簇毛麦抗白粉病基因Pm21突变体的小种抗性初探

【作者】 计健； 刘任糠； 王文瑞； 张旭； 朱姗颖； 马朋涛； 何华纲；

【机构】 江苏大学食品与生物工程学院； 烟台大学生命科学学院；

【摘要】 簇毛麦P21基因具有广谱、高效的抗白粉病特性,已在小麦抗白粉病育种中得到了广泛应用。随着Pm21基因的克隆,人们认识到Pm21介导的抗性是由编码典型CC-NBS-LRR的单基因控制。一般而言,CC-NBS-LRR类抗病基因在与病原菌的长期互作中易被攻克,因此,Pm21能否在生产上提供持久抗性是值得关注的问题。我们曾使用EMS诱变携带Pm21的扬麦18,用强毒性菌株Bgt YZ01筛选到58个感病突变体,其中10个突变体中的Pm21存在LRR结构域内的氨基酸变化。本研究使用22个具有不同毒性的小麦白粉病菌株对上述10个感病突变体进行抗谱分析,以了解LRR区氨基酸的变化对病原识别的影响。结果显示,有5个突变体(Y18-S9、Y18-S30、Y18-S39、Y18-S43和Y18-S54)对不同菌株呈现不同的应答反应。其中,Y18-S9、Y18-S30、Y18-S39、Y18-S43和Y18-S54分别对5个、5个、7个、3个和6个菌株免疫(0级),而对其他菌株的反应型表现为1-4级。因此,抗谱分析表明,这5个突变体的LRR结构域内氨基酸变化可以改变Pm21编码产物的识别特异性,即这些变异Pm21呈现了典型的小种专化抗性。我们过去对Pm21等位基因的进化分析表明,Pm21与小种专化抗性基因Pm3类似,在LRR结构域内的溶剂暴露面氨基酸残基承受了多样化选择。本研究的抗谱分析数据与该结果吻合,由此可推测,尽管Pm21基因具有广谱抗性且目前还没有发现毒性菌株,但从本质上来讲,Pm21属于小种专化抗性基因。Pm21基因在长江中下游麦区和西南麦区使用频率较高,存在较为严重的单一化趋势,这无疑将加速白粉病毒性菌株的进化,使Pm21面临抗性丧失的风险。对此,研究者和育种者应发掘和利用更多新的白粉病抗性基因,这对于平衡基因布局、延长珍贵基因使用年限、有效控制白粉病危害、保障国家粮食安全具有重要意义。更多还原