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摘要：选用与Yr18基因和1BL/1RS易位系紧密连锁的SCAR和STS标记，对天水106份供试冬小麦育成品种（系）Yr18基因、1BL/1RS易位系的分布情况进行分子检测。結果表明，106份材料中，有2份材料检测到Yr18基因，有55份材料检测到1BL/1RS易位系，分别占被检测材料的1.89%、51.89%。对目前流行条锈菌小种有良好抗性且表现慢锈性的Yr18基因在甘肃天水小麦育种中的利用率较低，而1BL/1RS易位系的利用率仍然较高。品系15-16H307和07-144-2-1-1-1同时检测到1BL/1RS易位系和Yr18基因，建议在甘肃天水小麦抗条锈病育种中合理应用。
关键词：冬小麦;Yr18基因;1BL/1RS易位系;分子检测;天水
中图分类号：S512.1 文献标志码：A 文章编号：1001-1463（2019）08-0027-06
Abstract：The distribution of Yr18 gene and 1BL/1RS translocation lines in 106 winter wheat cultivars （lines） in Tianshui were detected by using SCAR and STS markers closely linked to Yr18 gene and 1BL/1RS translocation line. The results showed that Yr18 gene was detected in 2 of 106 materials and 1BL/1RS translocation was detected in 55 materials， accounting for 1.89% and 51.89% of the tested materials respectively. The utilization rate of Yr18 gene with good resistance and slow rust resistance to the current epidemic stripe rust races in Tianshui wheat breeding in Gansu Province was low， while the utilization rate of 1BL/1RS translocation line was still high. The 1BL/1RS translocation line and Yr18 gene were detected in both strains 15-16H307 and 07-144-2-1-1 at the same time. It is suggested that they be reasonably applied in wheat stripe rust resistance breeding in Tianshui of Gansu Province.
Key words：Winter wheat;Yr18 gene;1BL/1RS translocation;Molecular detection;Tianshui
小麦条锈病是世界范围内普遍发生的病害，严重危害小麦生产。天水市是小麦条锈病的核心疫源区，条锈菌既能越夏，也能越冬，形成条锈菌的周年侵染循环。小麦是天水重要的粮食作物，选育抗锈品种成为天水小麦育种的主要目标之一。因此，加强新抗源的发掘和应用，明确小麦生产品种及后备品种的抗条锈病基因，对避免单一抗源的大面积使用、减少条锈菌的选择压力具有重要意义。
近年来，慢锈基因的研究和利用越来越受关注。携带Lr34/Yr18的小麦品种表现为慢锈性，即通常苗期表现感病，成株期表现中到抗病，故又称为成株抗性，具有持久抗性作用[1 ]。1BL/1RS易位系源于黑麦，具有良好的抗逆性、适应性和丰产性，在易位片段上带有抗条锈、秆锈、叶锈和白粉病基因（Yr9、Sr31、Lr26和Pm8），曾在生产上发挥了积极作用[2 ]，但随着新小种的产生，来自黑麦 1RS 上的一些抗病基因相继丧失了抗性功能[3 ]。同时，1BL/1RS 易位导致小麦面团粘性增大和面筋强度减弱，引起加工品质显著变劣[4 ]。随着分子标记技术的发展，对于持久抗病基因Yr18和1BL/1RS易位系都有紧密连锁的标记被报道，许多学者利用连锁的标记对不同类型的材料进行了分子检测[5 - 7 ]。我们利用Yr18基因、1BL/1RS易位系的特异分子标记，对106份小麦品种（系）进行检测，旨在明确Yr18基因和1BL/1RS易位系在供试材料中的分布情况，为甘肃天水冬小麦抗条锈和品质育种提供依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试的106份冬小麦品种（系）均由天水市农业科学研究所甘谷试验站和中梁试验站提供（表1）。
1.2 试验方法
1.2.1 田间抗病性鉴定 于2016 — 2018年在天水市农业科学研究所中梁试验站进行。该区为小麦条锈病常发区，病菌能独立完成周年循环。每份材料种植2行，行长100 cm，行距33 cm，每隔20份材料种植2行感病对照品种晋麦47，在试验地四周分别种植2行晋麦47作为诱发行。于条锈病发病盛期调查发病情况，按0、0;、1、2、3、4共六级标准记载反应型[8 ]。
1.2.2 小麦基因组的提取与分子检测 采用CTAB法提取小麦基因组DNA[9 ]。用Yr18基因和1BL/1R易位系的分子标记对供试的106份材料进行PCR扩增（表2）[10 - 12 ]。反应体系为10 μL：模板DNA（50 ng/μL）1 μL，上下游引物各1 μL，预混酶5 μL。ddH2O 2 μL;Yr18的PCR循环程序：95 ℃预变性5 min;95 ℃变性30 s，60 ℃退火30 s，72 ℃延伸50 s，共35个循环;72 ℃延伸7 min。1BL/1R易位系的PCR循环程序：94 ℃预变性3 min;94 ℃变性1 min，60 ℃退火1 min，72 ℃延伸1.5 min，共35 个循环;72 ℃延伸10 min。扩增产物采用2%琼脂糖凝胶进行电泳，缓冲液为1×TAE。电泳结果用凝胶成像系统进行拍照保存。 2 结果与分析
2.1 田间抗病性鉴定
通过表3可以看出，106份供试材料中有105份材料连续2个生长季在条锈病发病盛期均表现中抗以上，占供试材料总数的99.10%，这些材料的田间抗病性比较好。仅有1份材料表现感病，占供试材料的0.90%。
2.2 Yr18基因的分子检测
从表3、图1可以看出，利用csLv34标记扩增可获得2种片段，凡含有Lr34/Yr18基因的材料均能扩增出150 bp的片段，不含Lr34/Yr18基因的材料均能扩增出229 bp的片段。研究结果显示，106份材料中，仅有07-144-2-1-1-1和15-16H307 两份材料能扩增出150 bp的片段，说明这2份材料可能携带Lr34/Yr18基因，占被检测材料的1.89%。其余材料均不携带Lr34/Yr18基因。
2.3 1BL/1RS易位系的分子检测
1BL/1RS易位系的SCAR引物AF1/AF4能扩增出1.5 kb的抗性标记带。从表3、图2看出，应用引物AF1/AF4对106份材料进行检测，中梁14号、中梁26号、13288- 3-2等55份材料能扩增出1.5 kb的特征带，推测这些材料可能携带1BL/1RS易位片段，占被检测材料的51.89%;其余材料未检测到 1.5 kb 的条带，推测这些材料可能不携带 1BL/1RS易位片段。
3 小结与讨论
利用与Yr18基因和1BL/1RS易位系连锁的分子标记对106份供试冬小麦材料进行分子检测，从检测结果看，携带Yr18 基因的品系2份，分别为15-16H307、07-144- 2-1-1-1，占被检测材料的1.89%，说明Yr18 基因在甘肃天水育成品系中的分布频率很低，应加强对持久抗病基因Yr18的利用。携带1BL/1RS易位的材料有55份，占被检测材料的51.89%，表明1BL/1RS易位系在育成品种（系）中的分布频率相对较高，育种中应谨慎使用。品系15-16H307和07-144-2-1-1-1 同时携带 1BL/1RS易位系和Yr18基因，建议在小麦育种中合理利用。
随着新小种的出现，携带1BL/1RS易位系材料的抗病性已逐渐丧失[13 ]。本研究供试材料中有55份材料携带1BL/1RS易位系，其中有54份材料在条锈病发病盛期对条锈病表现抗病，初步推断这些材料中可能含有新的抗病基因，有待进一步研究。
Singh等[14 ]研究表明，当Yr18和2个具有加性效应的微效基因结合在一起时能产生较高水平的抗性且能持久。甘肃天水属自然发病圃，含有已知和未知流行小種，存在丰富的条锈菌毒性类型。因此，今后应加大 Lr34/Yr18等慢锈性基因的利用，聚合慢病性基因和垂直抗性基因，有针对性地培育持久抗病品种，不断加快小麦育种进程。
参考文献：
[1] 曾庆东，吴建辉，王琪琳，等. 持久抗病基因Yr18在中国小麦抗条锈育种中的应用[J]. 麦类作物学报，2012，32（1）：13-17.
[2] 周 阳，何中虎，张改生，等. 1BL/1RS易位系在我国小麦育种中的应用[J]. 作物学报，2004，30（6）： 531-535.
[3] 肖永贵，阎 俊，何中虎，等. 1BL/1RS易位对小麦产量性状和白粉病抗性的影响及其QTL分析[J]. 作物学报，2006，32（11）：1636-1641.
[4] 刘建军，何中虎，PENA R J，等. 1BI/IRS 易位对小麦加工品质的影响[J]. 作物学报，2004，30（2）：149-153.
[5] 李峰奇，韩德俊，魏国荣，等. 黄淮麦区126个小麦品种（系）抗条锈病基因的分子检测[J]. 中国农业科学，2008，41（10）：3060-3069.
[6] 张玉薇，刘 博，刘太国，等. 小麦品种抗条锈病基因Yr10、Yr18及1BL/1RS 易位的分子检测[J]. 植物保护，2014，40（1）：54-59.
[7] 李敏州，李 强，巢凯翔，等. 陕西省115个小麦品种（系）抗条锈病基因的分子检测[J]. 植物病理学报，2015，6（10）：633-639.
[8] 曹世勤，王万军，孙振宇，等. 16份四川小麦生产品种在甘肃陇南抗条锈性表现[J]. 甘肃农业科技，2018（7）：40-42.
[9] 魏琦超，畅丽萍，周 岩，等. 利用改良CTAB法提取小麦干种子总DNA[J]. 山西农业科学，2009，37（6）：30-32.
[10] LAGUDAH E S，MCFADDEN H，SINGH R P，et al. Molecular genetic characterization of the Lr34/Yr18 slow rusting resistance gene region in wheat[J]. Theoretical and Applied Genetics，2006，114（1）：21-30.
[11] FRANCIS H A，LEITCH A R，KOEBNER R M D. Conversion of a RAPD-generated PCR product，containing a novel dispersed repetitive element，into a fast and robust assay for the presence of rye chromatin in wheat[J]. Theoretical and Applied Genetics. 1995，90（5）：636-642.
[12] 周喜旺，岳维云，宋建荣，等. 38份冬小麦品系抗条锈病基因Yr5和Yr10的分子检测[J]. 甘肃农业科技，2017（5）：40-43.
[13] 庄巧生. 中国小麦品种改良及系谱分析[M]. 北京：中国农业出版社，2003.
[14] SINGH R P. Association between gene Lr34 for leaf rust resistance and leaf tip necrosis in wheat[J]. Crop Science， 1992，32：874-878.
（本文责编：陈 伟）
关键词：冬小麦;Yr18基因;1BL/1RS易位系;分子检测;天水
中图分类号：S512.1 文献标志码：A 文章编号：1001-1463（2019）08-0027-06
Abstract：The distribution of Yr18 gene and 1BL/1RS translocation lines in 106 winter wheat cultivars （lines） in Tianshui were detected by using SCAR and STS markers closely linked to Yr18 gene and 1BL/1RS translocation line. The results showed that Yr18 gene was detected in 2 of 106 materials and 1BL/1RS translocation was detected in 55 materials， accounting for 1.89% and 51.89% of the tested materials respectively. The utilization rate of Yr18 gene with good resistance and slow rust resistance to the current epidemic stripe rust races in Tianshui wheat breeding in Gansu Province was low， while the utilization rate of 1BL/1RS translocation line was still high. The 1BL/1RS translocation line and Yr18 gene were detected in both strains 15-16H307 and 07-144-2-1-1 at the same time. It is suggested that they be reasonably applied in wheat stripe rust resistance breeding in Tianshui of Gansu Province.
Key words：Winter wheat;Yr18 gene;1BL/1RS translocation;Molecular detection;Tianshui
小麦条锈病是世界范围内普遍发生的病害，严重危害小麦生产。天水市是小麦条锈病的核心疫源区，条锈菌既能越夏，也能越冬，形成条锈菌的周年侵染循环。小麦是天水重要的粮食作物，选育抗锈品种成为天水小麦育种的主要目标之一。因此，加强新抗源的发掘和应用，明确小麦生产品种及后备品种的抗条锈病基因，对避免单一抗源的大面积使用、减少条锈菌的选择压力具有重要意义。
近年来，慢锈基因的研究和利用越来越受关注。携带Lr34/Yr18的小麦品种表现为慢锈性，即通常苗期表现感病，成株期表现中到抗病，故又称为成株抗性，具有持久抗性作用[1 ]。1BL/1RS易位系源于黑麦，具有良好的抗逆性、适应性和丰产性，在易位片段上带有抗条锈、秆锈、叶锈和白粉病基因（Yr9、Sr31、Lr26和Pm8），曾在生产上发挥了积极作用[2 ]，但随着新小种的产生，来自黑麦 1RS 上的一些抗病基因相继丧失了抗性功能[3 ]。同时，1BL/1RS 易位导致小麦面团粘性增大和面筋强度减弱，引起加工品质显著变劣[4 ]。随着分子标记技术的发展，对于持久抗病基因Yr18和1BL/1RS易位系都有紧密连锁的标记被报道，许多学者利用连锁的标记对不同类型的材料进行了分子检测[5 - 7 ]。我们利用Yr18基因、1BL/1RS易位系的特异分子标记，对106份小麦品种（系）进行检测，旨在明确Yr18基因和1BL/1RS易位系在供试材料中的分布情况，为甘肃天水冬小麦抗条锈和品质育种提供依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试的106份冬小麦品种（系）均由天水市农业科学研究所甘谷试验站和中梁试验站提供（表1）。
1.2 试验方法
1.2.1 田间抗病性鉴定 于2016 — 2018年在天水市农业科学研究所中梁试验站进行。该区为小麦条锈病常发区，病菌能独立完成周年循环。每份材料种植2行，行长100 cm，行距33 cm，每隔20份材料种植2行感病对照品种晋麦47，在试验地四周分别种植2行晋麦47作为诱发行。于条锈病发病盛期调查发病情况，按0、0;、1、2、3、4共六级标准记载反应型[8 ]。
1.2.2 小麦基因组的提取与分子检测 采用CTAB法提取小麦基因组DNA[9 ]。用Yr18基因和1BL/1R易位系的分子标记对供试的106份材料进行PCR扩增（表2）[10 - 12 ]。反应体系为10 μL：模板DNA（50 ng/μL）1 μL，上下游引物各1 μL，预混酶5 μL。ddH2O 2 μL;Yr18的PCR循环程序：95 ℃预变性5 min;95 ℃变性30 s，60 ℃退火30 s，72 ℃延伸50 s，共35个循环;72 ℃延伸7 min。1BL/1R易位系的PCR循环程序：94 ℃预变性3 min;94 ℃变性1 min，60 ℃退火1 min，72 ℃延伸1.5 min，共35 个循环;72 ℃延伸10 min。扩增产物采用2%琼脂糖凝胶进行电泳，缓冲液为1×TAE。电泳结果用凝胶成像系统进行拍照保存。 2 结果与分析
2.1 田间抗病性鉴定
通过表3可以看出，106份供试材料中有105份材料连续2个生长季在条锈病发病盛期均表现中抗以上，占供试材料总数的99.10%，这些材料的田间抗病性比较好。仅有1份材料表现感病，占供试材料的0.90%。
2.2 Yr18基因的分子检测
从表3、图1可以看出，利用csLv34标记扩增可获得2种片段，凡含有Lr34/Yr18基因的材料均能扩增出150 bp的片段，不含Lr34/Yr18基因的材料均能扩增出229 bp的片段。研究结果显示，106份材料中，仅有07-144-2-1-1-1和15-16H307 两份材料能扩增出150 bp的片段，说明这2份材料可能携带Lr34/Yr18基因，占被检测材料的1.89%。其余材料均不携带Lr34/Yr18基因。
2.3 1BL/1RS易位系的分子检测
1BL/1RS易位系的SCAR引物AF1/AF4能扩增出1.5 kb的抗性标记带。从表3、图2看出，应用引物AF1/AF4对106份材料进行检测，中梁14号、中梁26号、13288- 3-2等55份材料能扩增出1.5 kb的特征带，推测这些材料可能携带1BL/1RS易位片段，占被检测材料的51.89%;其余材料未检测到 1.5 kb 的条带，推测这些材料可能不携带 1BL/1RS易位片段。
3 小结与讨论
利用与Yr18基因和1BL/1RS易位系连锁的分子标记对106份供试冬小麦材料进行分子检测，从检测结果看，携带Yr18 基因的品系2份，分别为15-16H307、07-144- 2-1-1-1，占被检测材料的1.89%，说明Yr18 基因在甘肃天水育成品系中的分布频率很低，应加强对持久抗病基因Yr18的利用。携带1BL/1RS易位的材料有55份，占被检测材料的51.89%，表明1BL/1RS易位系在育成品种（系）中的分布频率相对较高，育种中应谨慎使用。品系15-16H307和07-144-2-1-1-1 同时携带 1BL/1RS易位系和Yr18基因，建议在小麦育种中合理利用。
随着新小种的出现，携带1BL/1RS易位系材料的抗病性已逐渐丧失[13 ]。本研究供试材料中有55份材料携带1BL/1RS易位系，其中有54份材料在条锈病发病盛期对条锈病表现抗病，初步推断这些材料中可能含有新的抗病基因，有待进一步研究。
Singh等[14 ]研究表明，当Yr18和2个具有加性效应的微效基因结合在一起时能产生较高水平的抗性且能持久。甘肃天水属自然发病圃，含有已知和未知流行小種，存在丰富的条锈菌毒性类型。因此，今后应加大 Lr34/Yr18等慢锈性基因的利用，聚合慢病性基因和垂直抗性基因，有针对性地培育持久抗病品种，不断加快小麦育种进程。
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[6] 张玉薇，刘 博，刘太国，等. 小麦品种抗条锈病基因Yr10、Yr18及1BL/1RS 易位的分子检测[J]. 植物保护，2014，40（1）：54-59.
[7] 李敏州，李 强，巢凯翔，等. 陕西省115个小麦品种（系）抗条锈病基因的分子检测[J]. 植物病理学报，2015，6（10）：633-639.
[8] 曹世勤，王万军，孙振宇，等. 16份四川小麦生产品种在甘肃陇南抗条锈性表现[J]. 甘肃农业科技，2018（7）：40-42.
[9] 魏琦超，畅丽萍，周 岩，等. 利用改良CTAB法提取小麦干种子总DNA[J]. 山西农业科学，2009，37（6）：30-32.
[10] LAGUDAH E S，MCFADDEN H，SINGH R P，et al. Molecular genetic characterization of the Lr34/Yr18 slow rusting resistance gene region in wheat[J]. Theoretical and Applied Genetics，2006，114（1）：21-30.
[11] FRANCIS H A，LEITCH A R，KOEBNER R M D. Conversion of a RAPD-generated PCR product，containing a novel dispersed repetitive element，into a fast and robust assay for the presence of rye chromatin in wheat[J]. Theoretical and Applied Genetics. 1995，90（5）：636-642.
[12] 周喜旺，岳维云，宋建荣，等. 38份冬小麦品系抗条锈病基因Yr5和Yr10的分子检测[J]. 甘肃农业科技，2017（5）：40-43.
[13] 庄巧生. 中国小麦品种改良及系谱分析[M]. 北京：中国农业出版社，2003.
[14] SINGH R P. Association between gene Lr34 for leaf rust resistance and leaf tip necrosis in wheat[J]. Crop Science， 1992，32：874-878.
（本文责编：陈 伟）