中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (14): 2629-2642.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.001
高新培(), 赵鋆(), 刘博凡, 郭一, 康振生(), 詹刚明()
收稿日期:
2023-02-27
接受日期:
2023-04-11
出版日期:
2023-07-16
发布日期:
2023-07-21
通信作者:
联系方式:
高新培,E-mail:1350261784@qq.com。赵鋆,E-mail:1138094105@qq.com。高新培和赵鋆为同等贡献作者。
基金资助:
GAO XinPei(), ZHAO Jun(), LIU BoFan, GUO Yi, KANG ZhenSheng(), ZHAN GangMing()
Received:
2023-02-27
Accepted:
2023-04-11
Published:
2023-07-16
Online:
2023-07-21
摘要:
【目的】明确中国主要冬繁区小麦条锈菌群体毒性结构和遗传多样性,为冬繁区及黄淮海麦区小麦条锈病的防控及小麦抗性基因的合理布局提供参考依据。【方法】从四川盆地、湖北和河南南部等主要冬繁区采集并分离得到148个小麦条锈菌菌株,利用中国鉴别寄主和单基因系鉴别寄主进行毒性表型鉴定;并利用17对KASP-SNP引物对菌株进行标记,完成基因型分析。【结果】基于中国鉴别寄主共鉴定出14个已知小种和63个未知致病类型,其中CYR34(16.2%)、G22-14(12.2%)、CYR32(6.8%)、CYR33(5.4%)为优势小种(致病类型);基于单基因系鉴别寄主鉴定得到113个小种(致病类型),其中race1(7.4%)、race2(3.4%)、race3(3.4%)为优势小种(致病类型)。贵农22类群是中国冬繁区小麦条锈菌群体的最大流行类群,供试条锈菌均不侵染携带Yr5和Yr15的单基因系品种。单基因系毒性鉴定及分子标记均显示CYR34和G22-14的毒性表型及基因型呈现多样化,表明这两个优势小种内部存在高度分化。基于两套鉴别寄主的毒性数据聚类显示,四川盆地与湖北南部条锈菌群体相似,而湖北西北部与河南南部条锈菌群体相似;基于KASP-SNP分子数据的遗传聚类显示,四川盆地、湖北南部条锈菌群体与湖北西北部、河南南部条锈菌群体基因型存在分化;Structure分析显示四川盆地、湖北南部群体主要有2种遗传背景,湖北西北部、河南南部群体主要有一种遗传背景;群体遗传分化分析显示四川盆地条锈菌群体与河南南部条锈菌群体二者Fst值最大,为0.118,遗传差异最大且遗传分化明显;湖北西北部群体与河南南部群体遗传分化程度最小,Fst值为0.010;基因流分析得到湖北西北部群体与河南南部群体之间的Nm值为25.236,Nm>4,二者存在较大的基因流,湖北西北部和河南南部群体与四川盆地群体之间的Nm值分别为2.923和1.864,均存在较小的基因流;遗传多样性分析结果表明,四川盆地、湖北南部地区条锈菌群体遗传多样性水平均较高,湖北西北部、河南南部条锈菌群体遗传多样性水平较低。上述结论均支持四川盆地、湖北南部群体同湖北西北部、河南南部群体存在遗传分化。【结论】单基因系鉴别寄主能够精准地进行中国小麦条锈菌小种鉴定;中国主要冬繁区的小麦条锈菌群体存在不同来源。
高新培, 赵鋆, 刘博凡, 郭一, 康振生, 詹刚明. 基于毒性表型和基因型的主要冬繁区小麦条锈菌群体遗传分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(14): 2629-2642.
GAO XinPei, ZHAO Jun, LIU BoFan, GUO Yi, KANG ZhenSheng, ZHAN GangMing. Population Genetic Analysis of Puccinia striiformis tritici in Main Winter-Increasing Areas Based on Virulent Phenotypes and Genotypes[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(14): 2629-2642.
表1
2020年冬繁区标样采集信息表"
地点 Location | 经纬度 Latitude and longitude | 海拔 Elevation (m) | 样本数 No. of isolate |
---|---|---|---|
四川省绵阳市安州区黄土村 Huangtu Village, Anzhou District, Mianyang City, Sichuan Province | 104°87′37.72″E,31°78′74.90″N | 500 | 11 |
四川省绵阳市梓潼县柴坝村 Chaiba Village, Zitong County, Mianyang City, Sichuan Province | 105°14′87.27″E,31°58′72.00″N | 480 | 11 |
四川省绵阳市游仙区新桥镇 Xinqiao Town, Youxian District, Mianyang City, Sichuan Province | 104°81′22.71″E,31°55′41.80″N | 482 | 40 |
四川省泸州市古蔺县丹桂镇 Dangui Town, Gulin County, Luzhou City, Sichuan Province | 106°24′11.42″E,27°93′17.21″N | 716 | 19 |
湖北省荆州市江陵县普济镇 Puji Town, Jiangling County, Jingzhou City, Hubei Province | 112°54′15.12″E,29°97′78.52″N | 29 | 19 |
湖北省随州市曾都区何店镇 Hedian Town, Zengdu District, Suizhou City, Hubei Province | 113°33′22.60″E,31°59′22.01″N | 77 | 4 |
湖北省随州市曾都区万店镇 Wandian Town, Zengdu District, Suizhou City, Hubei Province | 113°50′17.24″E,31°83′14.21″N | 93 | 3 |
湖北省襄阳市枣阳市兴隆镇 Xinglong Town, Zaoyang City, Xiangyang City, Hubei Province | 112°90′71.50″E,32°04′67.11″N | 157 | 2 |
湖北省襄阳市宜城市板桥店镇 Banqiao Dian Town, Yicheng City, Xiangyang City, Hubei Province | 112°51′66.40″E,32°31′74.71″N | 59 | 12 |
湖北省襄阳市襄州区黄集镇 Huangji Town, Xiangzhou District, Xiangyang City, Hubei Province | 112°14′03.88″E,32°30′88.91″N | 101 | 5 |
湖北省鄂州市华容区华容镇 Huarong Town, Huarong District, Ezhou City, Hubei Province | 114°73′65.19″E,30°53′50.51″N | 37 | 6 |
河南省南阳市淅川县厚坡镇 Houpo Town, Xichuan County, Nanyang City, Henan Province | 111°76′79.90″E,32°60′77.39″N | 147 | 16 |
表2
17对具有多态性的KASP-SNP引物"
SNP ID | CY32 Contig | CY32_PosIn | 正向引物Forward primer (5′-3′) | 反向引物 Reverse primer (5′-3′) | |
---|---|---|---|---|---|
正向引物-1 Forward primer-1 | 正向引物-2 Forward primer-2 | ||||
KASP1 | 1 | 75964 | GTGGCTCCTGGTGTAAGTTCC | GTGGCTCCTGGTGTAAGTTCT | GTGGCCCAAACTACGCTAATTTA |
KASP24 | 4 | 43862 | GGCTTTTCCATTTAGGTCCTTT | GGCTTTTCCATTTAGGTCCTTC | TGAGGCTGATTGAATTGTGCTT |
KASP93 | 13 | 397712 | ATATCCTGAAAGAACTTGAGTGATTG | ATATCCTGAAAGAACTTGAGTGATTT | AGGCTTGGTTCGCTATACTCG |
KASP150 | 23 | 3805 | TGTTGATTTTATTTTACAGAGCGATT | TGTTGATTTTATTTTACAGAGCGATC | CACCTTAAGAAAATTGCGGGA |
KASP153 | 23 | 3805 | TGTTGATTTTATTTTACAGAGCGATT | TGTTGATTTTATTTTACAGAGCGATC | CACCTTAAGAAAATTGCGGGA |
KASP157 | 24 | 223357 | TGTACTAGTTGGCTTCTCAAGTTCTATT | TGTACTAGTTGGCTTCTCAAGTTCTATC | ATCACAGAACCTCCAGAGTGAAAT |
KASP159 | 24 | 654444 | CTTTGAATTTGAGGTGATGGCA | CTTTGAATTTGAGGTGATGGCG | CACGACTTCTGACTAGAACTGCTTG |
KASP162 | 25 | 232930 | AACCAGCCCTGCTCATTGAAATA | AACCAGCCCTGCTCATTGAAATC | CAGTGGATGTGATGCGTGAGGT |
KASP167 | 26 | 419659 | AAGGTAGGTCGGATATATTTGTCATCT | AAGGTAGGTCGGATATATTTGTCATCC | CCACTCATGGGCGAAGTTTT |
KASP172 | 27 | 561290 | ATCAAAACAAAGAACCCATCCCA | ATCAAAACAAAGAACCCATCCCG | CTGAATGTGATTGATTGCCAGGA |
KASP177 | 28 | 702014 | ACAAATTGTCCAACTGGAAAATCA | ACAAATTGTCCAACTGGAAAATCG | GCCAATCGGTGTCCTTTACG |
KASP203 | 34 | 225219 | CATTGTGACTATCAAGAAAGGATTGT | CATTGTGACTATCAAGAAAGGATTGC | GGAACCATCCGTCTAAACCC |
KASP261 | 49 | 33389 | TGAGGAGTACTTTCGATAGAATCAGG | TGAGGAGTACTTTCGATAGAATCAGA | GCCAGCATTCTCCCTCTTACAC |
KASP285 | 56 | 96991 | TAGTTCGTCGATTCCCAAGTTTG | TAGTTCGTCGATTCCCAAGTTTA | GATGCCGTCGTGATTGTTGC |
KASP373 | 93 | 6570 | CTGTTTGTCAATCGGACCAGC | CTGTTTGTCAATCGGACCAGT | TGAATAATTCGGTGAAGAGTTTAGTG |
KASP392 | 108 | 154635 | ATTCCACCCACATCAAGACCA | ATTCCACCCACATCAAGACCG | TACCCTCAGTCAAGTTCATCTATCTACC |
KASP436 | scaffold314 | 50233 | TTCGTGGGTTACGGTGAGCTT | TTCGTGGGTTACGGTGAGCTC | AGTGGCACAGTCACCCCTCATA |
表3
生理小种鉴定结果"
毒性类群 Group | 小种 Race | 数量 Number | 毒性频率 Frequency (%) | 总毒性频率 Total frequency (%) |
---|---|---|---|---|
贵农22类群 Guinong 22 group | CYR34 | 24 | 16.2 | 40.0 |
G22-14 | 18 | 12.2 | ||
G22-13 | 2 | 1.4 | ||
未知Unknown | 15 | 10.1 | ||
杂种46类群 Hybrid 46 group | CYR32 | 10 | 6.8 | 29.7 |
HY-21 | 3 | 2.0 | ||
HY-8 | 2 | 1.4 | ||
HY-30 | 2 | 1.4 | ||
CYR31 | 1 | 0.7 | ||
未知Unknown | 26 | 17.6 | ||
水源11类群 Suwon 11 group | CYR33 | 8 | 5.4 | 18.9 |
水11-41 Shui 11-41 | 1 | 0.7 | ||
未知Unknown | 19 | 12.8 | ||
洛夫林13类群 Lovrin 13 group | 洛13-2 Luo 13-2 | 4 | 2.7 | 8.8 |
洛13-8 Luo 13-8 | 3 | 2.0 | ||
洛13-3 Luo 13-3 | 2 | 1.4 | ||
未知Unknown | 4 | 2.7 | ||
其他 Other | CYR24 | 2 | 1.4 | 2.7 |
未知Unknown | 2 | 1.4 |
[1] |
doi: 10.1080/07060660509507230 |
[2] |
doi: 10.1007/s10681-011-0360-y |
[3] |
康振生, 王晓杰, 赵杰, 汤春蕾, 黄丽丽. 小麦条锈菌致病性及其变异研究进展. 中国农业科学, 2015, 48(17): 3439-3453.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.011 |
|
|
[4] |
李振岐, 曾士迈. 中国小麦锈病. 北京: 中国农业出版社, 2002.
|
|
|
[5] |
doi: 10.1111/mpp.2014.15.issue-5 |
[6] |
陈万权, 康振生, 马占鸿, 徐世昌, 金社林, 姜玉英. 中国小麦条锈病综合治理理论与实践. 中国农业科学, 2013, 46(20): 4254-4262.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2013.20.008 |
|
|
[7] |
黄冲, 姜玉英, 纪国强, 张国芝, 李辉, 李亚红. 2017年我国小麦条锈病流行大尺度时空动态分析. 植物保护学报, 2018, 45(1): 20-26.
|
|
|
[8] |
doi: 10.1094/PDIS-01-22-0038-RE |
[9] |
doi: 10.1094/PDIS-09-21-2070-RE |
[10] |
doi: 10.1094/PDIS.2002.86.1.39 |
[11] |
doi: 10.1093/nar/25.22.4692 pmid: 9358185 |
[12] |
孟岩, 杨彩柏, 姜舒畅, 黄丽丽, 康振生, 詹刚明. 基于KASP技术的小麦条锈菌SNP分子标记开发与评价. 植物保护学报, 2020, 47(9): 65-73.
|
|
|
[13] |
doi: 10.1111/nph.2007.174.issue-3 |
[14] |
doi: 10.1093/genetics/155.2.945 pmid: 10835412 |
[15] |
doi: 10.1093/bioinformatics/btm233 pmid: 17485429 |
[16] |
doi: 10.1046/j.1471-8286.2003.00566.x |
[17] |
pmid: 6018555 |
[18] |
doi: 10.1046/j.1471-8278.2000.00014.x |
[19] |
doi: 10.1007/BF02459575 |
[20] |
曲若竹, 侯林, 吕红丽, 李海燕. 群体遗传结构中的基因流. 遗传, 2004, 26(3): 377-382.
|
|
|
[21] |
doi: 10.1094/PDIS-94-7-0873 pmid: 30743545 |
[22] |
doi: 10.1007/s13313-020-00770-0 |
[23] |
doi: 10.1016/j.cj.2018.02.001 |
[24] |
黄瑾, 贾秋珍, 张勃, 孙振宇, 黄苗苗, 金社林. 小麦条锈病菌新菌系G22-9(CYR34)和G22-14流行趋势预测. 植物保护学报, 2018, 45(1): 101-108.
|
|
|
[25] |
doi: 10.1094/PDIS-04-17-0511-SR pmid: 30673484 |
[26] |
doi: 10.1094/PDIS-10-19-2119-RE pmid: 32293996 |
[27] |
doi: 10.1094/PDIS-08-14-0865-RE |
[28] |
姚强, 王洁荣, 孟岩, 詹刚明, 黄丽丽, 康振生. 中国小麦条锈病菌CYR32和CYR33的毒性及基因型多样性. 植物保护学报, 2018, 45(1): 46-52.
|
|
|
[29] |
doi: 10.3390/genes12111712 |
[30] |
刘太国, 王保通, 贾秋珍, 章振羽, 李强, 曹世勤, 彭云良, 金社林, 李明菊, 刘博, 高利, 胡小平, 陈万权. 2010-2011年度我国小麦条锈菌生理专化研究. 麦类作物学报, 2012, 32(3): 574-578.
|
|
|
[31] |
万安民. 小麦条锈菌鉴别寄主和小种命名现状. 植物病理学报, 2003, 33(6): 481-486.
|
|
[1] | 周天宇,李姜玲,杨澜,阮仁武,杨宇衡,李中安. 基于亲本对条锈病敏感性预测小麦杂交种的抗性[J]. 中国农业科学, 2020, 53(9): 1806-1819. |
[2] | 黄苗苗,陈万权,曹世勤,孙振宇,贾秋珍,高利,刘博,刘太国. 甘肃、青海地区小麦条锈菌监测及群体遗传多样性分析[J]. 中国农业科学, 2020, 53(18): 3693-3706. |
[3] | 周新力,詹刚明,黄丽丽,韩德俊,康振生. 80份国外春小麦种质资源抗条锈性评价[J]. 中国农业科学, 2015, 48(8): 1518-1526. |
[4] | 康振生,王晓杰,赵杰,汤春蕾,黄丽丽. 小麦条锈菌致病性及其变异研究进展[J]. 中国农业科学, 2015, 48(17): 3439-3453. |
[5] | 何付新,张阳,秦娟,马微,康振生,郭军. 小麦条锈菌III型磷脂酰肌醇4-羟基激酶基因(PsPik1)的功能分析[J]. 中国农业科学, 2015, 48(16): 3156-3165. |
[6] | 詹刚明,王建锋,王晓杰,黄丽丽,康振生. 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. |
[7] | 陈玥颖,郭军,代西维,段迎辉,魏国荣,黄丽丽,康振生 . 小麦条锈菌一个产孢相关基因PsCon1的克隆及表达特征分析[J]. 中国农业科学, 2010, 43(6): 1156-1163 . |
[8] | 陆宁海,郑文明,王建锋,詹刚明,黄丽丽,康振生 . 陇南地区小麦条锈菌群体遗传多样性SSR分析[J]. 中国农业科学, 2009, 42(8): 2763-2770 . |
[9] | 康振生,王瑶,黄丽丽,魏国荣,赵杰. 小麦品种对条锈病低反应型抗性的组织学和超微结构研究[J]. 中国农业科学, 2003, 36(9): 1026-1031 . |
[10] | 王凤乐,吴立人,万安民. 中国小麦条锈菌群体毒性变异研究[J]. 中国农业科学, 1995, 28(01): 8-14 . |
[11] | 杨华安,吴立人,R.W.Stubbs. 绵阳系统小麦品种抗条锈性分析[J]. 中国农业科学, 1990, 23(06): 1-6 . |
|