育成的兰天、中梁、天选、兰航选系列品种为主。分子标记检测结合系谱分析,发现抗条锈病基因Yr9、Yr10、Yr17、Yr18、Yr26、Yr28、Yr29、Yr30、Yr41、Yr46、YrZH22和YrZH84在所有检测品种(系)中的频率分别为49.6%、1.7%、12.8%、7.7%、12.8%、20.5%、10.3%、34.2%、2.6%、16.2%、15.4%和27.4%,且多以基因聚合体形式存在于品种(系)中,62.4%品种(系)中聚合了2—5个抗条锈病基因,YrZH84、YrZH22和Yr17中的一个或多个基因与其他抗条锈病基因聚合后,品种(系)的条锈病抗性明显高于其他基因组合。此外,在陇南菌源区,以种植小麦为主的山旱地区域(条锈菌越夏区)所推广的品种(系)中,含有Yr10、Yr17、Yr18、Yr28、Yr29、Yr30、Yr41和Yr46的频率较高,越冬区(川水地)推广品种(系)中主要有Yr26、Yr30、YrZH22和YrZH84,越夏区和越冬区品种(系)的抗性遗传背景差异明显,且越夏区品种(系)含有的抗病基因类型多样性高于越冬区。【结论】在越夏菌源区甘肃陇南、陇东的品种(系)中,抗条锈病基因分布频率、抗病基因类型及数量均有明显提高,避免了品种抗病遗传背景单一化问题,实现了品种(系)中的抗病基因较为复杂多样,部分品种的抗病性保持时间长,表明陇南地区利用小麦品种遗传多样性控制条锈病策略的实施已初显成效。

落叶松-杨栅锈菌MlpMCM4蛋白和MlpHOG1蛋白互作关系初探

由落叶松-杨栅锈菌侵染引起的杨树叶锈病严重威胁杨树的健康生长。通过家族鉴定和系统发育分析确定落叶松-杨栅锈菌标准菌株ID 48743为MCM4直系同源基因,命名为MlpMCM4。以夏孢子cDNA为模板,运用RT-PCR技术,同源克隆获得中国菌株MlpMCM4基因CDS片段,称之为MlpMCM4(wh03),长度为2460 bp,编码819个氨基酸。结果表明,比对分析显示目的蛋白具有保守结构域,包括Walker A、Walker B和R-finger基序,以及MCM4类型锌指结构。亚细胞定位预测显示其定位在细胞核区域。利用基于分离泛素系统的酵母双杂交技术和萤火虫荧光素酶互补试验,没有检测到落叶松-杨栅锈菌中国菌株MlpMCM4蛋白和MlpHOG1蛋白能够相互作用,推断二者相互作用可能需要外源渗透压刺激。

小麦4个WAKs/WAKLs基因的分子特征及其响应条锈菌侵染的表达

【目的】鉴定4个小麦WAKs/WAKLs基因,研究其响应条锈菌(Puccinia striiformis f.sp.tritici)侵染的表达模式。【方法】从小麦条锈病抗病材料云337和感病材料云402转录组差异表达的基因中筛选出4个WAKs/WAKLs基因,对其基因结构、蛋白质理化性质、保守结构域和进化进行分析,通过RT-qPCR验证4个基因在小麦接种条锈菌后的表达模式。【结果】所鉴定的TraesCS1B02G004100、TraesCS6B02G459100、TraesCSU02G079300和TraesCS3A02G122300基因长度分别为3194、5117、3208和2934 bp,分别编码714、960、737和652个氨基酸,均包括胞外GUB结构域和胞内激酶结构域,均位于细胞膜。系统进化分析表明:TraesCS6B02G459100与水稻Os05g04460、TraesCSU02G079300与水稻Os02g02120、TraesCS3A02G122300与拟南芥AtWAKL15、TraesCS1B02G004100与大麦HORVU.MOREX.r3.5HG0503880的亲缘关系分别最近。激酶部位氨基酸序列分析表明:TraesCS1B02G004100和TraesCSU02G079300为与植物先天免疫机制相关的非RD激酶,TraesCS6B02G459100和TraesCS3A02G122300为RD激酶。基因表达分析表明:4个WAKs/WAKLs基因在小麦接种条锈菌后均差异表达,其中TraesCS1B02G004100在抗病材料中的表达被抑制、在感病材料中不表达。【结论】TraesCS3A02G122300和TraesCSU02G079300在小麦与条锈菌亲和及非亲和互作体系中均差异表达;TraesCS6B02G459100和TraesCS1B02G004100仅在非亲和互作中特异表达。非RD激酶Traes-CS1B02G004100表达受到抑制,其调控抗病性的功能和机制需进一步研究。

新疆伊犁地区小麦条锈菌群体遗传结构分析

新疆伊犁地区是小麦条锈病的常发区和重发区,其年平均发生面积超过100×10^(4)hm^(2)以上。为明确新疆伊犁地区小麦条锈菌群体的遗传结构,2021年,从新疆伊犁地区的新源县、巩留县、察布查尔县和伊宁县共采集到320份小麦条锈菌标样,利用16对小麦条锈菌SSR引物进行了群体遗传研究。结果表明,新疆伊犁地区条锈菌群体遗传多样性水平较高,群体间存在一定的遗传分化。群体间遗传变异仅占总变异的12%,群体内遗传变异占88%,不同群体间存在频繁的菌源交流,其中察布查尔县与新源县群体菌源交流最为频繁(N_(m)=4.717)。

小麦条锈菌新菌系CYR34中CDK5基因的克隆及生物信息学分析

为探究细胞周期蛋白依赖性激酶(Cyclin-dependentkinase5,CDK5)在小麦条锈菌(Pucciniastri-iformisf.sp.tritici)新菌系CYR34夏孢子萌发过程的毒性作用,以天水地区小麦条锈菌新菌系CYR34夏孢子标样为试材,通过RACE克隆CDK5基因并对其进行生物信息学分析,获得长度为706bp,编码190个氨基酸的cDNA序列。蛋白质结构预测显示,其二级结构主要以α-螺旋为主,且具有典型的STKC激酶结构域。同源性分析显示,CDK5与小麦杆锈菌(Pucciniagraminisf.sp.tritici)中的CDK5亲缘关系较近。蛋白质互作数据库预测分析发现,CDK5可以与磷酸核酮糖3-差异构酶、荚膜生物合成蛋白、鸟苷酸激酶、丝氨酸/苏氨酸特异性蛋白激酶、16SrRNA蛋白以及肌苷-5'-单磷酸脱氢酶6个蛋白互作关系;基因时序表达发现在孢子萌发0~6h时,基因的表达量持续下调,6h后表现为上调,萌发10h后为对照的1.2倍,萌发14h后基因的表达量达趋于平台期,为对照的1.36倍。综上所述,推测细胞周期蛋白依赖性激酶CDK5在小麦条锈菌(CYR34)夏孢子萌发过程中参与了适应环境的信号调控。

小麦叶锈菌2个候选效应因子的克隆及其qRT-PCR分析

小麦叶锈病是由隐匿柄锈菌(Puccinia triticina,Pt)侵染的一种气传性真菌病害,对小麦造成严重的产量损失。Pt产生的吸器是产生效应因子的主要场所,而效应因子是Pt致病的关键。本研究基于早期构建的小麦叶锈菌单胞菌系13-5-28-1(JHKT)在休眠孢子、萌发夏孢子和侵染6 d的转录组文库,在系统筛选候选效应因子的基础上,选取两个候选效应因子Pt12448和Pt34354进行克隆,利用qRT-PCR分析候选效应因子的表达模式,结果发现其中Pt12448基因表现为后期诱导上调,Pt34354基因则为前期诱导上调。研究结果将推进对小麦叶锈菌致病机制的研究进程。

中国单胞锈菌属若干种的订正(英文)

对我国5种单胞锈菌的名称作了订正。有4种是我国的新记录,即异形单胞锈菌Uromycesaberrans,假木贼单胞锈菌U.anabasis,异芒菊单胞锈菌U.blainvilleae和盐角草单胞锈菌U.salicorniae。基于无性型标本描述的芽单胞锈菌Uromycesgemmatus被改订为巴西单胞锈菌Uromycesbrasiliensis。

中国西部柄锈菌新资料(英)

本文报告了我国西部的四种柄锈菌。黑果茜草Rubia cordifolia var. pratensis上的西北柄锈菌Puccinia boreo-occidentalis被描述为新种。垂花报春Primula nutans上的北极柄锈菌P. arctica、车叶草Asperula aparine上的车叶草柄锈菌P. asperulae-aparines和黄水枝Tiarella polyphylla上的黄水枝生柄锈菌P. tiarellicola为中国新记录。根据我国的标本对每个种作了描述和讨论并附有孢子线条图。所有标本保藏在中国科学院菌物标本馆(HMAS)。

小麦条锈菌ZS有性与无性菌系毒性差异初步分析

小麦条锈病是小麦生产上最主要的病害,条锈菌毒性不断变异是造成小麦条锈病频繁发生和小麦品种抗病性丧失的主要原因。对小麦条锈菌新菌系开展品种抗病性评价,并探明条锈菌有性菌系、无性菌系间的毒性差异,为科学、超前指导小麦抗病育种和抗病品种的合理布局应用提供技术支撑。2017—2021年从454个小麦条锈菌有性菌系和1728个无性菌系中,获得ZS有性菌系35个和无性菌系167个,占比分别为7.71%和9.66%;其中已归类ZS-1、ZS-18、ZS-52类型中有有性菌系14个、无性菌系72个,占比分别为3.08%和4.17%。2022年选择ZS有性与无性菌系重要类型混合菌,对76个甘肃省内小麦生产品种进行苗期、成株期接种鉴定,结果发现,有性ZS菌系与无性ZS菌系对供试小麦品种苗期致病力分别为97.37%、92.11%,相对寄生适合度分别为0.3530、0.2487;成株期致病力分别为72.37%、71.05%,相对寄生适合度分别为0.3627、0.1840。表明有性菌系致病性和寄生适合度均高于无性菌系。建议在陇南越夏区,及早调整小麦抗病育种目标,以持续控制条锈病的发生流行,保障粮食安全。

北美栅锈菌和松杨栅锈菌可视化检测体系建立

[目的]为实现北美栅锈菌和松杨栅锈菌快速有效的鉴别及鉴定。[方法]本研究根据两种锈菌的28SrDNA基因序列设计若干组LAMP引物。经筛选得到的引物以北美栅锈菌、松杨栅锈菌、图拉斯叉钩丝壳菌、芍药白粉菌、梨胶锈菌、羊肚菌、金针菇的基因组DNA为模板进行LAMP反应并完成特异性检测;首先建立初始LAMP反应体系,再进一步优化LAMP反应体系的组分和反应条件,加入羟基萘酚蓝实现可视化检测;最后确定检测体系灵敏度。[结果]表明,筛选出的引物具有特异性;25μL北美栅锈菌LAMP检测体系最佳Mg^(2+)浓度为6 mmol·L^(−1),最佳内外引物比例为8:1,最佳dNTPs浓度为1.2 mmol·L^(−1);同样地,25μL松杨栅锈菌LAMP检测体系最佳Mg^(2+)浓度为4 mmol·L^(−1),最佳内外引物比例为6:1,最佳dNTPs浓度为1 mmol·L^(−1)。加入160μM羟基萘酚蓝(HNB)可清晰地指示反应结果,两种检测体系在61℃条件下,分别反应30 min和40 min可实现目视判断结果,且灵敏度分别可达34 fg·μL^(−1)和60 fg·μL^(−1)。[结论]通过建立两种锈菌的可视化LAMP-HNB检测体系可实现对北美栅锈菌和松杨栅锈菌进行区分及鉴定,为快速鉴定和区分重要杨树锈病提供了技术支撑和实践参考。

云南咖啡锈菌生理小种鉴定

为了解云南咖啡主产区锈菌生理小种类型和地理分布,利用19个国际通用的鉴别寄主,采用人工活体接种的方法,对采自云南15个县(市)的58份锈菌样本进行鉴定。结果共鉴定出12个小种,分别为Ⅰ(v2,v5)、Ⅱ(v5)、Ⅷ(v2,v3,v5)、XVII(v1,v2,v5)、XXIV(v2,v4,v5)、XXXIII(v5,v7或v5,v7,v9)、XXXIV(v2,v5,v7或v2,v5,v7,v9)、XXXV(v2,v4,v5,v7,v9)、XXXVII(v2,v5,v6,v7,v9)、XXXIX(v2,v4,v5,v6,v7,v8,v9)、XLI(v2,v5,v8)和XLII(v2,v5,v7,v8或v2,v5,v7,v8,v9)。其中,XVII、XXIV、XXXV和XXXIX号生理小种为云南首次发现。

小麦锈菌AFLP分子标记技术体系的建立

以小麦条锈菌、杆锈菌、叶锈菌的夏孢子为材料,通过DNA提取、酶切、PCR扩增、凝胶电泳等系列程序摸索和优化,建立了锈菌的AFLP分子标记体系如下:40μl酶切体系中采用了EcoRI、TrulI各5U,37℃3h,65℃3h双酶切4μl100ng/μl的DNA;然后加入10μl连接混合液22℃连接3h,16℃10h;连接产物5μl,10μMEcoRI、10μMTru1I预扩引物各1.5μl,PCR反应液25μl,ddH2O17μl进行预扩;预扩产物稀释20倍后取5μl,50ng/μlEcoRI、Tru1I选扩引物各1μl,PCR反应液10μl,ddH2O3μl体系进行选择性扩增,为小麦锈病和其他真菌性病害的分子标记克隆及抗病育种的辅助选择提供了有力工具。

湖北襄阳小麦条锈菌夏孢子数量的周年动态

条锈病是小麦的主要病害之一,严重威胁小麦的安全生产。湖北襄阳是我国小麦条锈菌的主要冬繁区之一,可以向我国东部和北部麦区提供菌源。为明确襄阳地区小麦条锈菌夏孢子数量动态变化规律,更科学制定小麦条锈病的监测预警和防控策略,本研究利用孢子捕捉仪及TaqMan RT-qPCR方法,2019-2021年对襄阳地区空气中条锈菌夏孢子数量进行了连续监测。结果表明,襄阳地区条锈菌夏孢子数量高峰出现在4-5月和10-11月,且不同年份孢子数量和高峰期持续时间差异较大。相关性分析发现,条锈菌夏孢子数量与空气温度及日照时数呈显著正相关关系(P<0.05)。

新疆荒漠植物的锈菌Ⅰ.豆科和藜科植物上的单胞锈菌

报道了采自新疆塔里木盆地和准格尔盆地荒漠植物豆科和藜科植物上寄生的单胞锈菌20个种。寄生在疏花骆驼刺Alhagi sparsifolia上的骆驼刺单胞锈菌Uromyces alhaginis、寄生在木地肤Kochia prostrata上的地肤单胞锈菌Uromyces kochiae和寄生在苦马豆Swainsonia salsula上的苦马豆单胞锈菌Uromyces sphaerophysae为中国新记录;寄生在新疆沙冬青Ammopiptanthus nanus上的欧黄华单胞锈菌Uromyces anagyridis和寄生在长豇豆Vigna sesquipedalis上的豇豆单胞锈菌Uromyces vignae为新疆新记录;盐穗木Halostachys caspica和小蓬Nanophyton erinaceum为藜单胞锈菌Uromyces chenopodii的新寄主。所有研究标本保存在新疆农业大学真菌标本室(HMACC)。

内蒙古赤峰地区的锈菌 Ⅱ.鞘锈菌属等8属

报道了内蒙古赤峰地区的锈菌8属23种,其中明痂锈菌属(Hyalopsora)和疣双胞锈菌属(Tranzschelia)为内蒙古新记录属,6个种为内蒙古新记录种;3种植物为中国新记录寄主;列出了锈菌种名、寄主植物、采集地点及标本号。所有引证标本均保存于赤峰学院菌物标本室(CFSZ)。

内蒙古赤峰地区的锈菌 Ⅰ.柄锈菌属和单胞锈菌属

报道了内蒙古赤峰地区的锈菌 2属 4 8种和变种 ,其中 14个种和 2个变种为内蒙古新记录 ,13种植物为中国新记录寄主 ;列出了锈菌种名、寄主植物、采集地点及标本号。所有引证标本均保存于赤峰学院菌物标本室 (CFSZ)。

青藏高原东缘的锈菌资料Ⅵ.柄锈菌属二新种(英文)

采自四川西部的二个柄锈菌新种，即寄生在小檗属Berberissp．上的岷山柄锈菌PucciniaminshanensisJ．Y．Zhuap＆S．X．Wei和寄生在大箭竹Sinarundinariachungii（Keng）Kengf．上的箭竹生柄锈菌PucciniasinarundinarilcolaJ．Y．Zhuang＆S．X．Wei。文中对新种进行了拉丁文描述并作了简要讨论，附有显微照片和线条图。标本保藏在中国科学院微生物研究所菌物标本馆（HMAS）。

柄锈菌属中国种补充记载(英文)

本文报告了柄锈菌属4个中国新记录。它们是羊角芹柄锈菌Pucciniaaegopodii（Strauss）Roehl．多夫勒柄锈菌PucciniadovrensisBlytt、大谷柄锈菌PucciniaotanianaHirats．和艾菊柄锈菌狭叶青蒿变种PucciniatanacetiDC．var．dracunculina（Fahrend）Cummins。形态特征描述是基于中国的材料。附有简要讨论和线条图。

中国咖啡主栽区咖啡种质资源圃中咖啡驼孢锈菌致病类型鉴定和分析

【目的】研究中国咖啡主栽区咖啡种质资源圃中由专性寄生病原真菌咖啡驼孢锈菌(Hemileia vastatrix Berk.et Br.)引起的咖啡黄锈病(coffee leaf rust,CLR)致病类型,对保护中国咖啡种质资源以及指导主栽区抗性品种的布局和选育具有重要意义。【方法】收集分布在中国咖啡主栽区4个具有代表性的咖啡种质资源圃CLR病样,在超感病基因型寄主上进行扩繁及单孢分离,在特定基因型寄主上对咖啡驼孢锈菌的毒力基因进行鉴定,并推导出相应的致病类型。【结果】57份样品中,有42份样品(占73.68%)被成功扩繁,有27份样品(占64.29%)被保存。根据样品信息录入23个CIFC条目,共鉴定出3种致病类型:XXXⅦ(v_(2,5,6,7,9)),占86.96%,为优势致病类型;New race(v_(2,5,6,7)),占8.69%,为在中国种质资源圃CLR调查的首次报道;XXXIV(v_(2,5,7,9)),占4.35%。【结论】中国咖啡主栽区咖啡驼孢锈菌群体遗传结构正在发生改变,原有致病类型已渗入位于主栽区内的种质资源圃,并在基因型相近的寄主上加速进化;新的致病类型在主栽区内的咖啡基地和种质资源圃之间随机流动,并对当前主栽品种的抗性造成威胁。研究结果将为中国咖啡种质资源圃的科学管理提供重要依据,为CLR防控提供理论支持。

三种麦类作物对叶(冠)锈菌非寄主抗病性与品种抗病性的组织病理学研究

比较研究了小麦、黑麦和燕麦对小麦叶锈菌、黑麦叶锈菌和燕麦冠锈菌的非寄主抗病性与品种抗病性的组织病理学特点。接种幼苗的荧光显微检查表明,非寄主抗病性除不同程度地中断侵入外,主要抑制侵染菌丝生长和吸器母细胞的形成,引起菌落早期败育和叶肉细胞坏死。这些特点与品种抗病性的过敏性坏死反应相同。这种类型的抗病性具有小种专化性,因而即使用遗传操作技术将这种非寄主抗病性转移到寄主品种中,也可能因病菌小种的变异而不会持久。