SSR和EST_SSR技术在小麦锈菌研究中的应用

提供理论依据。而以往通过经典遗传标记如表型、抗 药性、亲和性、 毒性等研究病原组成的方法虽然简 单、有效，但易受人为主观和环境因素的影响 ，使得 病原群 体 遗 传 结 构 难 以 得 到 全 面 反 映 。 近 10 a 来， 快速发展起来的分子标记技术在揭示病原菌种群 、遗 传结构与多样性、 变异与分化等方面得到了较大发 展。作者对应用于小麦锈病病原研究的 SSＲ （ Simple Sequence Ｒepeat，简单重复序列， 也称微卫星 DNA ） SSＲ （ 表达序列标签的微卫星标记 ） 分子标 和 EST记技术进行了综述，旨为相关研究提供信息帮助。
区叶锈菌群体进行了 SSＲ 分析， 发现中亚与高加索 地区的叶锈菌基因型相似，与北美的叶锈菌群差异明 发现南北美叶锈菌的 SSＲ 基因型具 有高 度 相 似 性， 推 测 其 可 能 起 源 于 欧 洲。 Kolmer 对中东与中亚地区的叶锈菌遗传结构进行了比 较分析，未发现相同的小麦叶锈菌基因型 ，认为 2 个 地区间缺乏基因交流。 1. 4 SSＲ 分子标记的特点 认为， SSＲ 不仅在同一属内不同种 间能扩增重复序列，且在不同属间物种甚至不同科间 李润枝等 的物种也能扩增出重复序列，因此是一种能够应用于 生物遗传多样性分析的有价值的分子标记技术 。该技 术的广泛应用是基于其与其他分子标记相比具有数量 丰富、显性标 记、 所 需 DNA 模 板 较 少、 重 复 性 好，
［5］
在整个基因组中均匀、随机、广泛地分布，能揭示出 ［ 18］ 较高的多态性、操作简单等优点 。 但 SSＲ 也有其自身的局限性， 主要是 SSＲ 引物 的设计工作量大，程序复杂，耗费大量人力物力，效 率低且开发成本较高，因此在一定程度上限制了 SSＲ 分子标记技术的广泛应用。 所以， 开发操作流程简 化、效率高、 成本低的新的 SSＲ 引物设计方法， 将 使 SSＲ 分子标记技术有更广泛的应用前景 。
。王曦等
［ 10］
1. 3
Duan 等 和 Szabo 等 先 后 于 2003 年 和 2007 年开发出了一系列应用于小麦叶锈菌遗传多态 性分析的 SSＲ 引物， 从此， SSＲ 技术广泛应用于叶
［13 ］ 锈菌群体遗传学的分析。Ordoez 等 发现南美、 北 美、欧洲硬粒小麦叶锈菌 SSＲ 基因型高度相似， 推 ［ 14 ］ 测其 可 能 具 有 共 同 起 源。 2007 年 Kolmer 等 对 2002 年、2004 年、2005 年中亚、 高加索以及北美地
对中国 980 份小麦条锈 菌 进 行 了 SSＲ 分 析，
发现西北地区与四川西北地区为中国小麦条锈菌遗传 ［ 6 ］ 多样性的中心区域。 而詹刚明等 从分子水平证实 了我国小麦条锈菌生理小种存在遗传重组现象 ，揭示 了我国小麦条锈菌生理小种毒性变异的机制 。 1. 2 SSＲ 分子标记在小麦秆锈菌研究中的应用 Szabo 等［7］首先开发出小麦秆锈菌的 SSＲ 引物用 ［8 ］ 于其遗传分析。而后 Visser 等 将其用于南非秆锈菌 小种和 Ug99 小种的比较分析， 并推测 UVPgt55 为外 来小种，而其他小种是由当地小种突变而来 。2006 ～ 2007 年对埃塞俄比亚小麦秆锈菌群体进行的 SSＲ 分 析结果表明，群体内秆锈菌遗传多样性丰富，但群体 间遗传分化低 2011 年成功开发出小麦 秆锈菌特异性 SSＲ 分子标记， 可简单、 快速、 准确 地对小麦秆锈菌进行诊断。 SSＲ 分子标记在小麦叶锈菌研究中的应用
［3］
河北农业科学
2014 年
2002 年设计出 12 对引物， 对法国 和中国的 96 个小麦条锈菌进行微卫星多态性分析 ， 结果表明， SSＲ 能揭示小种间微小的差异性。 贾瑞 ［4 ］ 祥 利用 2 对 SSＲ 引物 （ ＲJ17 和 ＲJ21 ） 对 11 个小 麦条锈菌生理小种的 12 个菌系进行了多态性分析， 分别在 CY24 和 CY31 小种上获得了特异性片段。 陈 长卿
的叶锈菌群体与魁北克省和安大略省的叶锈菌群体具 ［25 ］ 有不同的 SSＲ 基因型。Hu 等 利用 EST 数据库获得 了小麦叶锈菌的一个 MAPK 基因片段 （ PtMAPK1 ） ， ［ 31］ SSＲ 并发现与致病性相关。 赵盼盼 利用 21 对 EST引物对我国 70 个小麦叶锈菌株进行了分析， 初步发 现 17 对引物为特异性引物。 EST 技术的发展为叶锈 菌基因的发现与预测、不同生长阶段特异性分析、毒 性基因发现与毒性变异的揭示，提供了高效、大信息 量的可靠工具。 2. 2 ESTSSＲ 分子标记的特点 SSＲ 标记具有多方面 与传统 SSＲ 标记相比，EST。 （ 1 ） 据库中搜索含有 SSＲ 的 EST，使操作简单化，提高了效率，缩短了开发周 SSＲ 引物来自相对 期，降低了开发成本； （ 2 ） EST保守的 序 列， 故 其 在 相 关 物 种 间 有 较 好 的 通 用 性；
［ 17］
显。Ordoez 等 等［1 Nhomakorabea］［15］
第3 期
王
SSＲ 技术在小麦锈菌研究中的应用 静等： SSＲ 与 EST-
050011 ； 3. 隆尧县农业
摘要： 分子标记技术在生物遗传多态性研究中已得到了较为广泛的应用 ，其具有高效、快捷、不受发育时 期和环境因素影响的优点，并可从本质上揭示病原群体遗传多样性 、群体遗传结构、遗传变异等特性，因 SSＲ 分子标记技术在小麦锈菌研究中的 此，该技术对小麦锈病研究也具有重要意义 。 作者对 SSＲ 及 EST应用进行了综述。 SSＲ； 遗传多样性 关键词： 小麦锈菌； SSＲ； EST中图分类号： S435. 121. 4 文献标识码： A 1631 （ 2014 ） 03006304 文章编号： 1008-
［11］ ［ 12 ］ ［9 ］
2 EST-SSＲ 分子标记技术在小麦锈菌研究中的应用
2. 1 ESTSSＲ 分子标记的应用 表达 序 列 标 签 （ Expressed Sequence Tag， EST ） 是一段长度为 150 ～ 500 bp 的基因表达序列， 将该序 列与 Genbank 已知序列进行比较，可预测其可能的功 能 。ESTSSＲ 技术是在 SSＲ 基础上发展起来的一 种新型标记技术， 其基本原理是对 EST 中的 SSＲ 进 行筛选，根据其两端保守序列设计引物，对基因编码 区域的 SSＲ 序列进行 PCＲ 扩增， 以分析其多态性。 该技术起初在植物 （ 如小麦 ） 中得到了较为广泛的 ［20 ～ 24 ］ ，但随着锈菌基因表达序列数据库的迅速 应用 SSＲ 分子标记技术首先在叶锈菌研究中得 发展，EST到了应用。 目前，0 个 新 的 EST 序 列 可 供 利 用。 建成 功 2010 年 Wang 等［29］开发了叶锈菌 cDNA 的 204 个 SSＲ SSＲs 存在多态性和种内遗 引物，并检测出 21 对 EST［30 ］ 传的丰富多样性。 随后 Wang 等 利用该技术发现， 加拿大 1997 ～ 2007 年间曼尼托巴省和萨克喀彻温省 ［ 19 ］
050011 ， China； 2. Economic Crops
050011 ， China； 3. Agriculture Bureau of Longyao
055350 ， China； 4. Plant Protection and Quarantine Station of Hebei Province ， Shijiazhuang
Application of SSＲ and ESTSSＲ Technique in the Study of Wheat Ｒust Fungi WANG Jing1 ，WANG Qi2* ，XU Jingkun3 ，WANG Peng4 ，LI Lingrui4* （ 1. Agricultural Technology Extension Station of Hebei Province ， Shijiazhuang Technical Advising Station of Hebei Province ， Shijiazhuang County，Longyao 050011 ，China） Abstract： Molecular marker technology has been widely used in the study of genetic polymorphism ， not only because it has the advantages of high efficiency ， rapid， simple and not affected by environmental conditions and developmental stages etc. factors，but it can reveal the essence of pathogen population genetic structure ， genetic diversity，genetic variation and so on. Therefore ， it has the important guiding significance to the study of wheat rust. This paper summarized the application of SSＲ and ESTSSＲ molecular marker technology in the study of wheat rust fungi. Key words： Wheat rust fungi； SSＲ； ESTSSＲ； Genetic diversity 小 麦 锈 病 包 括 小 麦 条 锈 病、 叶 锈 病 和 秆 锈 病 3 种，是一种世界性为害小麦生产的重要真菌病害。 该病害具有分布广泛、 流行性强、 为害严重的特点， 在亚、美、欧、非、大洋洲等麦区均有发生。 病原物在与寄主互作的过程中，致病小种与寄主 抗性水平的发展变化等因素决定病害的发生与流行程 度。所以， 研究植物病原物群体组成、 群体遗传结 构、变异与分化，可为抗病育种和抗性品种合理利用
河北农业科学，2014 ，18 （ 3 ） ： 63 － 66 Journal of Hebei Agricultural Sciences
编辑
杜晓东
SSＲ 和 EST- SSＲ 技术在小麦锈菌研究中的应用
王
1 静 ，王 2* 3 旗 ，徐璟琨 ，王 4 4* 鹏 ，李令蕊
（ 1. 河北省农业技术推广总站 ，河北 石家庄 050011 ； 2. 河北省经济作物技术指导站 ， 河北 石家庄 局，河北 隆尧 055350 ； 4. 河北省植保植检站，河北 石家庄 050011 ）
0110 收稿日期： 2014作者简介： 王 通讯作者： 王 静 （ 1983 － ） ， 女， 河北邯郸人， 农艺师， 主要从事 旗 （ 1969 － ） ， 男， 河北邢台人， 农业技术推广研究 农业技术推广工作 。 员，硕士，主要从事植保、果树和棉花等技术推广工作。 通讯作者： 李令蕊 （ 1981 － ） ，女，河北隆尧人，高级农艺师， 硕士， mail： lingruili2012 @ 主 要 从 事 病 虫 害 防 治 工 作 。 E163. com。
1 SSＲ 分子标记技术在小麦锈菌研究中的应用
SSＲ 在大多数真核生物基因组中普遍存在且随机 分布
［1 ］
。其重复数在不同物种中差异较大， 即使在
［2 ］
同一物种不同的基因型间也有很大差别 ，从而表现出 十分丰富的多态性 。
· 64· 1. 1 SSＲ 分子标记在小麦条锈菌研究中的应用 Enjalbert 等