甘蔗黑穗病菌致病力分化、IGR分型研究及抗源筛选

Sugarcane is one of the most important crops for sugar and bio-energy production, however, it is susceptible to smut fungus, which causes serious loss by affecting its quality and quantity. In the past ten years, the majority varieties of cultivation sugarcane are more and more susceptible to smut due to widespread cultivating of single variety and the pathogenicity differentiation of smut fungus. The most effective method of controlling sugarcane smut is the use of resistant cultivars. However, the breeding for smut resistance at present is very blindness as lacking most information about smut fungus pathogenicity type, and dominant strain and its distribution in sugarcane cultivation area in our country. In the present project, the pathogenicity differentiation of sugarcane smut fungus is systematically investigated through pathogen separation and purification, differential hosts identification based on mating spore strain combination. Polymorphism and genotyping of rDNA IGR region (IGR: internal gene region) of smut pathogen were also studied in order to explore the relationship between the pathogenicity differentiation and pathogen genotyping. Moreover, resistant germplasm were screened aiming dominant pathogen strain. These results will confirm the pathogenicity differentiation of smut pathogen and its distribution in our country, and provide necessary and important foundation for sugarcane smut resistant variety breeding and reasonable cultivar development.

甘蔗是重要的糖料和生物质能作物，但甘蔗黑穗病严重影响着其产量和品质。近十年来，由于我国甘蔗主栽品种严重单一化、甘蔗黑穗病菌致病力发生分化，导致现有主栽品种普遍感病，蔗区甘蔗黑穗病严重发生。培育和推广种植抗病品种是控制甘蔗黑穗病最经济最有效的途径。但由于至今，未能明确我国蔗区甘蔗黑穗病菌致病型、优势致病菌株及其分布情况，从而使我国当前的甘蔗抗黑穗病育种带有盲目性。本项目通过分离纯化病原菌，以可交配的小孢子菌株组合为接种体，使用鉴别寄主法，对我国甘蔗黑穗病菌致病力分化进行系统研究；同时，对病原菌的rDNA基因间隔区 (IGR)进行多态性分析及分型，探讨基于IGR区的甘蔗黑穗病菌的分型与病原菌致病型之间的对应关系；在上述基础上，针对我国的优势致病型进行抗源筛选。研究结果可以明确我国甘蔗黑穗病菌致病型及其分布情况，为今后的抗黑穗病育种与品种合理布局提供必要的理论和物质基础。

甘蔗黑穗病（Ustilago scitaminea Syd.）是甘蔗生产上最主要的，也是最难控制的一种真菌性病害，在旱地甘蔗和宿根蔗上发生尤为严重。种植抗病品种是控制该病最经济有效的途径。但由于甘蔗黑穗病菌致病力/生理小种发生了变化，导致原来的抗病品种转变为感黑穗病，从而丧失其商业价值。因此，开展甘蔗黑穗病菌不同致病力分化类型研究，探明我国蔗区甘蔗黑粉菌主要致病类型或优势致病菌株及其分布情况，并用来指导产区进行甘蔗品种合理配置和科研单位进行抗黑穗病品种选育是十分必要的。. 结合项目前期的研究基础，我们筛选了一套基本适合于我国甘蔗黑穗病菌致病力分化鉴定的鉴别寄主，并应用于本项目里的甘蔗黑穗病菌致病力分化研究部分。通过对采自广西、云南、广东、海南等甘蔗主产区的37个菌株开展致病力分化分析，其结果表明：在广西蔗区有两个优势菌株，2号小种是大部分蔗区的优势菌株，另一个次优势菌株较接近1号小种，但F134品种却对其表现为感病；广东蔗区的优势小种近似于2号小种；福建和海南的优势菌株则和广西的次优势菌株相同。. 进一步对菌株的内转录间隔区（ITS）和基因内间隔区（IGS）进行序列测序分析发现：在ITS区，菌株间的同源性达到99-100％，除了在少数位置存在碱基缺失或变异外，其它的没有显著的差异。在IGS区，分析结果和ITS区的相类似，只是碱基缺失或变异的位点比ITS区的稍微多一点。根据ITS区和IGS区序列信息所得出的对菌株的分型，与根据菌株致病性的分型不存在对应的关系。. 以广西和广东的优势菌株为接种物，对150多个甘蔗材料进行接种，从中筛选到了一批抗、感材料，对广西菌株表现抗的材料是广东菌株的2.4倍，这是否表明：广东菌株的致病力比广西的强？该现象还有待今后进一步验证。. 综上所述，本项目研究中所取得的结果在两方面丰富和加深了人们对该病害的认识：一方面，对我国甘蔗主产区甘蔗黑穗病菌的致病力分化情况以及优势菌株的分布有了一个初步的了解；另一方面，从分子层面对该菌的ITS区以及IGS区的序列变异情况也有了全面的了解。上述这些研究结果均未见报导，可为今后的抗病育种以及品种的合理布局提供科学依据和物质基础。