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小麦条锈病是由小麦条锈菌即条形柄锈菌(小麦专化型)PucciniastriformisWest.f.sp.triticiEriksetHenn.引起的植物真菌性病害,是世界上一种普遍发生的小麦病害。中国是世界上最大的小麦条锈病流行区,洛类、繁6及其衍生系、水源系等相继“丧失”抗性,波及面积达2亿亩以上。由于小麦条锈病流行频率高、暴发性强、发生范围广等特点,加之,近年来新小种和致病类型的出现与发展,从而严重威胁着我国小麦的安全生产。小麦条锈菌属专性寄生菌,至今尚未发现有性阶段,无法通过有性杂交进行病原菌的遗传分析,故而对其遗传背景了解甚少。随着分子生物学的发展,利用DNA指纹分析和分子标记技术研究条锈菌的群体结构及毒性变异己倍受重视。
本研究采用SSR技术,对目前或曾经流行的来自中、法两国的93个小麦条锈菌生理小种及菌系进行了分子多态性分析,并与传统的毒性多态性进行比较,以明确小麦条锈菌的遗传多态性与地域的相关性,以及毒性多态性与地理分布的关系,为其深入探讨小麦条锈病的菌源传播与病害流行提供依据。主要研究结果如下:
1、查阅中、法两国目前或曾经为主要流行小种的毒性谱,并聚类分析。在相似系数0.66以上可将其分为三组,即CY17、Su-1聚为一类,法国生理小种聚为一类,其余12个中国小种聚为一类。从总体上看,法国小种间的毒性相关性(0.71)高于中国小种(0.53),表明中国小种具有更高的多样性。
利用中国小麦条锈菌鉴别寄主对2004~2005年度部分中国小麦条锈菌系毒性检测显示,中国部分菌系的毒性相关性在0.60以上,其中云南菌系在树状图上位置相对集中,表明条锈菌系毒性相关性与地理分布有关。
2、用11对SSR引物,对93份样品,其中包括73个中国小麦条锈菌系和7个生理小种,13个法国小麦条锈菌系及生理小种进行了分子多态性分析,共扩增出26条多态性带,其中引物RJ24(5个多态性位点)和RJ27(4个多态性位点)较其它引物多态性丰富,实验证明该引物可用于小麦条锈菌分子多态性分析。
3、对93个中、法两国小麦条锈菌系SSR分子多态性分析表明,相似系数为0.48可区分中国菌系和法国菌系,且中国菌系表现出比法国菌系更高的分子多态性。就中国菌系而言,按其相似系数大于0.68可聚为五类,第一类21个菌系中20个来自华北-西北-长江中下游流行区系和第四类8个菌系均为华北-西北-长江中下游流行区系,第二类26个菌系中包含25个云南菌系,第三类8个菌系和第五类4个菌系均采自云南弥渡地区,说明相似系数大于0.68情况下云南菌系有别于华北-西北-长江中下游流行区系的菌系。采自云南(属西南流行区系)的昆明和弥渡两地区38个小麦条锈菌系,其相似系数为0.60可分为四类,即第一类包括昆明菌系和弥渡菌系,第二类为昆明菌系,第三类和第四类均为弥渡菌系,但在聚类图中不能将中国河北、河南、山东、山西、四川、甘肃、新疆、陕西、重庆9省、市(上述区域绝大部分为中国西北-华北-长江中下游流行区系)的小麦条锈菌系按省籍清晰聚类,比较分析显示云南条锈菌系分子多态性则高于9省、市小麦条锈菌系的分子多态性。上述结果基本反映出我国小麦条锈菌系分子多态性的区域性,且这种区域性与我国小麦条锈菌流行区系划分相一致,从病菌分子多态性的层面上初步证明了华北-西北-长江中下游流行区系与云南地区间的菌源传播与病害流行的相对独立性和华北-西北-长江中下游流行区系内9省区间及云南的昆明与弥渡两地区的菌源交流,为我国小麦条锈菌流行区系划分提供了初步的分子佐证。
4、比较小麦条锈菌的毒性多态性和SSR分子多态性聚类分析树状图,发现二者之间有一定的相关性,但不完全对应。这可能是由于SSR是一种共显性的遗传标记,反映的是整个基因组的微卫星座位,并不能直接反映毒性的差异所致。对此有待于进一步研究。