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玉米抗两种镰孢穗腐病的全基因组关联分析

玉米抗两种镰孢穗腐病的全基因组关联分析

玉米种质资源对6种镰孢穗腐病的抗性鉴定与评价

第二十届中国作物学会学术年会

作者：李帅李春辉段灿星中国农业科学院作物科学研究所

玉米作为重要的食用、饲用以及生物能源原料作物,在我国国民经济中起着重要作用。2022年我国玉米总产量达27720万吨,种植面积超4300万公顷,均居粮食作物首位。穗腐病是我国玉米生产上发生最为广泛的病害之一,可由多种病原真菌引起,主要... 详细信息

玉米作为重要的食用、饲用以及生物能源原料作物,在我国国民经济中起着重要作用。2022年我国玉米总产量达27720万吨,种植面积超4300万公顷,均居粮食作物首位。穗腐病是我国玉米生产上发生最为广泛的病害之一,可由多种病原真菌引起,主要危害玉米果穗和籽粒,严重影响玉米的产量和品质,田间发病率一般在5%～10%,严重发病年份可达30%～40%,造成经济损失达30%以上。穗腐病除了造成玉米产量的直接下降导致的经济损失以外,其致病菌在发病籽粒中产生多种真菌毒素,随玉米生产加工最终进入人和家畜体内,严重影响人畜健康。利用由657份具有广泛遗传背景的玉米自交系组成的自然群体,在2018～2020年间,于四川西昌和辽宁沈阳开展3年共6点的抗禾谷镰孢穗腐病精准鉴定,于四川西昌和北京昌平开展3年共6点的抗拟轮枝镰孢穗腐病精准鉴定。待玉米吐丝后5 d左右采用花丝通道法接种浓度为1×106个孢子/m L的镰孢菌孢子悬浮液,期间正常进行田间管理,在玉米完熟期进行病害调查,玉米穗腐病抗性鉴定评价参照《玉米抗病虫性鉴定》进行。同时对657份材料进行重测序获得基因型,结合群体结构和抗病性表型数据进行全基因组关联分析(GWAS),得到与抗镰孢穗腐病显著相关的单核苷酸多态性(SNP)。禾谷镰孢穗腐病的GWAS分析共检测到157个与抗穗腐病显著相关的SNP位点,含43个候选基因,各染色体均有分布,但多集中在1、3、5、6、9号染色体上,其中3号染色体最多。通过基因功能注释等信息可得多数基因功能集中在富含亮氨酸重复的受体蛋白激酶、细胞壁构成相关蛋白、植物激素相关蛋白、逆境响应相关蛋白、DNA修复蛋白、核酸结合蛋白、抗病相关蛋白、信号传递蛋白以及色素蛋白等。对拟轮枝镰孢穗腐病进行的GWAS分析共检测到156个与抗性显著相关的SNP位点,包含41个候选基因,除1号染色体外均有分布,多集中在2、5、7号染色体,其中5号染色体上共检测到17个候选基因,初步预测为抗拟轮枝镰孢穗腐病的热点区域。上述基因功能多集中在转录因子、脂肪酸代谢、蛋白激酶、DNA修复、锌指蛋白、铁氧还原蛋白、过氧化物酶、糖基转移酶、细胞核组成蛋白、植物激素相关蛋白、受体结合蛋白、跨膜蛋白、LRR型类受体蛋白激酶、细胞色素、发病相关蛋白、热激蛋白、转录调节因子、谷胱甘肽s转移酶、富含亮氨酸重复的受体蛋白激酶等。本研究利用657份玉米自交系构成的自然群体进行的3年共6点的抗禾谷镰孢和拟轮枝镰孢穗腐病的GWAS分析,分别获得157和156个与抗穗腐病显著相关的SNP,各包含43和41个候选基因,为后续开展抗镰孢穗腐病新基因挖掘奠定了基础。

关键词：玉米抗性镰孢穗腐病全基因组关联分析

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玉米种质资源对6种镰孢穗腐病的抗性鉴定与评价

玉米种质抗拟轮枝镰孢与禾谷镰孢穗腐病鉴定及抗性多样性分析

中国植物病理学会2023年学术年会

作者：朱利红李帅段灿星中国农业科学院作物科学研究所

穗腐病是我国玉米生产上发生最为广泛的病害之一,严重影响玉米的产量和品质,威胁玉米产业的健康发展。镰孢菌是我国玉米穗腐病的主要致病菌,其中拟轮枝镰孢(Fusarium verticillioides)与禾谷镰孢(F.graminearum)是全国各主要玉米产区的... 详细信息

穗腐病是我国玉米生产上发生最为广泛的病害之一,严重影响玉米的产量和品质,威胁玉米产业的健康发展。镰孢菌是我国玉米穗腐病的主要致病菌,其中拟轮枝镰孢(Fusarium verticillioides)与禾谷镰孢(F.graminearum)是全国各主要玉米产区的穗腐病优势致病菌,而层出镰孢(F.proliferatum)、南方镰孢(F.meridionale)、温带镰孢(F.temperatum)和亚粘团镰孢(F.subglutinans)是不同区域的优势致病菌。利用抗病品种是控制镰孢穗腐病的经济和有效措施,而抗性种质资源是开展抗病育种的前提和基础。本研究探索运用花丝通道接种法,对109份玉米优异种质资源进行抗拟轮枝镰孢、禾谷镰孢、层出镰孢、温带镰孢、南方镰孢和亚粘团镰孢穗腐病的鉴定与评价,结果表明,抗感对照材料发病程度正常,同种病害的不同材料之间发病程度差异显著,表明花丝通道注射接种法能有效鉴别不同玉米种质对上述穗腐病的抗性水平,因此,花丝通道注射接种法适用于上述6种镰孢穗腐病的抗性鉴定与评价。结合玉米穗腐病图像识别与自动成像系统进行了穗腐病发病程度调查,初步筛选出兼抗6种镰孢穗腐病的种质4份(HRHF5、辽1310、CN129、K20W08774);9份兼抗除亚粘团镰孢穗腐病外5种镰孢穗腐病的玉米种质;6份兼抗除南方镰孢穗腐病外5种镰孢穗腐病的玉米种质;6份兼抗除温带镰孢穗腐病外5种镰孢穗腐病的玉米种质;6份兼抗除层出镰孢穗腐病外5种镰孢穗腐病的玉米种质;5份兼抗除拟轮枝镰孢穗腐病外5种镰孢穗腐病的玉米种质。通过分析玉米种质对6种镰孢穗腐病抗性之间的相关性,发现被鉴定种质对不同穗腐病抗性之间存在不同程度的相关性,按照玉米果穗的平均发病面积计算,玉米种质对禾谷镰孢与层出镰孢穗腐病的抗性相关性最高,相关系数为0.56,其次是拟轮枝镰孢与南方镰孢穗腐病,其抗性相关系数为0.54,亚粘团镰孢与禾谷镰孢以及温带镰孢穗腐病的之间的相关系数均为0.53,而亚粘团镰孢与南方镰孢穗腐病之间的抗性相关性最低,相关系数为0.31。上述研究结果对于规模化开展玉米种质抗多种镰孢穗腐病鉴定评价以及抗穗腐病育种具有重要的指导和参考意义。

关键词：玉米穗腐病镰孢菌种质资源抗性鉴定

来源： cnki会议评论

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植物遗传资源学报 2022年第1期23卷 61-71页

作者：夏玉生郭成温胜慧孙素丽朱振东段灿星中国农业科学院作物科学研究所/农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程北京100081 三亚中国农业科学院南繁研究院三亚572024 甘肃省农业科学院植物保护研究所兰州730070 山西农业大学玉米研究所忻州034000

穗腐病是玉米生产上最重要的病害之一,严重影响其产量和品质,威胁人畜健康。选育和利用优良的抗穗腐病品种,是防治玉米穗腐病最为经济有效的措施。利用花丝通道注射法,在北京昌平和海南三亚2个试验点,对346份玉米自交系进行了抗拟轮枝... 详细信息

穗腐病是玉米生产上最重要的病害之一,严重影响其产量和品质,威胁人畜健康。选育和利用优良的抗穗腐病品种,是防治玉米穗腐病最为经济有效的措施。利用花丝通道注射法,在北京昌平和海南三亚2个试验点,对346份玉米自交系进行了抗拟轮枝镰孢与禾谷镰孢穗腐病的鉴定与评价。综合分析2个试验点的抗性鉴定数据表明,对拟轮枝镰孢穗腐病表现高抗、抗病、中抗、感病和高感的材料分别为1、43、106、147和49份,占总鉴定材料的0.3%、12.4%、30.6%、42.5%和14.2%;对禾谷镰孢穗腐病表现高抗、抗病、中抗、感病和高感的材料分别为10、32、55、79和170份,占比分别为2.9%、9.3%、15.9%、22.8%和49.1%。对2种镰孢穗腐病同时表现中抗以上水平的种质共45份,其中1份(15-TL-1224)高抗2种穗腐病、2份(PT351-1、18-QTL-25)对禾谷镰孢和拟轮枝镰孢穗腐病表现高抗和抗病,18-QTL-04、18-YJY-18、18-YJY-02、18-HDY-14种质同时表现抗病,是难得的抗穗腐病资源。对上述45份抗病种质和144份感病材料进行的2种穗腐病抗性相关性分析表明,45份抗病种质对2种穗腐病的抗性相关系数为0.24,144份感病材料对2种穗腐病抗性的相关性系数为-0.16。40对多态性SSR引物对其中41份抗性材料中扩增出183个等位基因,多态性位点百分率为100.00%,平均等位基因数和有效等位基因数分别为3.7556、7.6923,平均Nei′s基因多样性、Shannon′s信息指数分别为0.6596、1.4458,平均多态信息含量为0.326,变幅为0.0513~1.0000。通过UPGMA聚类分析,41份抗病材料被划分为7个类群,分别是美国现代杂交种中B群种质(PB)、兰卡斯特(Lan)、未知类群、美国现代杂交种中A群种质(PA)、旅大红骨(LRC)、衣阿华坚秆综合种(BSSS)和塘四平头(TSPT),表现出较高的遗传多样性,其中PA类群和PB类群包含的抗病种质最多。研究结果将为玉米穗腐病抗病育种中抗源的选择和利用提供参考。

关键词：玉米种质拟轮枝镰孢穗腐病禾谷镰孢穗腐病抗性鉴定遗传多样性

玉米病害和病原名称整理及其汉译名称规范化探讨

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中国农业科学 2020年第2期53卷 288-316页

作者：王晓鸣段灿星中国农业科学院作物科学研究所

对已报道的玉米病害进行整理,提出规范玉米病害和病原汉译名称的建议。经过对"Compendium of Corn Diseases"(第4版,2016)、"Maize Diseases"(1988)、"Field Crop Diseases"(1999)、"中国玉米病虫草害图鉴"(2018)等书籍、美国植物病理... 详细信息

对已报道的玉米病害进行整理,提出规范玉米病害和病原汉译名称的建议。经过对"Compendium of Corn Diseases"(第4版,2016)、"Maize Diseases"(1988)、"Field Crop Diseases"(1999)、"中国玉米病虫草害图鉴"(2018)等书籍、美国植物病理学会网站信息(APSnet 2019)及近年发表的玉米病害研究文章的整理,获得由真菌、卵菌、细菌、病毒和线虫引致的玉米病害185种,致病生物380种/次。许多玉米病害的英文名称与其致病病原的物种名称相关,而随着科学认识和鉴定技术的进步,研究报道已有62个玉米致病生物物种的分类地位发生了改变,其中许多归入与旧有名称不同的属中,因而导致一些玉米病害英文名称已无法对应其致病物种新种名,极易引起认知上的混乱和应用中的不便。因此,为促进未来玉米病害国际信息交流的通用性、科学性和规范性,本文作者对27种玉米病害的英文名称提出了修改建议。经重新整理后,确定玉米侵染性病害185种,包括真菌/卵菌病害123种、细菌病害20种、病毒病害26种、线虫病害16种。185种病害涉及致病生物286个种/亚种/变种/致病型,其中真菌147种、卵菌34种、细菌20种及螺原体/植原体3种、病毒38种、线虫44种。关于玉米病害名称的汉译,以尊重历史名称和重要玉米病害著作中的名称为基础,兼顾应用中形成并广泛采用的名称,并以病原及症状特征为重要依据确定新名称,形成较为科学与合理的185种玉米病害的汉译名称,包括新确定汉译名称的96种病害。对于玉米致病生物的汉译名称,则以真菌、细菌、病毒、线虫的病原学专著、《中国真菌志》及重要文章中的名称为主,对无汉译名称的病原采用以病原属名及种加词的拉丁词源(病毒为英文)本意作为基础形成新汉译名称。规范玉米病害的英文名称和确认病原目前的分类地位,有利于在国际上进行玉米病害研究的科学交流,促进玉米病害的深入研究;而玉米病害及病原中文名称的确定,既可以规范国内对玉米病害和病原的称谓,防止对玉米病害英文名称的随意汉译,也可为玉米病害研究与教学提供一个参照目录,避免在科学研究交流及生产应用中对玉米病害和病原中文名称出现多种歧义以及出现病害与病原对应错误的状况。

关键词：玉米病害病原汉译名称

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蚕豆和豌豆锈病病原菌的分子鉴定

植物保护学报 2022年第4期49卷 1071-1076页

作者：邓东孙菲菲孙素丽何玉华段灿星朱振东中国农业科学院作物科学研究所北京100081 云南省农业科学院粮食作物研究所昆明650205

为明确我国热带和亚热带地区蚕豆Vicia faba和豌豆Pisum sativum锈病的病原菌种类,通过致病性测定和ITS序列系统发育分析对来自我国云南省玉溪市的4份豌豆锈菌分离物及云南、广西、重庆和四川省(区、市)的5份蚕豆锈菌分离物进行系统鉴... 详细信息

为明确我国热带和亚热带地区蚕豆Vicia faba和豌豆Pisum sativum锈病的病原菌种类,通过致病性测定和ITS序列系统发育分析对来自我国云南省玉溪市的4份豌豆锈菌分离物及云南、广西、重庆和四川省(区、市)的5份蚕豆锈菌分离物进行系统鉴定。结果显示,分离自豌豆的锈菌WX1分离物对蚕豆和豌豆均具有高致病性,在侵染叶片上产生大量锈子器;分离自蚕豆的锈菌CX3分离物仅对蚕豆具有高致病性,能在叶片上产生大量夏孢子,而对豌豆的致病性相对较低,仅产生少量的夏孢子堆;分离物WX1和CX3对小扁豆和鹰嘴豆不具有致病性。基于ITS序列系统发育分析表明,所有不同寄主来源的蚕豆单胞锈菌分离物均聚类于一个系统发育组,但分离自蚕豆和豌豆的分离物分别聚类在不同的亚组。表明分离自云南省玉溪市豌豆上的蚕豆单胞锈菌Uromyces viciae-fabae应为豌豆专化型,定名为U.viciae-fabae ex P.sativaum,而来源于云南、广西、重庆和四川省(区、市)的蚕豆锈病病原菌为蚕豆专化型U.viciae-fabae ex V.faba。

关键词：蚕豆豌豆锈病蚕豆单胞锈菌分子鉴定

玉米种质资源抗腐霉茎腐病和镰孢茎腐病精准鉴定

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中国农业科学 2022年第2期55卷 265-279页

作者：段灿星曹言勇董怀玉夏玉生李红胡清玉杨知还王晓鸣中国农业科学院作物科学研究所/农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程河南省农业科学院粮食作物研究所辽宁省农业科学院植物保护研究所吉林省农业科学院植物保护研究所

【目的】建立和完善玉米种质抗腐霉茎腐病和镰孢茎腐病精准鉴定的方法,对遗传背景丰富的玉米种质资源进行腐霉茎腐病和镰孢茎腐病的抗性精准鉴定,筛选出对2种茎腐病具有稳定抗性的种质资源,为玉米抗病育种奠定基础。【方法】对2 004份... 详细信息

【目的】建立和完善玉米种质抗腐霉茎腐病和镰孢茎腐病精准鉴定的方法,对遗传背景丰富的玉米种质资源进行腐霉茎腐病和镰孢茎腐病的抗性精准鉴定,筛选出对2种茎腐病具有稳定抗性的种质资源,为玉米抗病育种奠定基础。【方法】对2 004份具有广泛遗传背景的玉米种质进行多年多点的自然发病抗性鉴定,初步筛选出抗茎腐病或综合性状优良的代表性种质,用于人工接种鉴定;利用建立的茎基部注射接种法,对690份代表性玉米种质进行3年共6个环境的抗腐霉茎腐病和镰孢茎腐病精准鉴定。【结果】2016—2018年,在田间自然发病条件下,通过多年多点鉴定出508份种质对茎腐病表现出较稳定的抗性,高抗、抗病和中抗的材料分别为79、106和323份。建立和完善了玉米种质抗茎腐病精准鉴定的方法-茎基部注射接种法,利用该方法与土壤根埋接种鉴定的玉米对腐霉茎腐病抗性的相关系数(r)为0.87,镰孢茎腐病抗性的r值为0.84,表明2种接种方法的评价结果具有高度的相关性,但注射接种的玉米发病程度更充分。2018—2020年,在北京昌平、河南长葛和河南原阳,利用茎基部注射法对690份玉米种质进行了腐霉茎腐病抗性精准鉴定,表明各鉴定点的材料均发病充分,大部分表现感病或高感,仅有3.5%的种质表现出稳定抗性。6个环境条件下玉米对腐霉茎腐病抗性的相关系数为0.46—0.72,同一年度(2018、2019和2020年)2个鉴定点之间的r值分别为0.66、0.60和0.65;3个年度间种质综合抗性的相关系数为0.67、0.84和0.87,表明3年各点的鉴定结果具有较好的一致性。精准鉴定出24份对腐霉茎腐病具有稳定抗性的种质(冀资H676、辽2235、冀资14L88、冀资14L101、丹337、M02N-23、Y1747、HRB16232、T628358等)。在辽宁沈阳、吉林公主岭、吉林梨树3个鉴定点共6个环境条件下,对690份种质进行了抗镰孢茎腐病精准鉴定,其中,辽宁沈阳的种质发病充分,绝大部分材料表现为感病或高感,吉林梨树和公主岭的材料发病明显偏轻。6个环境下玉米种质抗性的相关系数为0.00—0.76,2018、2019和2020年2个鉴定点之间的r为0.12、0.04和0.05,表明同一年度2个点的鉴定结果差异大;3个年度间镰孢茎腐病综合抗性的r值为0.40、0.74和0.72,显示年度间综合抗性较为一致。共鉴定出5份种质(冀资C32、辽785、辽2235、吉资1034和16SD088)对镰孢茎腐病具有稳定抗性。690份种质对2种茎腐病抗性的r值为0.44,表明其对2种茎腐病的抗性存在中等水平的相关性。【结论】明确了2 004份玉米种质在田间自然发病条件下对茎腐病的抗性水平;建立了玉米抗茎腐病精准鉴定的新方法-茎基部注射接种法;精准鉴定了690份玉米种质对腐霉茎腐病和镰孢茎腐病的抗性,筛选出具有稳定抗性的种质各24和5份,是开展玉米抗茎腐病育种或品种抗性改良的重要抗源。

关键词：玉米种质腐霉茎腐病镰孢茎腐病茎基部注射接种自然发病鉴定精准鉴定

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冷季型草坪草耐荫适应性研究

草业科学 1999年第S1期16卷 47-49页

作者：韩烈保高航张照远段灿星北京林业大学草坪研究所北京100083 中国农业大学植物科技学院北京100094

通过对 5种优良草坪草在遮荫条件的生长情况进行为期 1年的观测与试验对比 ,并对其进行综合评分和方差分析 ,选出了 2种比较耐荫的草坪草粗茎早熟禾 Sabre和 Sabre 。

关键词：冷季型草坪草耐荫性遮荫

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大蜡螟幼虫的体色遗传规律

昆虫学报 2002年第6期45卷 717-723页

作者：熊延坤张青文徐静段灿星周明牂中国农业大学昆虫学系北京100094 中国农业科学院作物品种资源研究所北京100081

对大蜡螟Galleriamellonella幼虫不同颜色品系的普通遗传学分析表明 ,大蜡螟幼虫的体色遗传是常染色体遗传且符合复等位基因遗传规律。深黄色基因 (AA)对灰黑色基因 (BB)和灰色基因 (CC)为显性 ,深黄色基因 (AA)对白黄色基因 (DD)、灰... 详细信息

对大蜡螟Galleriamellonella幼虫不同颜色品系的普通遗传学分析表明 ,大蜡螟幼虫的体色遗传是常染色体遗传且符合复等位基因遗传规律。深黄色基因 (AA)对灰黑色基因 (BB)和灰色基因 (CC)为显性 ,深黄色基因 (AA)对白黄色基因 (DD)、灰黑色基因 (BB)对白黄色基因 (DD)和灰色基因 (CC)、灰色基因 (CC)对白黄色基因 (DD)为不完全显性。基因型为AD、BD、CD的个体 ,其表现型均为黄色 ;基因型为AA、BC的个体 ,其表现型均为深黄色。

关键词：大蜡螟幼虫体色遗传规律杂交自交回交

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大蜡螟工厂化生产流程及环境因素的控制

中国农业大学学报 2002年第5期7卷 85-89页

作者：熊延坤张青文徐静段灿星周明■ 中国农业大学植物保护学院北京100094 中国农业科学院作物品种资源研究所北京100081

为了寻找大蜡螟工厂化生产过程中的适宜环境条件 ,定量控制研究了幼虫期环境因素对大蜡螟合格产品的影响。结果表明幼虫期适宜的环境条件为温度 (2 9± 1)℃、相对湿度 5 0 %～ 70 %、虫口密度 30 0头 /盒。

关键词：大蜡螟工厂化生产流程环境因素控制温度相对湿度虫口密度光照实验昆虫蜜蜂害虫