新疆小麦条锈菌毒性监测及转主寄主研究

Wheat stripe rust, caused by Puccinia striiformis f.sp. tritici (Pst), is a classic epidemic disease, which has significantly threatened the safety of wheat production in Xinjiang Uygur Autonomous Region. The Effective monitoring of Pst is critical to control this epidemic disease. In this study, Pst was planned to collect in Yili, Tacheng and Akesu of Xinjiang, where wheat stripe rust serious occurred in previous field investigations. In total of 19 Chinese differential hosts will be used to identify race diversity of Pst. In addition, the alternate host of Pst, Berberis spp. will be investigated in various altitudes and geographic locations to explore their roles in sexual stage of Pst. The results will definite the dominant races of Pst in current Xinjiang population and give a hint of resistance inbreeding. These results will have great significance to disease control and yield safety of wheat.

新疆小麦条锈病是威胁新疆小麦安全生产的重要病害之一，该病的有效监测与防治对于保障新疆的粮食安全具有重大意义。本研究拟选取近几年新疆小麦条锈病常发、重发区伊犁地区、塔城地区、阿克苏地区的小麦条锈菌标样为研究对象，将国内通用的19个中国小麦条锈菌鉴别寄主品种进一步优化后，对新疆小麦条锈菌标样进行毒性鉴定，确定其生理小种类别，并对其致病类群、小种类型、毒力频率、多样性比较等方面进行详细分析并形成长期有效动态监测；同时，对该区域小麦条锈菌的转主寄主小檗进行不同海拔高度、不同区域范围的随机多点调查以及生物学和分子生物学的双重种类鉴定，探索其在小麦条锈菌有性生殖过程中的作用。研究结果将对新疆小麦抗病育种基因筛选、合理布局，小麦条锈菌群体遗传多样性与毒性变异分析、小麦条锈病预测预报和防治提供理论依据，对指导全国小麦条锈病防治工作和完善中国小麦条锈病流行规律具有重要意义。

新疆小麦条锈病发生流行规律与内地不同，是独立流行区系。本研究基于地理信息系统（GIS）以2010-2020年42个气象站点最热旬均温作为越夏区划指标进行研究，明确了新疆小麦条锈菌越夏区分布情况及其与实际病情间的关系；采集2019-2021年伊犁州条锈菌标样，进行了伊犁州小麦病害发生情况、生理小种类型及毒性多样性水平鉴定；运用SSR分子标记和分子群体遗传学方法，对伊犁地区4县320份小麦条锈菌标样进行了群体遗传学分析；通过随机踏查及文献检索的方法，明确新疆小檗种质资源的种类及其分布范围。具体结果如下：1、新疆小麦条锈菌易越夏区和可越夏区范围分布广泛，面积可达7217万hm2，新疆北部的小麦种植区易越夏区和可越夏区面积占比较高。同时，各年小麦条锈菌越夏区划分布与条锈病实际发病情况相关，相关系数为0.82，模型预测准确度为81.9%。2、监测到28个生理小种，其中CYR 33、Su 11-1、Su 11-12、CYR 32及CYR 34出现频率较高，分别为14.09%，12.75%，8.05%，8.05%和7.38%；水源11类群为优势类群，出现频率高达44.30%。对抗条锈病基因Yr1、YrA、Yr3、Yr6、YrSu、Yr9的毒性频率均大于70%，表明这些基因在伊犁州抗性基本丧失。3、新疆伊犁地区条锈菌群体遗传多样性水平较高，伊犁地区条锈菌群体Shannon信息指数为0.837，有效等位基因数为2.197，观察杂合度和期望杂合度分别为0.412、0.450，其中新源群体遗传多样性水平最高，巩留群体最低。AMOVA分析结果显示，伊犁地区各群体间变异仅占12%，变异主要发生在群体内部，其中察县与新源群体菌源交流最为频繁（Nm=4.717）。4、新疆共存在5种小檗类型，其中伊犁州主要有黑果小檗（Berberis heteropoda Schrenk in Fisch.）和红果小檗（Berberis nummularia Bge.），调查均发现典型锈孢子器，说明参与条锈菌有性生殖过程；其余3种为喀什小檗（Berberis kaschgarica Rupr.）、西伯利亚小檗（Berberis sibirica Pall.）以及大叶小檗（Berberis amurensis Rupr.），南北疆均有分布。以上研究结果为新疆小麦条锈病的科学防控、监测预警和抗病育种提供科学依据。