高新 時(shí)佳 王春生 王重 李劍峰 李艾玲 樊哲儒 張躍強(qiáng)

doi：10.6048/j.issn.1001-4330.2024.03.007

摘? 要：【目的】鑒定新疆小麥審定品種（系）抗病性相關(guān)基因，為小麥育種遺傳改良提供材料。

【方法】利用KASP技術(shù)對(duì)183份新疆小麥品種（系）的抗病性相關(guān)基因進(jìn)行檢測。

【結(jié)果】99份材料攜帶抗葉銹病基因Lr46，頻率為54.10%，64份材料攜帶抗葉銹病基因 Lr14a，頻率為34.97%，3份材料攜帶抗葉銹病基因Lr68，0份材料攜帶抗白粉病基因 Pm21 。新疆小麥品種（系）中抗病基因的分布頻率較低，約為 26.8% 。

【結(jié)論】篩選出的 146 份材料可以作為新疆小麥持久抗銹病育種的抗源材料。

關(guān)鍵詞：小麥；抗病性；KASP；標(biāo)記檢測

中圖分類號(hào)：S512??? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A??? 文章編號(hào)：1001-4330（2024）03-0584-07

收稿日期（Received）：

2023-07-20

基金項(xiàng)目：

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)業(yè)核心攻關(guān)項(xiàng)目（NYHXG-2023AA201）；新疆農(nóng)作物生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（XNYPT-2021-004）；新疆現(xiàn)代農(nóng)業(yè)小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（XJARS-01）

作者簡介：

高新（1988- ），女，新疆人，助理研究員，研究方向?yàn)樾←溣N與栽培，（E-mail）gaoxin0564@163.com

通訊作者：

樊哲儒（1964- ），男，新疆人，研究員，研究方向?yàn)樾←溣N與栽培，（E-mail）fzr640814@qq.com

張躍強(qiáng)（1976- ），男，新疆人，研究員，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樾←溣N與栽培，（E-mail）zhangyqyhm@163.com

0? 引 言

【研究意義】新疆氣候干燥，年均降雨量少，蒸騰量大，小麥病害發(fā)生相對(duì)較少［1］，但銹病和白粉病發(fā)病率持續(xù)發(fā)生，且有逐年加重的趨勢［2］?；瘜W(xué)藥劑防治、農(nóng)業(yè)防治和生物制劑防治均不能從源頭上杜絕小麥病害的發(fā)生，培育和挖掘抗病種質(zhì)資源是最有效的手段［3］。目前小麥常規(guī)育種效率低、周期長、預(yù)期性差等，鑒定優(yōu)異基因資源，選育優(yōu)質(zhì)高抗品種，對(duì)新疆小麥育種改良具有重要意義［4］。【前人研究進(jìn)展】利用KASP標(biāo)記可以檢測大量樣本，且操作步驟簡單，提高效率［5-6］。在高通量快速定位小麥基因上，KASP標(biāo)記應(yīng)用前景廣闊［7-8］。王君嬋、孟巖、趙吉平等［7-10］對(duì)控制小麥株高的基因Rht-B1和Rht-D1、春化基因Vrn-D1b，抗旱基因 CWI-4A、Ta Moc-A1、Dreb-B1、1-feh-w3，抗赤霉病基因Fhb1，抗葉銹病基因 Lr14a、Lr21、Lr34 和Lr68等已有研究，目前該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于小麥重要農(nóng)藝性狀基因的精細(xì)定位、分子輔助育種和種子資源鑒定等。孟巖等［9］開發(fā)出由43對(duì)多態(tài)性引物組成的用于中國小麥條銹菌群體遺傳結(jié)構(gòu)研究的KASP-SNP分子標(biāo)記。高振賢等［11］利用KASP標(biāo)記檢測了河北省153份審定小麥品種，高效檢測了小麥重要農(nóng)藝性狀的優(yōu)異等位變異?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】關(guān)于新疆小麥已審定品種的栽培技術(shù)和品種特征特性已有廣泛報(bào)道，但對(duì)于這些品種中含有的抗銹病、白粉病基因分子檢測少見文獻(xiàn)報(bào)道。需鑒定新疆小麥審定品種（系）抗病性相關(guān)基因。【擬解決的關(guān)鍵問題】以183份新疆小麥（系）為材料，其中，125份新疆審定小麥品種和58份小麥高代品系為材料，利用KASP技術(shù)檢測抗葉銹病基因Lr46、 Lr14a、 Lr68，抗白粉病基因 Pm21，抗條銹病基因Yr15，分析新疆小麥品種（系）中與抗病相關(guān)功能基因的分布狀況，篩選出含有目標(biāo)抗性基因的優(yōu)異小麥種質(zhì)，為新疆小麥育種優(yōu)質(zhì)抗病材料和親本選擇提供依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 材 料

供試材料183份品種（系），其中近年來新疆審定小麥品種125 份，高代品系 58份。材料由新

疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所、國家作物種質(zhì)資源庫（新疆分庫）、新疆農(nóng)墾科學(xué)院、新疆金天山農(nóng)業(yè)科技有限責(zé)任公司等提供。表1

1.2? 方 法

1.2.1? 基因組DNA提取

每份材料取10 粒種子置于穴盤中培養(yǎng)，萌發(fā)10d后取幼苗葉片，用植物基因組DNA提取試劑盒進(jìn)行 DNA 提取。利用 Nanodrop One 超微量分子分光光度計(jì)進(jìn)行DNA質(zhì)量檢測，標(biāo)準(zhǔn)為OD260/OD280值介于1.8～2.2。對(duì)質(zhì)檢合格的樣本進(jìn)行DNA濃度稀釋，濃度范圍為80～120 ng。

1.2.2? KASP 標(biāo)記檢測

KASP標(biāo)記，抗葉銹病標(biāo)記 3 個(gè)（Lr14a 、Lr46和 Lr68），抗白粉病標(biāo)記1個(gè)（Pm21），抗條銹病標(biāo)記1個(gè)（Yr15）。引物參照中國農(nóng)科院作物科學(xué)研究所夏先春老師提供序列，由上海生工合成。選擇中國春等4個(gè)已知標(biāo)記品種作為陽性對(duì)照，利用高通量基因分型系統(tǒng)GeneMatrix進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。PCR反應(yīng)體系為2 μL，包括 DNA 模板 1 μL，2 × KASP Mix 1 μL，引 物 混 合 液 0.014 μL。引物混合液是先將引物稀釋成 100 μmol/L，再按FAM-primer：HEX-primer：Common prime=3∶3∶8的比例混合。每次反應(yīng)設(shè)置4個(gè)空白對(duì)照組（NTC），PCR反應(yīng)程序?yàn)椋?5℃預(yù)變性處理15 min；95℃ 變性20 s，61～55℃ 退火延伸 60 s（-0.6℃/Cycler），10個(gè)循環(huán)；95℃ 變性 20 s，55℃ 退火延伸 45 s，38個(gè)循環(huán)；4℃避光保存。表2

2? 結(jié)果與分析

2.1? 葉銹病抗性基因檢測

2.1.1? 抗性標(biāo)記 Lr46 檢測

研究表明，葉銹病抗性標(biāo)記 Lr46 檢測，F(xiàn)AM端為感病，HEX端為抗病，183份品種（系）中，有99份材料檢測到含有 Lr46 抗葉銹病標(biāo)記，約占該群體的 54.10% ，其中，審定品種 46 份，高代穩(wěn)定品系材料 53 份。圖1

2.1.2? 抗性標(biāo)記 Lr14a 檢測

葉銹病抗性標(biāo)記 Lr14a 檢測，F(xiàn)AM端為感病，HEX端為抗病，183份品種（系）中，有64份材料檢測到含有 Lr14a 抗葉銹病標(biāo)記，約占群體的 34.97% ，其中，審定品種 63 份，高代穩(wěn)定品系材料 1 份。圖2

2.1.3? 抗性標(biāo)記 Lr68 檢測

研究表明，葉銹病抗性標(biāo)記 Lr68 檢測，F(xiàn)AM端為抗病，HEX端為感病，183份品種（系）中，有3份材料檢測到含有 Lr68 抗葉銹病標(biāo)記，約占群體的 1.64% ，其中，審定品種 3 份，高代穩(wěn)定材料 0 份。圖3

2.2? 白粉病抗性基因檢測

研究表明，白粉病抗性標(biāo)記 Pm21檢測，F(xiàn)AM端為抗病，HEX端為感病，無材料檢測到含有 Pm21抗白粉病標(biāo)記，所用材料中均不含有該抗病標(biāo)記。圖 4

2.3? 條銹病抗性基因檢測

研究表明，條銹病抗性標(biāo)記 Yr15檢測，F(xiàn)AM端為感病，HEX端為抗病，無材料檢測到Y(jié)r15抗條銹病標(biāo)記，所用材料中均不含有該抗病標(biāo)記。圖 5

3? 討 論

3.1

小麥抗葉銹病功能基因 Lr14a 和 Lr68 均位于7B染色體上，來源于野生二粒小麥［12-13］; Lr46 位于小麥 1B染色體上，來源于烏拉圭的小麥地方品種Americano 25e［14］。 Lr46、Lr68 都屬于成株期慢銹基因，此種沒有明顯的生理小種專化性，抗病性持久，不易喪失抗性。其中Lr46 與 Yr29、Sr58、Pm39連鎖［15］，屬多效抗病基因，對(duì)葉銹病、條銹病、稈銹病、白粉病等均有抗性。Lr14a、Lr46、Lr68 在試驗(yàn)供試材料中的檢出率分別為 34.97%、54.10%、1.64%，該結(jié)果與隋建樞等［16］有關(guān) Lr14a、Lr46的檢測結(jié)果相近?？共》N質(zhì)運(yùn)用不夠豐富，抗病基因來源單一是造成這一現(xiàn)象的主要原因。

3.2

小麥抗白粉病功能基因 Pm21 位于 6A 染色體上，來源于簇毛麥［17-18］。是一種廣譜抗白粉病基因，是目前中國最有效的抗白粉病基因之一，具有持久抗性。但在供試材料中的檢出率為 0% ，Pm21 在新春、新冬系列小麥品種（系） 中可能沒有含該基因的抗性品種，與王重等［4］研究的結(jié)果一致。小麥白粉病的抗性選育尚未引起育種家的足夠重視，新疆目前尚未爆發(fā)過白粉病，隨著近年小麥白粉病逐漸加重態(tài)勢，必將成為下一階段品種選育的重要因素。

3.3

小麥抗條銹病功能基因 Yr15 位于 1B 染色體上，來源于野生二粒小麥［19］。Yr15 是一個(gè)廣譜抗條銹病基因，提供小麥全生育期的完全抗性，具有重要的育種應(yīng)用價(jià)值。但在試驗(yàn)供試材料中的檢出率為 0% ，鄒景偉等［20］對(duì) 120份小麥品種檢測，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)含有 Yr15 材料，王鑫等［21］在 305 份國內(nèi)外小麥種質(zhì)中僅有 10 份攜帶 Yr15 材料，與前人的研究結(jié)果基本一致，Yr15 的分布頻率僅有 3% 左右。下一步育種中可以引進(jìn)攜帶該抗病基因材料，配置抗性優(yōu)勢組合，應(yīng)用分子標(biāo)記輔助選擇，提升新疆小麥品種條銹病抗性。

4? 結(jié) 論

利用KASP技術(shù)及運(yùn)用抗葉銹病標(biāo)記 （Lr14a 、Lr46和 Lr68）、抗白粉病標(biāo)記（Pm21）、抗條銹病標(biāo)記（Yr15）檢測，明晰了近40年新疆審定小麥品種的抗病性遺傳背景，檢出了 146 份材料攜帶有1～3種抗病基因，可以作為新疆小麥抗銹病育種的抗源材料。

參考文獻(xiàn)（References）

［1］

新疆維吾爾自治區(qū)統(tǒng)計(jì)局，國家統(tǒng)計(jì)局新疆調(diào)查總隊(duì).新疆統(tǒng)計(jì)年鑒［M］.北京：中國統(tǒng)計(jì)出版社，2019.

Statistics Bureau of Xinjiang Uygur Autonomous Region.The National Bureau of Statistics of the People's Republic of China Xinjiang Investigation Unit［M］.Beijing：China Statistics Press，2019.

［2］高海峰，白微微，陳利，等.新疆小麥條銹病和白粉病越夏調(diào)查［J］.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，54（9）：1670-1678.

GAO Haifeng，BAI Weiwei，CHEN Li，et al.Preliminary report on over-summering of stripe rust and wheat powdery mildew in Xinjiang ［J］.Xinjiang Agricultural Sciences，2017，54（9）：1670-1678.

［3］趙吉平，任杰成，郭鵬燕，等.對(duì)120份小麥品種性狀基因KASP標(biāo)記檢測的相關(guān)分析［J］.農(nóng)業(yè)科技通訊，2019，（9）：81-84.

ZHAO Jiping，REN Jiecheng，GUO Pengyan，et al.Correlation analysis of KASP marker detection of traits genes in 120 wheat cultivars［J］.Bulletin of Agricultural Science and Technology，2019，（9）：81-84.

［4］王重，張宏芝，高新，等.458份小麥品種（系）抗病性狀功能基因的KASP標(biāo)記檢測［J］.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2022，59（4）：781-786.

WANG Zhong，ZHANG Hongzhi，GAO Xin，et al.KASP marker detection of functional genes for disease resistance traits in 458 wheat varieties（lines）［J］.Xinjiang Agricultural Sciences，2022，59（4）：781-786.

［5］楊青青，唐家琪，張昌泉，等.KASP標(biāo)記技術(shù)在主要農(nóng)作物中的應(yīng)用及展望［J］.生物技術(shù)通報(bào)，2022，38（4）：58-71.

YANG Qingqing，TANG Jiaqi，ZHANG Changquan，et al.Application and prospect of KASP labeling technology in major crops［J］.Biotechnology Bulletin，2022，38（4）：58-71.

［6］袁鳳平.小麥成株期抗條銹病資源挖掘及遺傳解析［D］.楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2019.

YUAN Fengping.Resource mining and genetic analysis of strip rust resistance in wheat planting stage ［D］.Yangling：Northwest A&F University，2019.

［7］劉麗華，劉陽娜，周悅，等.基于高效SNP芯片的小麥產(chǎn)量相關(guān)性狀全基因組關(guān)聯(lián)分析［J/OL］.麥類作物學(xué)報(bào)：1-13［2023-10-08］.

LIU Lihua，LIU Yangna，ZHOU Yue，et al.Genome-wide association analysis of wheat yield correlation traits based on high-efficiency SNP chip ［J/OL］.Journal of Triticeae Crops：1-13［2023-10-08］.

［8］杜習(xí)軍.河南省小麥抗白粉病種質(zhì)資源篩選及優(yōu)異基因發(fā)掘［D］.楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2021.

DU Xijun.Screening of wheat powdery mildew resistance germplasm resources and excellent gene discovery in Henan Province ［D］.Yangling：Northwest A&F University，2021.

［9］孟巖，楊彩柏，姜舒暢，等.基于KASP技術(shù)的小麥條銹菌SNP分子標(biāo)記開發(fā)與評(píng)價(jià)［J］.植物保護(hù)學(xué)報(bào)，2020，47（1）：65-73.

MENG Yan，YANG Caibai，JIANG Shuchang，et al.Development and evaluation of SNP molecular markers for wheat stripe rust based on KASP technology［J］.Journal of Plant Protection，2020，47（1）：65-73.

［10］王君嬋，吳旭江，胡文靜，等.揚(yáng)麥系列品種（系）重要性狀功能基因的KASP檢測［J］.江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2019，35（6）：1271-1283.

WANG Junchan，WU Xujiang，HU Wenjing，et al.KASP detection of important trait functional genes of Yangwheat series cultivars（lines）［J］.Jiangsu Journal of Agricultural Sciences，2019，35（6）：1271-1283.

［11］高振賢，趙彥坤，班進(jìn)福，等.河北省小麥重要農(nóng)藝性狀的KASP標(biāo)記檢測［J］.分子植物育種，2021，19（2）：518-528.

GAO Zhenxian，ZHAO Yankun，BAN Jinfu，et al.KASP labeling detection of important agronomic traits of wheat in Hebei Province［J］.Molecular Plant Breeding，2021，19（2）：518-528.

［12］Park R F，Mohler V，Nazari K，et al.Characterisation and mapping of gene Lr73 conferring seedling resistance to Puccinia triticina in common wheat ［J］.Theoretical and Applied Genetics，2014，127（9）：2041-2049.

［13］Li Z F，Lan C X，He Z H，et al.Overview and application of QTL for adult plant resistance to leaf rust and powdery mildew in wheat［J］.Crop Science，2014，54（5）：1907-1925.

［14］Klymiuk V，Yaniv E，Huang L，et al.Cloning of the wheat Yr15 resistance gene sheds light on the plant tandem kinase-pseudokinase family［J］.Nature Communications， 2018，9（1）：3735.

［15］隋建樞，陳天青，羅永露，等.75份貴州小麥品種（系）抗病基因的KASP標(biāo)記檢測［J］.山地農(nóng)業(yè)生物學(xué)報(bào)，2023，42（3）：80-85.

SUi Jianshu，CHEN Tianqing，LUO Yonglu，et al.KASP marker detection of disease resistance gene of 75 wheat varieties（lines） in Guizhou ［J］.Chinese Journal of Mountain Agricultural Biology， 2023，42（3）：80-85.

［16］夏英杰.小麥廣譜抗條銹病基因Yr15的互作蛋白分析［D］.雅安：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2021.

XIA Yingjie. Interaction protein analysis of wheat broad-spectrum strip rust resistance gene Yr15［D］.Yaan：Sichuan Agricultural University，2021.

［17］He H G，Zhu S Y，Zhao R H，et al.Pm21，encoding a typical CC-NBS-LRR protein，confers broad-spectrum resistance to wheat powdery mildew disease［J］.Molecular Plant， 2018，11（6）：879-882.

［18］Xing L P，Hu P，Liu J Q，et al.Pm21 from Haynaldia villosa encodes a CC-NBS-LRR protein conferring powdery mildew resistance in wheat ［J］.Molecular Plant，2018，11（6）：874-878.

［19］韓德俊，康振生.中國小麥品種抗條銹病現(xiàn)狀及存在問題與對(duì)策［J］.植物保護(hù)，2018，44（5）：1-12.

HAN Dejun，KANG Zhensheng.Current situation，existing problems and countermeasures of strip rust resistance of wheat varieties in China ［J］.Plant Protection， 2018，44（5）：1-12.

［20］鄒景偉，賈萬利，李立鑫，等.120份小麥品種（系）重要性狀功能基因的KASP檢測［J］.分子植物育種，2019，17（12）：3945-3959.

ZOU Jingwei，JIA Wanli，LI Lixin，et al.KASP marker assays for functional genes of important trait in 120 wheat cultivars（lines）［J］.Molecular Plant Breeding，2019，17（12）：3945-3959.

［21］王鑫，宋鵬博，王笑笑，等.305份國內(nèi)外小麥種質(zhì)條銹病與白粉病抗性鑒定與評(píng)價(jià)［J］.麥類作物學(xué)報(bào)，2021，41（6）：689-698.

WANG Xin，SONG Pengbo，WANG Xiaoxiao，et al.Identification and evaluation of resistance to stripe rust and powdery mildew of 305 domestic and foreign wheat germplasms ［J］.Journal of Triticeae Crops，2021，41（6）：689-698.

Identification of disease resistance of Xinjiang wheat based on KASP technology

GAO Xin1，SHI Jia1，WANG Chunsheng1，WANG Zhong1，LI Jianfeng1，LI Ailing2，F(xiàn)AN Zheru1，ZHANG Yueqiang1

（1. Key Laboratory of Desert-Oasis Crop Physiology，Ecology and Tillage，MOAR/Research Institute of Nuclear and Biological Technology，Xinjiang Academy of Agricultural Sciences/Xinjiang Key Laboratory of Crop Biotechnology/Xinjiang Crop Chemical Regulation Engineering Technology Researching Center，Urumqi 830091， China; 2.School of Science and Technology，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China）

Abstract：【Objective】 This study aims to identify the genes related to disease resistance of Xinjiang wheat varieties（lines） and provide materials for genetic improvement of wheat breeding.

【Methods】 In the present study，KASP technology was used to detect the genes related to disease resistance in 183 Xinjiang wheat varieties（lines）.

【Results】 The results showed that 99 varieties had the leaf rust resistance gene Lr46 with a frequency of 54.10%，64 varieties had the leaf rust resistance gene Lr14a with a frequency of 34.97%，3 varieties had the leaf rust resistance gene Lr68，no variety had the powdery mildew resistance gene Pm21 and yellow rust resistance gene Yr15.The distribution frequency of resistance genes in Xinjiang wheat varieties（lines） was low with a frequency of about 26.8%.

【Conclusion】? The 146 selected materials could be used as resistance materials for wheat breeding of long term rust resistance in Xinjiang.

Key words：wheat; disease resistance; KASP; mark detection

Fund projects： Xinjiang Production and Construction Corps Agricultrual Core Tackling Project（NYHXG-2023AA201）；Key Laboratory of Crop Biotechnology in Xinjiang（XNYPT-2021-004）;XinJiang Agriculture Research System（XJARS-01）

Correspondence author：FAN Zheru（1964-），male，from Xinjiang，researcher，research direction：wheat genetics and breeding，（E-mail）fzr640814@163.com

ZHANG Yueqiang（1976-），male，from Xinjiang，researcher，research direction：wheat genetics and breeding，（E-mail） zhangyqyhm@163.com