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小麦条锈病和白粉病成株抗性研究进展与展望
日期： 作者： 来源：《中国农业科学》.-2011，（11）.- 点击：
&&& 中国小麦生产中的主要病害包括小麦条锈病、白粉病、赤霉病、纹枯病和全蚀病等。由小麦条锈病菌(Puccinia striiformis f. sp. tritici)引起的小麦条锈病曾是全国第一大病害，由于粉锈宁的普遍使用等原因，其相对重要性较以前有所下降，年中国条锈病每年平均发生面积约420万hm2，对四川省、重庆市、云南省、陕西省、甘肃省、湖北省十堰和襄樊地区及河南省信阳和南阳地区来说，条锈病仍是当地小麦生产第一大病害，因此，抗条锈病是上述地区除产量外的最基本育种目标。20世纪70年代以前，由小麦白粉病菌(Blumeria graminis f. sp. tritici)引起的小麦白粉病主要在中国湿润多雨的西南地区及山东沿海地区流行;20世纪80年代以后，该病在中国主要冬麦区逐渐从次要病害上升为主要病害，且常年发生。年白粉病在全国平均发生面积为685万hm2。对北部冬麦区和黄淮冬麦区而言，白粉病是最重要的小麦病害；在长江中下游和西南麦区，白粉病是仅次于赤霉病或条锈病的第二大病害，因此，抗白粉病也是上述地区最基本的育种目标。
&&& 由于小麦条锈病和白粉病分布广泛、病原菌生理小种复杂多变等特点，常常导致品种抗性频繁丧失，因此，防治和控制这2种病害不仅十分重要，而且是一项长期任务。尽管通过化学药剂等措施可以有效防治病害，但应用抗病品种是防治病害最经济、有效、安全的途径，利用分子标记辅助选择技术聚合多个抗病基因是培育持久抗性小麦品种的重要手段。小麦的抗病性主要有2类：一类是垂直抗性，又称生理小种专化抗性、苗期抗性、全生育期抗性或主效基因抗性，它由1个或少数几个主效基因控制，对病原菌的侵染产生过敏性坏死反应，从而表现山高抗或免疫，具有病原菌生理小种专化性，即随着生理小种的变化常导致抗性丧失，致使抗病性不持久、不稳定；另一类是水平抗性，又称非小种专化抗性、成株抗性、高温成株抗性、慢病性或部分抗性，这些名称从不同侧面反映了同一遗传现象，因此，对于遗传育种工作者而言，其实质是相同的，故本文统称为成株抗性。该类抗性基因对病原菌无小种专化性或专化性弱，减少了品种对病原菌生理小种的选择压力，从而表现为潜育期延长14%-49%、孢子堆缩小34%-78%、产孢量下降42%-98%、病程曲线下面积(area under the disease Drogress curve，AUDPC)缩小50%-99%、抗病性持久并稳定等特点。选用单个生理小种或混合小种接种时，苗期表现为感病，成株期的严重度或病害发展速率则较低，而非免疫或坏死反应。以往的研究认为成株抗性由若干个微效基因所控制，而现有研究表明聚合4—5个效应相对较大的微效基因即可培育出接近免疫的成株抗性品种，也就是说成株抗性并非像以前报道的那样复杂。国际上多数国家已将成株抗性的利用作为小麦抗病育种的主要方向。20世纪60年代至今，国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)对成株抗性的应用进行了深入系统的研究，形成了一套行之有效的育种方法，育成一大批成株抗性品种，并在生产上大面积推广，如含有Yr18或Yr29及2-3个微效基因的小麦品种Jupatecoco 73R、Parula、Trap、Cook、Tonichi 81、Sonoita 81、Yaco、Chapio、Tukuru、Kukuna、Vivitsi、Pavon 76、Attila和Amadina，其抗性已保持30多年。目前，CIMMYT约60%的小麦品系均携带成株抗性基因，其中，最典型的例子是抗多种病害的抗性位点Yr18/Lr34/Pm38，当其单独存在时产量损失可达31%～52%，与3-4个微效基因并存时，产量损失则小于10%。因此，通过聚合Yr18/Lr34/Pm38、Yr29/L46/Pm39和Yr46/Lr67等几个成株抗性基因，获得兼抗几种病害的持久抗性是CIMMYT小麦抗病育种的主要策略。美国对高温成株抗性进行了深入研究并成功用于生产实践，澳大利亚的研究重点近10年已从垂直抗性转向成株抗性，欧洲也有类似趋势。
&&& 鉴于研究成株抗性对中国小麦生产和育种的重要性和紧迫性，本文综述了小麦条锈病和白粉病成株抗性鉴定方法、基因定位和克隆及其在育种中的应用，并利用各个OTL间连锁信息，将已定位的条锈病和白粉病成株抗性OTL整合到同一张遗传连锁图谱中，目的是利用分子标记培育成株抗性品种，为实现抗病育种思路转变提供方法和信息。
1& 成株抗性鉴定
&&& 小麦成株抗性基因与主效基因的研究策略差别很大，传统的成株抗性鉴定方法是在苗期选用尽可能多的条锈菌或白粉菌生理小种进行鉴定，在成株期则选用1个或几个优势小种接种鉴定，只有在苗期对所有生理小种均表现为感病，成株期表现为中抗或高抗的小麦品种(系)才被视为成株抗性材料。常用的成株抗性鉴定指标是反应型(infection type，IT)、AUDPC和最大严重度(maximum disease seventies，MDS)，其中IT参数可以反映病原菌对寄主的致病性强弱，但由于成株抗性通常在苗期表现为感病而成株期抗病，此类抗性小麦品种IT有时可达到高感级，但普遍率较低，即叶片上病原菌孢子堆较少，显现出特有的局限性。AUDPC是学术研究中常用的鉴定指标,通过几次田间病害(至少3次)调查计算而来，能准确反映病害在发病过程中的变化趋势，但对于成株抗性的田间表现型数据通常需要多年多点调查，因此，田间调查工作量很大。然而，MDS的利用使成株抗性在多环境下进行研究成为现实，MDS和AUDPC在多个遗传背景下的相关系数变化在0.89—0.96，表明在病害发生最严重时选用MDS可以有效衡量小麦成株抗性，对于学术研究其工作量仅为AUDPC的1/4—l/3，但由于需在对照发病充分时进行调查，所以要求调查者对该时期的把握及病害评价标准具有较丰富的经验。
2& 成株抗性基因定位
&&& 迄今，正式命名的小麦条锈病抗性基因有48个，分布于43个染色体位点，暂时命名的有33个基因，其中Yr11、Yr12、Yr13、Yr14、Yrl6、Yr18、Yr29、Yr30、Yr36、Yr39和Yr46为成株抗性基因。60个小麦白粉病抗性基因定位在40个染色体位点，即Pm1—Pm43，其中Pm38和Pm39为成株抗性基因，其余均为具有小种专化性的主效基因。由于病原菌生理小种易变，大部分基因已丧失抗性。因此，成株抗性基因的利用对培育持久抗性小麦品种至关重要。
&&& QTL定位能有效确定抗病基因的数目、效应及染色体位置，与其紧密连锁的分子标记可用于小麦抗病基因聚合。目前，已定位了72个条锈病成株抗性OTL，除1A、lD、3D和7A染色体外，其余各染色体均有分布(表1略)。82个白粉病成株抗性OTL分布于小麦基因组的2l条染色体上(表2略)。
&&& 植物抗病基因在基因组中有2种不同的分布模式，一种是抗病基因位于单一的基因座，但具有编码不同专化抗性的等位基因，如小麦白粉病抗性基因Pm3位点的不同等位基因；另一种是抗病基因成簇分布于特定的染色体区域，共同组成紧密连锁的复合抗性基因座。依据Somers等和. shtml网址所公布的分子标记图谱，笔者将已定位的条锈病和白粉病成株抗性OTL整合于同张连锁图谱(图1)(略)。可以看出，含有条锈病成株抗性OTL的基因簇有4个，分别位于2AS、2DS、5BL和6BL染色体上，说明小麦各个基因组均有分布。含有白粉病成株抗性QTL的基因簇有8个，分别位于1AS、1AL、2AS、2AL、3AS、4AL、5AS和5BS染色体上，表明控制白粉病成株抗性OTL大多集中在小麦A基因组，B和D基因组相对较少。同时含有条锈病和白粉病成株抗性OTL的基因簇有22个，除1D、6D和7A染色体外，其余各个染色体均含有1—2个兼抗2种病害的成株抗性基因簇，其中，含有5(包括5)个以上QTL的大基因簇有8个，分别位于小麦lBL、2BS、2BL、3BS、4BL、5DL、6BS和 7DS染色体上，约占总OTL的34%(图1)(略)。下文着重对兼抗条锈病和白粉病成株抗性基因簇进行论述。
2.1& 已证实兼抗多种病害的成株抗性基因簇
&&& 目前公认的兼抗多种病害成株抗性基因簇分别位于1BL和7DS染色体上Lillemo等利用成株抗性品种Saar与感病品种Avocet构建的113个重组自交系，检测到6个成株抗性OTL，其中位于1BL和7DS染色体上的2个QTL解释的表现型变异最大，并将1BL染色体上的条锈病成株抗性基因Yr29、叶锈病成株抗性基因Lr46和白粉病成株抗性基因Pm39和7DS染色体上条锈病成株抗性基因Yr18、叶锈病成株抗性基因Lr34和白粉病成株抗性基因Pm38分别定义为同一基因，即以往认为3种病害分别由3个基因所控制，实际上是同一基因。说明这2个位点均对条锈病、叶锈病和白粉病表现成株抗性，Yr18/Lr34/Pm38已被克隆，DNA序列分析显示这3种病害由同一位点所控制，进一步证实了其定义为同一基因的正确性，Yr29/Lr46/Pm39的克隆工作正在进行中。此外，Yr29/Lr46/Pm39和Yr18/Lr34/Pm38除对以上3种病害表现成株抗性外，常伴随叶尖坏死现象，可作为田间选择的形态标记。Singh在7DS染色体区域检测到一个在成株期耐大麦黄矮病基因Bdv1，并对秆锈病具有一定成株抗性，它们可能与Yr18/Lr34/Pm38是同一基因。Herrera-Foessel等在成株抗性小麦品系RL6077与感病品种Avocet构建的136个F4家系中检测到1个兼抗叶锈病和条锈病的成株抗性基因，位于小麦基因组的4DL染色体上，与SSR标记Xcfd71、Xbarc98和Xcfd23紧密连锁，命名为Yr46/Lr67，依据小麦分子标记图谱”，该位点与Lan等在中国小麦品种百农64中检测到的白粉病成株抗性QTL Qpm.caas-41DL位于同一位置。由于它们的抗性来源均为普通小麦，所以推测该位点很可能是第三个兼抗条锈病、叶锈病和白粉病的多种病害成株抗性位点。虽然该基因的抗性效应不及Yr18/L34/Pm38，但由于百农64的农艺性状相对较好，该位点将是小麦持久抗病育种的另一个重要基因资源。
2.2& 有待进一步发掘的兼抗多种病害基因簇
2.2.1& 2BS和2BL染色体的抗病基因成簇分布& 小麦条锈病主效抗性基因Yr27、Yr31和Yr41及叶锈病主效抗性基因Lr23紧密连锁并位于2BS染色体上的基因簇(如Qpm.crag-2B等5个QTL)，其中，Yr41存在于小麦品系Ch377/Cn19中，苗期对条锈菌强毒性生理小种CYR32表现为抗病，Yr27和Yr31分别来自小麦品种Opata 85和Pastor，但苗期对CYR32表现感病。此外，Rosewarne等在抗病品种Attila中检测到的条锈病成株抗性QTL QYr.csiro-2BS对病原菌生理小种的反应型与Yr27相同，因此推测该OTL效应可能源于Yr27抗性基因。由此可知，位于2BS染色体上的基因簇可能是Yr27或Yr31的残留效应，当然这还有待于进一步研究证实，该位点对白粉病、秆锈病和叶锈病同样具有一定的抗性。
&&& 位于2BL染色体基因簇(如Qpm. catas-2B等8个OTL)的苗期抗性基因有白粉病主效抗性基因Pm6和Pm33、条锈病主效抗性基因Yr5和Yr7及秆锈病主效抗性基因Sr9g，其中，Pm6、Pm33和Yr5分别来源于小麦近缘种T.timopheevi、T.carthlicum和T.spelta album，而Yr7源于普通小麦，该基因在苗期对CYR32表现为感病，Mallard等认为QYr.inra-2BL可能位于一个含有Yr7的基因簇中，从而表现抗性。目前，该基因簇研究相对较少，至于这些OTL是Yr7的残留效应还是位于同一位点的不同抗性基因，有待于进一步证实。
2.2.2& 3BS和6BS染色体的抗病基因成簇分布& 位于3BS染色体基因簇(如Qpm. inra-3B等6个QTL)的小麦条锈病成株抗性基因Yrns-B1与Yr30、秆锈病成株抗性基因Sr2、叶锈病抗病抗性基因Lr27、叶锈病成株抗性QTL及赤霉病抗性QTL紧密连锁，显示该位点同时具有抗条锈病、白粉病、秆锈病、叶锈病和赤霉病的特点。Crossa等在60多个国际环境下，利用连锁不平衡对170份CIMMYT春小麦品种进行秆锈病、叶锈病、条锈病、白粉病和产量相关分析，进一步证实Sr2、Yr30非小种专化抗性基因，并在不同环境下均表达中度抗性，目前认为Sr2和Yr30可能是同一基因，或者是紧密连锁的2个基因，其作用方式类似一个基因(Singh,个人交流)。由此推测，3BS染色体上的基因可能存在一因多效现象，这也有待于进一步研究利用。
&&& 在位于6BS染色体上基因簇(如Qpm. caas-6BS等5个QTL)中，高温成株抗性基因Yr36及籽粒蛋白基因Gpc-B1紧密连锁，条锈病抗性基因Yr35与叶锈病抗性基因Lr53紧密连锁，不过Yr36来源于野生一粒小麦，而许多成株抗性OTL存在于普通小麦中。由此看出，该基因簇中至少存在2个条锈病成株抗性基因，其中1个基因可能同时发挥着白粉病成株抗性，并且该基因簇对小麦抗病性及品质改良有一定影响。
2.2.3& 4BL和5DL染色体的抗病基因成簇分布& 依据Crossa等分析结果，位于4BL染色体上的基因簇(如Qpm. sfr-4B等6个QTL)与叶锈病主效抗性基因Lr30、白粉病主效抗性基因Pm7和2个与高产相关的QTL紧密连锁，但由于pm7来源于黑麦，因此，该基因簇的白粉病抗性效应并非pm7的残留效应。由此可知，4=BL染色体上的基因簇不仅对条锈病、叶锈病和白粉病发挥抗性作用，同时对提高产量也有一定效应。此外，位于4BL染色体基因簇的QTL QPm. caas-4BL、QYr. cimmyt-4BL和QPm. muls-4BL分别来源于感病亲本Oligoculm和Avocet S，从分子水平上进一步证实了在育种实践中利用中度感病品种进行抗病性改良的有效性。
&&& 由表1略和表2略还可以看出，小麦5DL染色体上存在4个效应较大的白粉病成株抗性QTL，即QPm. crag-5D.1、Qpm. crag-5D.2、QPm.inra-5D.1和QPm.inra-5D.2，该位点对条锈病成株抗性同样发挥一定作用，并且与叶锈病主效抗性基因Lr1和春化基因Vrn-A3紧密连锁，但该基因簇目前研究尚少，有待于进一步发掘利用。
&&& 综上所述，条锈病和白粉病成株抗性OTL及二者所构成的基因簇广泛分布于小麦基因组的2l条染色体。由于大量的OTL只是粗略地定位于染色体的特定区域，并且所用的作图群体和不同环境下田间发病情况均不尽相同，加之QTL间等位性测定的困难，因此，实际存在的QTL个数可能少于已命名的基因位点。为了进一步澄清基因簇内各个OTL间的关系，对这些QTL 进行精细定位及克隆显得尤为重要。
3& 成株抗性基因克隆及分子标记发掘
&&& 近年来，随着分子标记技术的广泛应用，一些效应较大的成株抗性基因在染色体上的位置逐步明确，为进一步基因克隆奠定了基础。Krattinger等和Fu等利用图位克隆法，分别克隆了成株抗性基因Yr18/Lr34/Pm38和Yr36。序列分析显示，在Yr18/Lr34/Pm38BAC跨叠群中含有8个编码蛋白的开放阅读框，其中包括1个ATP结合位点转移酶(ABC)、2个细胞色素P450、2个血凝素激酶、1个半胱氨酸蛋白酶和1个糖基转移酶，功能验证显示，ABC区域即为Yr18/Lr34/Pm38。Yr36分析表明，该区域含有3个基因，即WKSl、WKS2 和IBR1；突变体分析显示，WKS1即为Yr36，包括1个激酶和1个脂质结合区域(START)，二者缺一不可。由此可知，成株抗性基因分子结构与主效抗性基因所具有的保守结构域NBS-LRR完全不同，并且Yr18/Lr34/Pm38和Yr36之间没有相同的结构域。
3.1 &Yr18/Lr34/Pm38
&&& 20世纪早期，Yr18/Lr34/Pm38在中国、意大利、北美和南美及欧洲的小麦品种中广泛分布，特别是在中国小麦地方品种中的频率较高，己保持了70多年的抗性。目前在CIMMYT种质中分布频率较高。据报道，在发展中国家，含有Yr18/Lr34/Pm38的小麦品种约有2600万hm2，在病害流行年份对稳产发挥着重要作用。在分子水平上，该位点的初步定位始于21 世纪初，检测到SSR标记Xgwm295.1和Xgwm1220与Yr18/Lr34/Pm38紧密连锁。随后，Lagudah等依据小麦与水稻基因序列的共线性原理，选用小麦表达序列标签(wEST)进行分析，开发的STS标记csLV34与Yr18/Lr34/Pm38间连锁距离缩短到0.4 cM 。Spielmeyer等通过诱导突变产生更多变异，再次利用wEST标记进行筛选，从而获得与Yr18/Lr34/Pm38 连锁更为紧密的分予标记csLVMS1(0.13 cM)。Krattinger等利用同样的方法，筛选到与Yrl8/Lr34/Pm38的连锁距离仅为0.03 cM的分子标记，随后利用3个不同来源的品种群体对该基因进行图位克隆，结果显示，该基因含有24个外显子，编码1401个氨基酸。携带Yr18/Lr34/Pm38和不携带Yr18/Lr34/Pm38的小麦品种在基因序列上存在3个易变区，即2个SNP(第4内含子和第12外显子)和1个位于第11外显子上的3 bp缺失；最近，在Jagger中发现第22外显子的1个SNP变异可导致品种感病。通过RT-PCR以及基因突变等方法，证实Lr34、Yr18、Pm38和Ltn1是同一基因，控制多种病害的抗性。目前该基因的功能标记已经开发完成，可以鉴定大部分国外材料，85%的中国小麦农家品种含有该基因特异性扩增片段，但其中25.8%品种在田间的条锈病最终严重度达到100%，说明中国农家品种在该基因位点含有新的等位变异或存在抑制基因。
&&& 条锈病高温成株抗性基因Yr36来源于野生二粒小麦，高温条件下(25—35℃)在田间表现为广谱抗性，低温下(15℃)则感病，并且与高产显著相关。
&&& 该基因的克隆思路基于已检测到与Yr36紧密连锁的分子标记Xucw71和Xbarc136，对4500个F2单株进行检测，发现121个单株发生重组，同样利用小麦与水稻基因组序列的共线性，进行精细定位，获得与其紧密连锁的分子标记(O.14 cM)，最后利用图位克隆法得到Yr36。Alpy等报道，在人类中，START区域蛋白在脂质运输、新陈代谢和人的感观中起重要作用。所以，Fu等推测，在高温条件下，WKS1结合脂质使其远离病原物，同时激活激酶，最终导致病原菌细胞死亡实现抗病。此外，将Yr36导入含有Yr18的小麦品种中，其抗性有所提高，所以将成株抗性基因进行聚合对持久抗病育种极其重要。
&&& 综上所述，相对于主效基因固有的保守区域如NBS-LRR，成株抗性基因结构较为复杂，没有特定结构域，致使成株抗性基因作用机理和通用功能标记的开发等研究受到限制。随着分子标记在基因定位中的广泛应用和OTL精细定位的不断发展，估计在不久的将来，会有更多的成株抗性基因被分离、克隆，将有助于揭示成株抗性基因的功能、信号传导途径及其进化的分子机制，为病害防治提供新的育种策略，特别是通过分析已克隆抗病基因在抗、感材料中的等位变异，依据基因序列设计特异性的功能标记，将为育种实践提供更有效的分子标记，大大提高分子标记辅助选择的准确性和实用性。
4& 中国小麦成株抗性研究与应用
&&& 中国小麦条锈病成株抗性研究始于20世纪70年代，针对小麦品种抗锈性丧失现象，曾士迈率先介绍植物水平抗性的概念，指出在育种过程中由于过分强调垂直抗性而忽略了水平抗性，人为造成植物抗性丧失，并提出小麦条锈病水平抗性综合鉴定方法。Shaner报道了白粉病成株抗性小麦品种Knox抗性较持久稳定，引起小麦育种界的高度重视。20世纪80年代中期到21世纪初，中国学者对条锈病和白粉病成株抗性进行了鉴定，现将主要结果分别列于表3略和表4略。
&&& 由表3略和表4略可知，同时对条锈病和白粉病具有成株抗性的小麦品种有咸农4号、小偃6号和Libellula，生产上大面积推广的成株抗性小麦品种有豫麦2号、小偃6号、豫麦47、百农64和鲁麦21。表3略和表4略还显示，多个小麦成株抗性品种(系)含有共同亲本，说明其成株抗性基因来源可能相同。
4.1& 豫麦2号成株抗性
&&& 豫麦2号为豫麦47和鲁麦21的共同亲本，多年生产应用和抗性鉴定皆表明，豫麦2号为白粉病成株抗性小麦品种，由此可以初步摊测，豫麦47和鲁麦2l的白粉病成株抗性可能来源于豫麦2号。倪小文等利用数量遗传学方法对鲁麦21/京双16进行白粉病成株抗性遗传分析，显示该品种至少含有3个白粉病成株抗性基因；Lan等利用分子标记对鲁麦21/京双16的F2衍生混合群体进行白粉病成株抗性QTL分析，发现3个白粉病成株抗性OTL，位于小麦基因组2B和2D染色体，因此，选用已获得的紧密连锁分子标记对豫麦47和豫麦2号进行检测，即可明确3个白粉病成株抗性小麦品种的抗性来源。豫麦2号的组合为65(14)3/抗锈辉县红，由于2个亲本对条锈和白粉都有一定的抗性，因此，其成株抗性来源还值得进一步研究。
4.2& San Pastore成株抗性
&&& Libellula和Strampelli含有共同亲本San Pastore。殷学贵等分别对Strampelli和Libellula进行持久抗条锈病遗传机制研究，表明这2个品种的抗性至少由2个基因所控制。Lu等分别对252个Libellula/辉县红F2:3家系和255个Strampelli/辉县红F2:3家系进行条锈病成株抗性OTL分析，在Libellula/辉县红群体中检测到5个条锈病成株抗性OTL，均由抗病亲本Libellula所提供，其中QYr. caas-4BL、QYr. caas-5BL.1和QYr.caas-7DS同样稳定地存在于Strampelli中，进一步证实了含有共同亲本小麦品种的成株抗性基因在一定程度上是一致的。此外，在Libellula、Strampelli中分别检测到OTL间上位性效应，但在作用方式上2个品种存在明显差异。如在Libellula中，条锈病成株抗性QTL对表现型主要以加性效应为主，OTL间上位性效应较小，而Strampelli品种中，QTL间加性效应和上位性效应对表现型起着同等重要的作用。
4.3& 小偃6号和矮早781成株抗性
&&& 表4略显示，陕213的一个亲本为小偃6号，而小偃6号为典型的白粉病成株抗性，由此可以初步推测，陕213的成株抗性可能源于小偃6号。周麦17和豫麦57的共同亲本为矮早78l，而矮早781即为豫麦18，来源于郑州761/偃师4号，而周8846的亲本之一为偃师4号，这可能暗示周麦17、周8846和豫麦l8的共同抗源为偃师4号。由于小偃6号和偃师4号的共同亲本为St，也许上述品种的成株抗性来自St。San Pastore和St皆来自意大利，它们是否有共同的亲本和抗源也值得进一步研究。
4.4& 其它成株抗性品种遗传分析
&&& 平原50曾是中国黄淮海麦区推广的一个重要地方品种，在生产上保持50多年条锈病抗性。Lan等对平原50/铭贤169的137个DH系进行条锈病成株抗性QTL分析，检测到3个条锈病成株抗性OTL，位于2BS、5AL和6BS染色体上，分别命名为QYr.caas-2BS、QYr.caas-5AL和QYr.caas-6BS，这3个QTL均来源于抗病亲本平原50。王竹林等利用数量遗传学方法对生产上保持抗性15年的小麦品种百农64进行白粉病成株抗性遗传分析，该品种含有3个白粉病成株抗性基因。随后，Lan等在百农64/京双16的DH群体中共检测到4个白粉病成株抗性QTL，分别位于1A、4DL、6BS和7A染色体上，命名为QPm. caas-1A、QPm．caas-4DL、QPm．caas-6BS和QPm. caas-7A，单个QTL可解释表型变异的6.3%—22.7%，这4个QTL均由抗病亲本百农64所提供，与这些QTL紧密连锁的分子标记在一定程度上可应用于分子辅助选择。Liu等通过对Yr10的近等基因系和感病品种Avocet S间的多态性分析，发现一个homeobox类基因TaHLRG，该基因不仅对条锈病苗期有一定抗性，并且与条锈病和白粉病成株期抗性有关。
&&& 此外，Liang等对Fukuho-komugi/Oligoculm的DH群体进行分析，检测到4个白粉病成株抗性QTL，其中，位于1AS、2BL和7DS染色体上QTL的抗性均由Fukuho-komugi所提供，4BL染色体上的QTL来源于Oligoculm，单个QTL可解释表现型变异变化在5.7%—26.6%。张坤普等利用SSR标记在花培3号／豫麦57的DH群体中检测到1个白粉病成株抗性OTL，位于小麦基因组4DS染色体上。
&&& 此外，小麦白粉病成株抗性品系52102l、435209和435775均含有共同亲本矮孟牛，CA9550、CA9641和兴麦99含有共同亲本C39，由于相关遗传分析研究尚少，多个成株抗性品系虽含有共同亲本，但其抗性是否均来自同一亲本，还有待于进一步研究证实。
4.5& 成株抗性的育种实践
&&& CIMMYT的成株抗性育种已有40多年的历史，方法比较成熟，具体做法见图2略(Ravi Singh，个人交流)。与选择全生育期抗性不同的是，在BC1至F4选择农艺性状的同时，选择中感到中抗类型，淘汰高感和高抗(主基因抗性)类型，到F4对抗性的要求提高到中抗到高抗。但国内有目的地进行成株抗性育种尚未见报道，为此笔者在抗条锈病和抗白粉病育种中进行了尝试，目的是积累经验，为大范围应用起示范作用。
&&& 中国与CIMMYT合作进行小麦穿梭育种已有25年的历史，从2000年开始，将目标转向培育具有成株抗性的小麦品种，四川省农业科学院的进展相对较快。具体做法是选用CIMMYT成株抗性种质与四川小麦品种杂交，并用四川小麦品种回交，将成株抗性基因导入农艺性状优良、丰产性高及广适性好的四川小麦品种(图2略)。目前，表现突出的3份成株抗性品系己参加长江上游区试和四川省区试，均优于对照品种川麦42(Syn-CD769/SW89-3243/川6415)和绵麦37(SW2148/绵阳90-100)(表5略)。
&&& 由表5略可知，08RC2525(川麦32﹡2/Chapio)在预试中增产15.1%，苗期表现为感病，田间则对条锈病表现为高抗(5HR)；07RC3941(SW119﹡2/Tukuru)和07RC3929(SW119﹡2/Tukuru)苗期同样表现为高感，但成株期则为中抗(20MR)：08RC2525和07RC394l对白粉病和赤霉病分别表现为中感，而07RC3929为高抗。此外，云南省农业科学院粮食作物所于2001年从CIMMYT引入的F4(四川品种与CIMMYT材料杂交后代)中选育出1份小麦条锈病成株抗性新品种云选3号，在多个区域试验点均表现为高抗条锈病、白粉病、耐寒、耐早、抗倒伏，目前己进入生产试验。上述工作进一步证实了培育成株抗性与高产相结合的品种是可行的。
&&& 在前期对鲁麦2l和百农64遗传分析的基础上，中国农业科学院国家小麦改良中心对这2个品种进行白粉病成株抗性基因聚合，在21个F6家系中，C181、C219和C263分别聚合5个白粉病成株抗性OTL，含有4个白粉病成株抗性OTL的家系有11个(表6略)。这3个系的田间农艺性状和抗病性均优于亲本，为小麦白粉病成株抗性品种选育提供了重要的材料，证实了利用连锁分子标记进行成株抗性QTL聚合的可行性及其有效性，进一步说明4—5个白粉病成株抗性OTL足以在田间表达高水平抗性。
5& 结论与展望
&&& 由于气候变化等原因，在过去10年，无论在美国、澳大利亚、欧洲还是中国，均出现了毒性更强、毒谱更广的新小麦条锈菌生理小种。2010年，英国、中东和中国再次出现可以克服已有抗性基因的新条锈菌生理小种，导致一些垂直抗性基因丧失抗性，如前几年表现高抗条锈病的川麦42于2010年在成都表现为高感，验证了McIntosh教授几年前的预测。与此同时，2009年河南省及北部冬麦区的一些白粉病抗性品种也变为感病品种，虽然尚未见到国内相关白粉菌新生理小种的报道，但育种家需启用新的抗源。反思国内外条锈病和白粉病抗性育种的历史经验，预计育种家与新生理小种的博弈还将继续，但更重要的是现在必须改变观念，人类与病原菌必须和平相处，实现和谐发展。
&&& 中国近几十年抗条锈育种的实践已清楚表明，育种工作总是在被动地追赶病原菌小种的变化，新品种 (系)的抗性在出圃前后就开始变样，大面积推广 3—5年后抗性就明显丧失，有的品种还未审定抗性就已丧失。另外，由于所用国外抗源的农艺性状明显较差(很晚熟、成穗少、抗逆性差、红皮等)，杂交后早期世代材料综合性状明显下降，通过连续几年的定向选择才能勉强恢复到本地推广品种的产量水平，因此，新品种的增产幅度往往有限。若能培育和推广抗性更持久一些的成株抗性品种，育种家则可把更多的精力用于产量利品质等性状的改良，全面提高新品种的水平。笔者建议两条腿走路，两类抗性同时并举，在病害的偶发区要加强成株抗性育种研究，小种专化抗性育种已有较多经验，仍要发挥其应用作用，将来转向以“持久”抗性为主的轨道，这对生产没有不良影响，而对提高育种效率、节约人力及各方面资源都十分有利：病害常发区则仍以小种专业抗性为主，但也要注意“持久抗性”的利用，对于甘肃西南部的一些地区则以不种或少种小麦作为将来的奋斗目标。
&&& 本文对国外的总结分析己清楚表明，利用成株抗性是未来实现品种兼抗和持久抗性的最佳选择。当然育种中还可继续发掘和利用垂直抗性基因，通过分子标记辅助选择可有目的地进行垂直抗性基因累加，但其前提是明确亲本中抗病基因的分布及其等位关系，抗病基因的精细定位是基础。没有与目的基因紧密连锁的分子标记，很难进行基因累加，因此，必须加强抗病基因精细定位这一基础性工作。除此之外，普及分子标记知识，分子标记发掘与主流育种项目的密切合作也很关键。
&&& 笔者更主张利用成株抗性米实现持久抗病性，对条锈病和白粉病的抗性育种更是如此，主要原因有三，第一，成株抗性的理沦和应用问题己基本解决。现有的理论研究和育种实践都表明，持久扰性或成株抗性比原来估计要简单的多，聚合3—5个效应相对较大的微效基因，即可培育出接近免疫的持久抗性品种，尽管还不能证实所有成株抗性基因都是持久抗性基因，但至少相当一部分成株抗性品种已保持50年以上抗性，足以满足育种家对持久抗性的需求，目前成株抗性的育种方法已经成熟。第二，现有成株抗性基因容易做到兼抗与持久抗性的结合。育种家的目标是多方面的，改良产量、品质和适应性比抗病性更难，有时还要兼抗几种病害，对中国人部分麦区来说，兼抗条锈病和白粉病至关重要。而本文分析表明Yr18、Yr29和Yr46等对条锈病、叶锈病和白粉病等皆表现成株抗性，利用这些基因可取得事半功倍的成效。第三，只要具备成株抗性亲本，所有育种单位均可进行品种选育。上述基因的分子标记已具备，没有太多经验的育种家可利用标记聚合这些基因；对于经验丰富的育种家，即便标记使用条件不具备，只要稍微降低一下选择标准(F2—F4选择中感到中抗类型)，不再盲目追求高抗或免疫，用常规方法也能培育出具成株抗性的多抗品种。
&&& 总体来说，国内成株抗性的研究与应用还处于起步阶段，为了进一步加强条锈病和白粉病成株抗性育种工作，建议加强以下3方面的工作。首先，要从国内外(尤其是国内农艺性状优良的)品种和材料中发掘更多的成株抗性基因和亲本资源，据观察，中国小麦品种和CTMMYT品种中的成株抗性基因较为丰富，由于工作量较大，过去对成株抗性基因的鉴定和定位较少；其次，不断改进和利用新的分子标记技术，将其广泛用于抗病育种。随着分子标记类型的增加和测序技术的改进，小麦全基因组测序也己取得很大进展，今后3-5年定会有更多的成株抗性基因被克隆，从而使基于SNP标记的基因芯片开发成为可能。由图l可知，同时拥有2种病害抗性的基因簇颇多，通过遗传分析显示，大多数成株抗性基因具有加性效应，即随着微效基因数目的增加，其抗性水平有所提高。因此，将所有的条锈病、白粉病和叶锈病等病害的SNP标记集成到一个芯片上，商品化生产，将显现出基因芯片的快捷与高通量优势。实现只需提取DNA，即可快速检测其含有或欠缺哪些基因的设想，从而提高分子育种效率；最后，有针对性地培育成株抗性品种。特别是将含有Yr18、Yr29和Yr46的品种及鲁麦21和百农64分别与条锈病或白粉病易发区的主栽感病品种杂交，并用主栽感病品种回交1～2次，在回交后代结合农艺性状选择，利用已获得的紧密连锁分子标记进行条锈病或白粉病成株抗性基因聚合，可在最短时间内获得农艺性状优良并具有持久抗性的小麦新品种。
&&& 作者单位：(1.中国农业科学院作物科学研究所/国家小麦改良中心，北京 100081；2.国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)中国办事处，北京 100081，3.华中农业大学植物科学技术学院，武汉 430070；4.四川省农业科学院作物研究所，成都 610066)
&&& 文章采集：caisy
&&& 注明：国家自然科学基金重大国际合作项目（）、农业部“948”重大国际合作项目（2011-G3）。
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