用小种特异分子标记分析2015年云南小麦条锈菌的生理小种组成

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  摘 要:用 7个小麦条锈菌生理小种分子标记(条中23,条中29,条中 31,条中32,条中33,,V26和水源型)分析云南省小麦主产区采集的1 206份小麦条锈病的样品,进行生理小种检测分析。结果表明:2015年条中33号生理小种(CYR33)在云南各小麦主产区的检出率都是最高的,其检出率都在90%以上,是云南各小麦主产区的优势小种;在用近几年新出现的新菌系V26新菌系检测云南的小麦条锈菌时,发现V26新菌系在云南小麦条锈菌中的检出率也较高,各地的检出率均达72.0%以上,后期有可能上升为小麦条锈菌的优势小种;另外,单个病斑能够检出1~7个不等的小麦条锈菌生理小种,而且95%以上的样品能够从单个病斑上检出3个或3个以上的生理小种,这暗示着小麦条锈病存在多个小种复合侵染的情况且很普遍。
  关键词:小麦条锈菌;小种特异分子标记;生理小种
  中图分类号:S435.121.4+2 文献标识码:A DOI 编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2016.09.006
  Abstract: In this study, physiological races, including 1 206 samples of wheat strip rust gathered from Yunnan Province, were monitored by using 7 physiological races specified primer of PST (CYR23, CYR 29, CYR 31, CYR32, CYR33, CYRSU and V26). The result showed that CYR33 detection rate is the highest, being above of 90%, and it is the predominant races in Yunnan Province in 2015. The race of V26, a new PST pathotype in recent years, had virulence to stripe rust resistance gene Y26 which was widely used in wheat breeding programs in China. The V26 specific marker was first used to detected physiological race of wheat stripe rust in Yunnan, and the rates was more than 72.0% among different areas, and V26 could be the dominant race. In addition, 1~7 physiological races were detected from single disease spot in all samples. And the proportion of samples, detected 3 or more than 3 physiological races from single disease spot, was above 95%. It was implied that for wheat stripe rust disease the mixed infection phenomenon is widely spread.
  Key words: Puccinia striiformis West. f. sp. tritici Eriks; race-specific-molecular-markers; physiological race
  小麦条锈病(Puccinia striiformis West. f. sp. tritici Eriks.)是严重威胁小麦安全生产的重大流行性病害,其发生危害已有三千多年的历史。在我国,小麦条锈病以其发生区域广、致害性变异快、流行频率高、危害损失重等特点成为小麦稳产、高产的主要障碍。
  监测小麦条锈菌生理小种的组成情况是研究合理布局小麦品种、防治小麦条锈病发生和流行的基础,并可为抗病育种提供信息。长期以来,人们通过鉴别寄主进行小麦条锈菌生理小种的鉴定。但是,小麦条锈菌为专性寄生真菌,用鉴别寄主鉴定和监测小麦条锈菌的生理小种均需在感病品种铭贤169上进行扩繁后,再利用鉴别寄主进行生理小种划分。其方法比较繁琐,费时费力,难以同时完成大量菌源的检测,而且小麦受病原菌侵染的反应型易受人为因素影响,如果经验不丰富很容易造成人为误差。基于以上不足之处,人们尝试通过小麦条锈病菌特异分子标记检测小麦条锈病菌生理小种。目前,已经开发的小麦条锈菌生理小种分子标记有: CYR23[1],CYR29[2],CYR31[3],CYR32[4],CYR33[4],CYRSU[1]和V26[5] 共7个小麦条锈菌的生理小种分子标记。这为小麦条锈菌生理小种的分子检测奠定了基础。
  云南大部分地区气候温和,四季如春,夏无酷暑,冬无严寒,复杂的生态环境及气候类型,以及四季有麦种的生产方式,为条锈菌的周年循环提供了天然的绿色桥梁,是我国小麦条锈菌主要的越夏菌源地之一。云南具有我国小麦条锈病越夏菌源地的重要特征及远距离传播的充要条件,在明确云南小麦条锈菌与其它流行区的关系之前,系统认识其群体结构十分重要,这有助于揭示条锈菌的起源、进化及传播。
  长期以来,研究者们对云南小麦条锈菌生理小种的检测多也采用鉴别寄主法,但他们用于云南小麦条锈菌生理小种检测的样品量较少,有的地区仅用了几份样品进行分析[7-9],这不足以代表云南小麦条锈菌群体的生理小种组成。另外,本研究小组利用前人发表的小麦条锈菌生理小种检测的分子标记,分析了2009—2011年云南小麦主产区的小麦条锈菌生理小种,其检测结果与这几年云南省主要流行的生理小种基本一致[10-11]。因此,用这些生理小种分子标记监测云南省小麦条锈菌的生理小种组成是基本可行的。   本研究利用已报道的7对小麦条锈菌生理小种分子标记,检测了2015年云南省曲靖、玉溪、大理、昭通和德宏、昆明等6个地区的1 206份小麦条锈菌样品的生理小种组成情况,并在此基础上分析了各地小麦条锈菌群体之间的关系,以为来年预测小麦条锈菌的生理小种组成提供依据,同时也为通过合理布局抗病品种预防小麦条锈菌的发生与流行奠定基础。
  1 材料和方法
  1.1 材 料
  1.1.1 小麦条锈菌样品 用于本试验的小麦条锈菌样品为采集自云南玉溪、大理、德宏、曲靖、昆明、昭通、楚雄、临沧和文山9个地区的小麦条锈菌样品。样品采集时均选择叶面比较干净,小麦条锈菌孢子饱满,病斑单一或界限比较明显的小麦条锈病样品进行采集。每个样品采集后用自制的样品采集袋对小麦条锈菌样品进行独立包装和干燥,防止小麦条锈菌样品发生霉变和样品间的病菌交叉污染,以便后期提取单个病斑上小麦条锈菌的DNA。小麦条锈菌样品采集的详细信息见表1。
  1.1.2 引 物 用于本试验小麦条锈菌生理小种检测的CYR23SP、CYR29SP、CYR31SP、CYR32SP、CYR33SP、V26和CYRSU 7个生理小种特异引物均选自目前已正式发表的论文,其引物的详细信息如表2所示。
  1.1.3 试验所用的仪器设备 超净工作台、高压蒸汽灭菌锅、烘干箱、电子天平、HH-4数显恒温水浴锅、Microfuge18离心机、蓝盾522可见光凝胶电泳透射仪、PCR仪、78HW-1恒温加热磁力搅拌器、GeneQuant pro蛋白核酸分析仪、lmagequant300 胶凝成像系统。
  1.2 方 法
  1.2.1 DNA提取 用本课题组研发的Chelex-100法[12]:用200 μL的移液枪移取150 μL的20% Chelex-100(1/3肉眼可见的透明小珠子;20%的Chelex:20 g的Chelex加80 mL ddH2O(灭菌))溶液到1.5 mL的无菌离心管内,用10 μL的移液枪吸取5 μL的Chelex-100的上清液到单孢菌斑(约0.5 mm2)的小麦条锈病菌的小麦叶片上,用上清液反复冲洗病菌的孢子直到能明显看见黄色的孢子为止。把试管放在沸水中水浴2 min,并在漩涡仪上振荡20 s,再水浴5 min。离心上清液即为所提取的DNA,将所提取的DNA保存于-20 ℃下备用。
  1.2.2 小麦条锈菌生理小种的特异分子标记检测 检测小麦条锈菌时的PCR反应体积为10 μL,其中包括:Buffer 1 μL,引物(10 ng·μL-1)0.8 μL(前引物与后引物各0.8 μL),dNTP 0.8 μL,TaqE 0.08 μL,模板DNA(25 ng·μL-1) 1 μL,ddH2O 6.92 μL。每次反应均设立ddH2O阴性对照。扩增在ABI PCR仪上进行。反应程序为:95 ℃ 5 min,1个循环;95 ℃ 45 s,35~57 ℃ 45 s(温度由引物来决定,具体温度如表2所示),72 ℃ 1.5 min,40个循环;72 ℃7 min,一个循环;20 ℃保存,待PCR结束后。在PCR扩增产物中加入4 μL的含有花青素的Loading-buffer并充分混匀,经1.2%~2.0%(具体浓度由引物来决定)的琼脂糖凝胶在200 V下电泳45 min,并用胶凝成像系统进行拍照及带型分析。
  2 结果与分析
  利用小麦条锈菌生理小种特异引物检测了采集自云南的1 206份小麦条锈病菌DNA样品,条中23(CYR23),条中29(CYR29),条中31(CYR31),条中32(CYR32),条中33(CYR33),V26和水源型(CYRSU)等7个云南主要流行小种的情况,对所有样品的PCR扩增情况进行统计,其检测结果如表3所示。
  从表3可以看出,条中33号生理小种(CYR33)在2015年云南各小麦主产区的检出率最高,其检出率均在90.0%以上,为各地2015年的优势小种,条中31号生理小种(CYR31)在各地的检出率均最低,甚至在大理(漾濞和弥渡)、德宏、昆明、楚雄、文山(丘北和广南)均未检测出该生理小种,其余各地的检出率也未超过50.0%。2015年首次使用小麦条锈菌新菌系V26的SCAR分子标记分析云南小麦各主产区V26新菌系的分布情况,从结果可以看出,小麦条锈菌新菌系V26在云南各小麦主产区的检出率都比较高,其检出率仅次于条中33号优势小种(大理漾濞除外,其检出率低于CYR29, CYR32, CYR33和CYRSU水源型小种)。另外,其余4生理小种(CYR23、CYR29、CYR32、CYRSU)的检出率在各小麦主产区的检出率均不相同,其检出率在50.0%至85.0%之间。从整体上看,2015年云南小麦主产区小麦条锈菌各生理小种的检出率从高到低依次为:CYR33>V26> CYRSU> CYR32> CYR29> CYR23> CYR31。
  本试验对各地采集的1 206份小麦条锈菌样品单个病斑上的小麦条锈菌生理小种的检测情况进行了统计,发现用现有的7个小麦条锈菌生理小种特异引物检测所采集的小麦条锈菌样品,在单个病斑上能够同时检测出生理小种数最多的为7个生理小种,其样品主要来自玉溪易门县、昭通、临沧、曲靖麒麟区和沾益县,而来自于大理漾濞、大理弥渡、德宏、昆明、楚雄、文山丘北和广南地区的小麦条锈菌样品单个病斑上能最多能检测出6个生理小种,且所有参试样品中最少也能在单个病斑上检测出1个生理小种,其样品主要来自玉溪易门县、大理漾濞、大理弥渡、德宏、临沧和曲靖麒麟区(表4)。从表4中还可以看出,在所有的样品中,单个病斑检测出4个或4个以上生理小种的概率(其检出概率均在77.0%以上)明显多于同时检出3个及3个以下生理小种的概率。虽然各地单个病斑上同时检出多个生理小种的概率不同,但从总体来看,单个病斑在7个生理小种中检出5个生理小种的概率最高,达到29.9%,其次为6个(27.5%)和4个(27.5%)的比例;检出了一个生理小种的样品的比例最少,只有1%。由此可以看出,单个病斑上小麦条锈菌生理小种的组成非常复杂。   3 结论与讨论
  小麦条锈病是严重影响我国小麦安全生产的主要生物限制因子。长期以来,人们一直通过抗病品种的利用和化学农药防治的方法防治小麦条锈病的发生和发展。小麦条锈菌毒性变异频繁,几乎平均3~5年便会有小麦条锈菌新小种的产生,例如:1958年发现了条中2号(CYR2)和条中8号(CYR8),1960年发现了条中10号(CYR10),甚至在1972—1977年短短5年的时间中先后发现了条中18号(CYR18)、条中19号(CYR19)、条中20号(CYR20)、条中23号(CYR23)、条中21号(CYR21)、条中24号(CYR24)、条中22号(CYR22)条中26号(CYR26)9个生理小种[13],新小种如此频繁的产生给利用抗病品种防治小麦条锈病带来了很大的困难和挑战。因此,有不少植保工作者常年置身于小麦条锈菌生理小种的监测和小麦条锈病流行的研究,希望通过对小麦条锈菌生理小种的长期监测与小麦品种的合理布局实现有效地防治小麦条锈病的发生和流行。有资料表明,云南省、四川省和西藏地区的小麦条锈菌有着菌源交流[14]。因此,长期监测云南地区小麦条锈菌的生理小种组成有助于了解四川、西藏等周边地区小麦条锈菌生理小种的消长动态,为云南及周边地区合理布局抗病品种,防治小麦条锈病的流行提供依据。
  小麦条锈菌生理小种的监测,长期以来一直使用传统的鉴别寄主法开展。传统的鉴别寄主法首先需要通过感病品种对专性寄生真菌——小麦条锈菌进行扩繁,然后再用鉴别寄主进行鉴定,这不但对小麦条锈菌生理小种鉴定期间的环境条件要求非常严格,必须控制好锈菌孢子的浓度,接种时的温度、湿度、光照等各种因素,而且还要求生理小种鉴定的人员具有丰富的经验,以免产生人为的误差。因此,用目前已经开发的小麦条锈菌生理小种分子标记监测小麦条锈菌生理小种组成的动态变化,能够有效地避免上述缺点的产生,而且能够有效弥补鉴别寄主法难以监测多个小种同时侵染小麦引起小麦条锈病的不足。通过人工接种的结果表明,小麦能够被多个小种复合侵染[15]。通过生理小种检测单个病斑小麦条锈菌生理小种组成的结果也表明,多个小种能够共存于一个病斑上[10-11]。本研究的结果也表明,一个病斑上能够监测到多个生理小种存在,而且用7个生理小种分子标记检测的结果表明,7个小种可以同时存在于1个病斑上。因此,无论是从表型还是基因型方面都表明,自然界中的小麦条锈病是小麦条锈菌群体侵染引起的病害。
  致谢:作者浦仕献和杨雅婷主要完成了本文的相关实验,对本文贡献等同,刘林和李成云对文章撰写的思路和修改进行了把关,贡献等同;另外感谢曲靖市农业科学院唐永生、玉溪易门县植保植检站、大理漾濞县植保植检站和弥渡县植保植检站、文山广南植保植检站和丘北植保植检站在样品采集过程中给予的帮助。
  参考文献:
  [1]曹丽华,康振生,赵杰,等.中国小麦条锈菌4个流行小种的RAPD标记[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2004,32(7):37-40.
  [2]康振生,曹丽华,郑文明,等.小麦条锈菌条中29号生理小种SCAR检测标记的建立[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2005,33(5):53-56.
  [3]曹丽华,康振生,郑文明,等.小麦条锈菌条中31号生理小种SCAR检测标记的建立[J].菌物学报,2005,24(1):98-103.
  [4]WANG B T,HU X P,LI Q,et al.Development of Race-Specific SCAR markers for detection of Chinese races CYR32 and CYR33 of puccinia striiformis f. sp tritici[J].Plant Disease,2010,94(2):221-228.
  [5]郭婧,李敏州,夏滔,等.小麦条锈菌新菌系V26的SCAR检测标记[J].植物病理学报,2014,44(5):449-454.
  [6]李明菊,邬琰,吕建平,等.云南省小麦条锈菌生理小种组成与分布研究[J].西南农业学报,2005,18(1):55-58.
  [7]李明菊,顾中量,郭方,等.2008年云南省小麦条锈菌生理小种变异监测[J].西南农业学报,2009,22(1):81-86.
  [8]刘太国,王保通,贾秋珍,等.2010—2011年度我国小麦条锈菌生理专化研究[J].麦类作物学报,2012,32(3):574-578.
  [9]刘林,兰茗清,杨静,等.利用小种特异分子标记分析2009—2010年云南省小麦条锈病菌群体结构[J].植物保护学报,2013,40(1):89-90.
  [10]刘林,兰茗清,张波,等.小种特异分子标记分析2010—2011年云南省小麦条锈病菌的生理小种组成[J].云南农业大学学报,2013,28(5):625-630.
  [11]兰茗清,刘林,杨静,等.直接快速地从罹病小麦叶片中提取条锈菌基因DNA的方法[J].云南农业大学学报,2012,27(6):798-813.
  [12]詹刚明,王建锋,王晓杰,等.中国小麦条锈菌生理小种演化及遗传重组[J].中国农业科学,2011,44(9):1815-1822.
  [13]王保通,李佼佼,胡小平,等.2010年西藏小麦条锈菌生理小种群体结构与分析[J].植物保护,2012,38(2):139-142.
  [15] 井金学,李振岐,商洪生. 小麦条锈菌生理小种混合侵染初步研究[J].西北农学院学报,1985(1):67-76.
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