一年生簇毛麦(Dasypyrum villosum(L.)Candargy)是普通小麦野生近缘种之一,也是近年来应用较广泛的小麦遗传资源.簇毛麦在长期进化过程中,形成了许多可用于小麦遗传改良的重要农艺性状,包括对非生物和生物胁迫的抗性、优良品质等.本文简述了簇毛麦与普通小麦的同源关系、与小麦属杂交亲和性,以及将簇毛麦染色体、片段、基因导入普通小麦的有效方法,综述了簇毛麦对白粉病、纹枯病、条锈病、眼斑病、黄花叶病、全蚀病、胞囊线虫病等病害的抗性基因和对应的染色体,簇毛麦品质基因(如:高赖氨酸含量和多态性贮藏蛋白等)和簇毛麦耐旱、光周期等其他基因.介绍了簇毛麦抗白粉病基因Pm21和PmV在小麦改良和育种中的应用及其巨大价值,展望了簇毛麦后续研究前景和可能存在的问题.本综述对挖掘与利用簇毛麦有益基因、拓宽小麦遗传资源、加快小麦遗传改良进程以及重要基因功能研究均具有参考价值.

为评价我国4个主要育种阶段来源于不同麦区的小麦资源在宁夏春麦区的株高、籽粒性状和抗病性,以及为宁夏小麦育种提供可行的评价方法和优异种质,本研究以4个育种阶段共228份小麦资源为材料,采用熵值赋权DTOPSIS法对这些资源的株高和籽粒性状进行综合评价,以筛选优良育种亲本.通过田间抗性调查结合18个与宁夏小麦主要病害相关的分子标记对这些资源的抗病性及抗病基因分布情况进行评价.结果表明,从阶段I～IV,材料的株高和蛋白质性状呈降低趋势,而穗粒数和粒重呈增加趋势.根据Ci值筛选出11份资源(占总数5％),分别为红兴隆3号、糯麦、新疆小麦、上林小麦、宁春45号、会宁19号、宁春32号、宁春58号、甘春25号、永良15号和小冰33号.抗性调查结果表明,228份资源中分别有181份、220份和83份表现抗条锈病、叶锈病和白粉病.Ci值筛选出的11份资源对条锈病和叶锈病表现出较好的抗性,其中红兴隆3号、上林小麦和小冰33号还兼抗白粉病.此外,18个与抗病基因相关的分子标记在228份资源中表现出不同比例的扩增.总之,基于熵值赋权的DTOPSIS法和小麦主要病害相关分子标记检测可用于国内小麦资源不同育种阶段的评价,筛选出的综合性状优良的小麦资源可作为宁夏小麦育种的候选亲本.

樟树(Cinnamomum camphora L.Presl.)是自然界中较少受病原体侵害的优良抗性种质资源.利用生物信息的方法对樟树叶组织转录组数据中NBS类抗病基因进行了鉴定,对其编码的假定蛋白的理化性质、保守基序及系统发生关系等进行分析.结果表明,在樟树叶组织转录组中共找到28个具有完整编码框的NBS类抗病基因,大小在2118-3378 bp之间,编码蛋白等电点在5.35-9.03之间;在NBS区域内鉴定获得8个保守motifs,系统发育树将28个成员分为5个亚组.通过PCR法克隆获得2个RNL类抗病基因全长,分别命名为CcRNL1和CcRNL2,在氨基酸序列水平二者相似性为71％,在多肽N端都具有RPW8-like保守序列,暗示它们可能具有拟南芥RPW8基因所具有的广谱抗白粉病功能.采集感白粉病和正常樟树幼叶进行表达分析,结果显示CcRNL1可被樟树白粉病菌诱导表达,推测其可能参与了响应白粉病菌胁迫反应过程.

MLO 基因家族是一类重要的植物抗病基因,MLO 蛋白的突变体对白粉病真菌表现出广谱抗性,且能特异性调控细胞死亡,利用自发的细胞死亡来应答发育或非生物刺激.为了分析蔷薇科植物MLO 蛋白的结构特征、系统进化及潜在功能,本研究利用生物信息学方法对在GenBank 中已登录的来自于蔷薇科的7个物种共计82 条具有完整ORF 的MLO 基因进行了分析.分析显示这82 条蛋白的氨基酸数量、碱基数、分子量差异较小,平均亲水系数为-0.191～0.253,绝大多数具有内含子结构;亚细胞定位主要分布于质膜中,包含5～8个跨膜结构;共有15个保守基序,长度在15～50个氨基酸之间.其中,等电点小于7 的仅有1 条,6 条蛋白具有信号肽.系统进化关系揭示了这些物种间具有较高的同源性和保守性;将其与其它物种中已鉴定的 MLO 基因进行聚类分析,筛选出32个可能与抗白粉病相关的候选基因;进一步序列比对分析,发现仅有17 条基因具有MLO 型白粉病基因所有的典型结构.因此,本研究表明,所选用的82 条蔷薇科MLO 基因中,仅有17 条基因可能参与寄主- 白粉病菌的互作过程.本研究为进一步研究蔷薇科及其他植物MLO 基因的抗病遗传机制提供了一些参考依据.

Mildew resistance locus O(MLO)蛋白是植物特有的一类蛋白家族,其中的部分成员是白粉病菌成功侵染寄主植物的必要因子.一个或多个MLO基因的功能缺失突变可赋予植物对白粉病菌广谱且持久的抗性,mlo介导的白粉病抗性在抗病育种中发挥了重要作用.植物中的MLO蛋白可以分为7个亚家族,除了参与植物与白粉病菌的互作外,不同亚家族的MLO蛋白还有很多其他功能.本文对MLO蛋白的特征、分类、功能进行了归纳,介绍了植物与白粉病抗性相关的mlo突变体特征及抗病机制,并对MLO基因的功能、作用机理研究及其在植物抗病育种中利用应注意的问题进行了讨论.

[背景]白粉病是蔷薇、月季等观赏植物的主要病害,提高其白粉病抗性是花卉产业亟待解决的难题.内生菌在增强植物抗病性能方面的益处已经得到证实.大理紫花是一种白粉病高抗野生蔷薇,而七姐妹是一种高感野生蔷薇,目前对两者在内生菌群落结构及功能方面的异同尚不清楚.[目的]对比研究白粉病高抗和高感两种野生蔷薇内生菌群落组成的异同,探索内生菌在宿主植物白粉病抗性中可能发挥的生态学功能,为蔷薇白粉病防治提供新思路.[方法]通过传统的内生真菌分离培养方法,结合形态学特征和分子生物学分析确定所获菌株的分类地位,对白粉病高抗和高感两种野生蔷薇内生真菌群落组成进行对比分析.[结果]从两种不同白粉病抗性野生蔷薇的2 880个组织块中,共分离得到2 003株内生真菌,其中从大理紫花得到1 333株,从七姐妹得到670株.它们分属于链格孢属(Alternaria)、炭角菌属(Xylaria)和拟盘多毛孢属(Pestalotiopsis等30个分类单元.其中链格孢(A.alternata)、平头刺盘孢(C.truncatum)和拟茎点霉(Phomopsis amygdali)为两种蔷薇在白粉病暴发各时期的共有优势菌,而盘毛孢(Seimatosporium sp.)、鬼伞(Coprinellus sp.)和球毛壳菌(Chaetomium globosum)等则只存在于大理紫花或七姐妹一种植物中.[结论]在白粉病暴发进程中,白粉病高抗野生蔷薇大理紫花与高感蔷薇七姐妹的内生真菌多样性及群落结构明显不同.且随着时间的推移,七姐妹的内生真菌多样性逐渐增加,而大理紫花的却逐渐减少.但在各采样时间点,高抗蔷薇内生真菌的数量和平均定殖率均明显高于高感蔷薇(P＜0.05,卡方检验).大理紫花中存在一些特有和优势内生真菌,它们在大理紫花白粉病抗性中的功能有待进一步深入研究.

箭筈豌豆(Vicia sativa)是重要的豆科牧草和绿肥作物.白粉病是箭筈豌豆常见病害,可抑制作物生长,严重时甚至导致植物死亡,造成巨大的经济损失.丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)广泛存在于自然界中,可与植物根系形成共生体,对宿主植物生长、养分吸收及水分循环均有促进作用,从而增加宿主对逆境胁迫的抗性.以箭筈豌豆为试验材料,在温室条件下,探究两种AM真菌Glomus tortuosum和Rhizophagus intraradices单独及混合接种对箭筈豌豆白粉病的影响.结果表明:G.tortuosum、R.intraradices及两种AM真菌混合接种均显著降低箭筈豌豆白粉病的发病率及病情指数,接种G.tortuosum处理效果最显著,其病情指数为37.37,较NM处理降低56.26％;G.tortuosum、R.intraradices和两种AM真菌混合接种的茎叶干重较NM处理增加64.47％、51.32％和70.49％,根干重增加24.02％、15.64％和44.69％;AM真菌处理显著提高了植物超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)以及多酚氧化酶(PPO)等防御酶活性(P<0.05),促进了植物可溶性糖、可溶性蛋白以及叶绿素含量(P<0.05).

小麦近缘种属来源的抗白粉病基因是培育小麦抗病品种,防治白粉病危害的最重要基因来源.Pm57是位于西尔斯山羊草2Ss#1染色体长臂上的一个外源基因,对小麦白粉病具有苗期和成株期广谱抗性.为了创制Pm57白粉病抗性丧失突变体,利用基于基因突变体的植物抗病基因克隆新兴技术分离Pm57基因,选用0.625％的甲基磺酸乙酯(EMS)对1万粒小麦-西尔斯山羊草Pm57易位系89(5)69种子进行了诱变处理,M1大田密播种植,收获了1598个M2可育株系.初步对其中300个M2株系进行苗期白粉病抗性接种鉴定,并利用2个Pm57基因特异分子标记X2L4g9P4/HaeⅢ和X284274及小麦全国区试品系DUS测试所用的42对SSR核心引物对Pm57抗性丧失突变体进行鉴定,筛选出来自27个M2株系的真实抗性丧失突变体70个,Pm57基因抗性丧失突变体频率达到9.0％.本研究所获得的白粉病抗性丧失突变体为Pm57基因的后续克隆与抗白粉病分子机理研究提供了重要的材料基础.

白粉病是河北省小麦生产的重要常发病害,明确小麦审定品种和高代品系中所携带的抗病基因对合理利用和布局已知抗源、实现对小麦白粉病的有效防控具有重要意义.本研究结合人工接种白粉病菌株E09和E20与抗病基因连锁(或共分离)标记对1956-2018年间河北省371份小麦材料(含审定品种256份、高代品系115份)进行苗期抗白粉病鉴定和抗病基因检测.结果 表明:供试材料中,抗E09的材料占6.2％,抗E20的占11.9％,兼抗两个菌株的材料占4.9％;部分材料携带Pm1c、Pm2、Pm4b、Pm21、Pm24和Pm35基因,未检测到Pm12基因.Pm8基因在供试材料中所占比例较高,接近50％.供试材料中抗病审定品种比例远大于高代品系,说明小麦抗白粉病种质创新仍为当务之急,需要引起重视.在用连锁或共分离标记进行抗病基因检测时,通过计算某基因对两个菌株抗病反应型与标记检测结果一致的材料比例,发现Pm12、Pm21和Pm35等基因的标记检测效率较高,同时这些基因的标记也方便使用,可优先考虑用这些标记检测目的基因.

Sec14蛋白家族在植物中参与磷酸代谢、信号转导等基本生命过程.从感白粉病小麦品种京411中克隆到一个磷脂酰肌醇转运蛋白基因,其开放阅读框为1212 bp,编码403个氨基酸,与二穗短柄草中磷脂酰肌醇转运蛋白PITP3(XP_010236107.1)有80.45％的同源性,含有SEC14保守结构域,命名为TaSec14.接种白粉菌后,TaSec14在京411及其近等基因系BJ-1中表达趋势一致,表达量均高于抗病小麦品种Brock.利用病毒介导的基因沉默技术敲减京411中的TaSec14基因后,BSMV:TaSec14叶片上白粉菌孢子的成功侵染率低于GKP Buffer对照组,而畸形率高于对照组,表明降低TaSec14基因的表达能在一定程度上提高感病小麦京411对白粉菌的抗性.推测TaSec14基因可能在小麦与白粉菌互作过程具有调控作用.