小麦抗叶锈病基因研究综述

刘源

摘  要：小麦叶锈菌引起的小麦叶锈病是影响世界小麦稳产和高产的重要病害之一，其具有破坏性强、循环式侵染、专性寄生等特点，是小麦锈病中分布最广，发生最普遍的一种病害。选育成株期抗性品种对于减少因叶锈病危害造成的产量损失至关重要。本文综合国内外研究状况，对小麦叶锈病病原菌、抗叶锈基因的定位、抗病育种所取得的研究进展进行了综述，并提出研究对策和展望，为抗叶锈基因的深入研究和分子标记辅助育种奠定理论基础。

关键词：小麦;叶锈病;抗病基因;抗病育种

1 小麦抗叶锈病基因研究的意义

小麦是世界上最重要的粮食作物之一，在我国的种植面积次于水稻，在世界粮食作物中产量位居第二。而小麦叶锈病严重地影响了我国小麦作物的产量，小麦叶锈病可以造成5%-15%的减产，造成巨大的农业损失和经济损失。培育作物的抗病品种是防治该病最有效、最经济、最环保的方法。因此，广泛收集抗原并对其抗病基因进行筛选鉴定，培育新的持久抗病品种，是小麦育种的关键环节。

2小麦叶锈病抗性类型

小麦对叶锈菌的抗性主要分为小种专化抗性和非小种专化抗性两种类型，小种专化抗性通常由一个单一的基因控制，这种单基因抗性极其脆弱;非小种专化抗性一般在苗期不能完全表达，表现为部分侵染或中低程度侵染，但在成株期则表现出较好的耐病性，与小种专化抗性相比，这种抗性是更为持久的。

3 小麦抗叶锈基因研究方法

3.1 常规杂交法

常规杂交法即将叶锈菌接种于叶锈病抗、感品种的杂交后代调查F1代的表现型和F2代的分离比，以此推断抗性基因的显隐性、基因数目和互作方式，其缺点是费时、费工。

3.2 基因推导法

基因推导法即依据基因对基因假说，在苗期比对待测品种和鉴别寄主的抗、感表型，结合系谱分析，可推导出待测品种是否含有某个抗病基因。此法周期短，不受生长季节限制，并可在短期内对大量品种进行分析，但其准确性易受温度、供试培养物、鉴别能力和人为因素的影响，此外，基因间互作、寄主或病原菌小种的杂合性和对照品种复杂的遗传背景也会影响到基因推导的准确性。

3.3 染色体定位法

染色体定位法是利用单体、缺体、端体等非整倍体材料，将抗病基因定位到染色體上的一种方法。迄今为止，绝大多数已定名的小麦抗叶锈基因都是利用此方法进行染色体或染色体臂定位的。根据所借助的材料不同分为单体分析、缺体分析、端体分析等一系列方法。

3.4 DNA分子标记法

DNA分子标记法则是利用与己知抗病基因紧密连锁的分子标记追踪抗病基因，分子标记稳定遗传，不受显隐性影响，不受季节和环境条件影响，操作简便，结果可靠，而且能将基因定位于染色体上，为基因分离、克隆以及多基因聚合育种工作奠定了坚实基础。

4 小麦叶锈病成株抗性研究进展

4.1 RFLP

RFLP 是应用较早的一种基于 DNA 水平上的分子标记，使用标记过放射性同位素的探针与酶切过的基因组 DNA 进行杂交，放射性标记经过显影后，可以有效检测目标区段之间的差别。目前已利用该技术定位了14 个小麦抗 叶 锈 病 基 因。

4.2 RAPD

RAPD标记由Williams等于1990年创立。其原理是用短的（通常9 bp ～10 bp）随机序列DNA作为引物对基因组DNA进行PCR扩增而产生的多态性DNA片段。RAPD检测灵敏、方便、多态性强，但是RAPD标记为显性标记，不能有效鉴别杂合子;易受反应条件的影响，稳定性较差。目前应用RAPD技术找到了与7个小麦抗叶锈基因相连锁的RAPD标记。

4.3 AFLP

AFLP是在 RFLP 和 RAPD 基础上发展起来的一种新型分子标记技术，它使用高频酶切和低频酶切 2 种限制性内切酶同时切割基因组 DNA 产生分子量大小不同的限制性片段，经过 PCR 扩增后可产生很高的多态性，同时结果稳定。已利用该技术成 功 定 位 了 Lr19，Lr21，Lr37，Lr38，Lr41，Lr44 和Lr46 等 7 个小麦抗叶锈病基因。

4.4 SSR标记

SSR标记又称微卫星DNA（Microsatellites），以广泛且随机分布于基因组不同位置的重复序列为基础，通过PCR扩增后能够产生比RFLP高得多的多态性，且结果稳定可靠，具有很好的重复性。目前，应用该技术已得到了Lr34，Lr39，Lr40，Lr46，Lr50的分子标记。

目前国际上已发现了 100多个小麦抗叶锈病基因，其中正式命名的有 76 个，具有成株抗性的仅有11个。除此之外，Rosewarne 等、Crossa 等和 Ren 等还在 2BS、3BS、4BL 和 6BS 染色体上发现了多个兼抗小麦叶锈、条锈和白粉病的基因簇。这些基因的发现为培育兼抗多种病害的持久抗病品种提供了可能。

5 小麦抗叶锈育种中存在的问题与对策

5.1存在的问题

长期以来，我国小麦育种家在叶锈抗性遗传改良方面，专注于使用小种专化抗性基因，随着叶锈菌生理小种的变异和优势小种的转换，除少数品种可维持较长时间的抗病性，大多数抗性品种在生产上应用时间较短，很容易丧失抗性。

根据现有研究成果，我国对抗病基因缺乏更深入的研究，对其抗病机制及调控机理尚不十分清楚，被分离克隆的抗性基因太少。分子标记开发滞后，分子标记辅助选择的效率不高，不利于这些抗性基因在育种中的利用。

5.2相应的对策

5.2.1 合理使用现有抗病基因

分子生物技术的快速发展为抗病基因的研究与应用提供了有力的工具。运用分子生物学技术继续开发与抗锈基因连锁的分子标记，既可方便育种家进行目的基因的鉴定、分子标记辅助选择和多基因的聚合育种，避免抗病基因单一化，又可加快育种进程。

5.2.2 寻找新的抗病基因

截止到目前已有66个抗叶锈病基因正式命名，其中大多数具有生理专化性，这些抗病基因往往会由于病菌小种的变异而很快“丧失”抗性。要实现多基因聚合、基因布局和多系品种，必须有丰富的有效抗源，持续不断地研究发现和标记小麦抗叶锈病新基因对于抗病育种和病害防治具有十分重要的意义。