小麦茎锈病病原的致病性变异性(小麦锈菌f . sp。tritici)

摘要

小麦是哈拉吉高地重要的主要作物之一。土地覆盖面积和总产量仅次于高粱和玉米，居世界第三。然而，小麦茎锈病正在威胁着该地区的小麦生产。所以，这项研究的目的是确定小麦锈菌f . sp。tritici在Hararghe高地。调查了200块农田，收集了茎锈病样本，运送到Kulumsa农业研究中心进行品系分析。携带抗病基因Sr24和Sr-Tmp的差异株在所有分离株上均表现为典型的低感染类型。东Hararghe菌株的EH5、EH8和EH3菌株和西Hararghe菌株的WH2、WH1和WH3菌株均表现出高毒力。用该方法鉴定了10个小种小麦锈菌tritici代码系统:东哈拉格地区的TTGSK、PTJQK、TTSSK、TTKSK、TRSSK、TTJQK，西哈拉格地区的TTTSK、TTSQK。TTSSK在东哈拉吉最常见(25%)，其次是TTKSK(25%)。TTSSK小种在西哈拉格地区的发病率为50%。低的出现频率表明在调查地区的种族的高变异性。因此，对病原体种群的监测对于国家和地区的研究中心来说非常重要。检测病原的毒力进化和当前有效的抗性基因是必要的，必须应用于抗性基因管理系统。

1.介绍

小麦在埃塞俄比亚的不同地区种植，是该国种植最多的谷物作物之一。1，2］．面积和总产量仅次于tef和玉米，产量仅次于玉米和高粱[3.］．来自撒哈拉以南非洲的埃塞俄比亚的小麦产量很高[1]，占地1,025,310公顷[3.］．它在埃塞俄比亚不同的农业生态系统中生长[4］．适宜小麦生产的地区在1900年至2700年之间。［3.］．小麦在生育期需要合理的雨量分配。在埃塞俄比亚高地，有两季的降雨分布:从6月到9月是主要的雨季(默赫)，而较短的雨季(belg)每年的降雨量介乎600毫米至2000毫米之间[3.］．虽然主要作物在生长，但这两个季节都有种植默赫。虽然季节不同，但在大多数情况下，作物的生长阶段是重叠的。这为茎锈病尿孢子从一个季节传递到另一个季节创造了有利条件，并导致小麦种植区的流行病发展[5］．哈拉吉高地是该国适宜小麦生产的地区，其小麦总产量为50297公顷。但是，平均产量为1214公斤/公顷，远低于全国其他地区的平均产量(1800公斤/公顷)[6］．在Hararghe东部和西部地区种植的品种包括Kubsa (HAR1685)、Wabe (HAR710)、Abola (HAR1522)、ET13-A2、Pavon76和当地品种[7］．

即使埃塞俄比亚有大面积的小麦生产，全国平均产量也在2吨/公顷[6，低于非洲其他国家和世界平均水平。哈拉格地区也是如此。造成低产量的原因是降雨量分布不足、种植低产量小麦品种、不适当的农艺措施和常见的小麦病害，如锈病、隔叶病和颖斑病[8］．在哈拉吉高地，每年都会根据天气情况发生锈病。高海拔地区(2400-2700 m.a.s.l)黄锈每年多发，中海拔地区(1900-2400m.a.s.l)茎锈多见[7］．

小麦茎锈病的流行常发生在世界各地。抗病品种正在不断开发，以防止这种流行病，尽管这些品种迟早会对新的致病小种敏感。已知有许多生理小种发生于茎杆f . sp。tritici［9克ydF4y2Ba］．1972年在埃塞俄比亚发生了一场小麦茎锈病的流行，原因是大面积种植的小麦品种Lakech丧失了抗性。同样，Enkoy品种在1992年疫情之后在该国停产。目前，库布沙品种对茎锈病高度敏感。因此，监测小种及其毒力是防止作物损失的防锈策略的重要组成部分[10- - - - - -12］．关于埃塞俄比亚部分地区茎锈病种族分布的报道有限[13］．虽然Hararghe是该国小麦产区之一，但关于小麦茎锈病的分布、发病率、严重程度和小种组成的信息有限。因此，本研究的目的如下:(我)检测小麦锈菌f . sp。tritici哈拉吉高地的种群和变异性。

2.材料和方法

2．1．研究区域的描述

本研究在哈拉格小麦主产区东、西两区进行了实地调查，并在库伦萨农业研究中心进行了变异研究。哈拉吉位于埃塞俄比亚奥罗米亚州的东部，它被许多农业生态区所熟知。东哈拉格地区的特点是由不同的农业气候带组成戴格(7.67%),woinadega(24.54%)和kolla(67.76%)。它位于东经41°12′- 42°53′，北纬7°32′- 9°44′之间，海拔最低和最高分别为500和3405 m.a.s.l。,分别。年平均最小降雨量和最大降雨量分别为400和1200毫米。最低温度为13℃，最高温度为28℃。西哈拉格的农业气候带包括戴格(10%),woinadega(38%)和kolla(52%)。它位于北纬7°32′- 9°47′，东经41°24′- 43°48′之间，最低和最高海拔1200 - 3600毫米处。分别l。年平均最低和最高降雨量为650 - 2000毫米，气温在20.5°C至24°C之间[7］．

2．2．病原体样本采集

病原体标本采集于农田和EWRTN。在2016年主要种植季节的调查期间，共采集69个样本(39个来自农户的农田，30个来自EWRTN)。每块地用无菌剪刀切割植株样本。收集3 ~ 4个3 ~ 4 cm的感染小麦茎组织，保存在有标记的纸袋中，运送到Kulumsa，在4 ~ 5°C的冰箱中保存，直到用于变异性研究。收集的茎锈病样品根据其收集的区域和品种类型堆积在一起。但是，来自EWRTN的样本并没有被批量包装。它们从地里出来时分别接种。

2．3.在温室中种植试验植物

5 - 6粒感病小麦品种(摩洛哥)的种子按2:1:1 (v/v/v)的比例种植在直径为7厘米的塑料罐中，罐内装有土壤、沙子和堆肥混合物。这些幼苗被允许生长，直到第一片叶子完全长出来。在接种过程中，首先用湿润的手指轻轻摩擦叶片，去除表面阻碍病原菌孢子渗透芽管的蜡层。每个样品的大量孢子用一滴Tween 20悬浮在蒸馏水中，然后使用雾化器喷洒直到径流。每次接种后用70%酒精消毒手和接种期间使用的所有材料。幼苗在相对湿度约100%、温度约22℃的塑料箱中培养24小时。然后，将它们转移到温度为18-27°C的温室长凳上。幼苗保存11-14天以备出现症状。选择具有活孢子的样品进行增殖接种，在敏感品种摩洛哥上产生单刺分离株。

２.４.单刺菌分离株的产生与增殖

将用于培养单疱菌的样品再次接种于摩洛哥，产生单疱菌孢子。接种后，在产孢前鉴定单疱病叶片，然后分离。当脓疱聚集且未发生分离脓疱时，在感病品种上重复接种，直至出现单独脓疱和单脓疱分离株。然后将产生的单疱分离物在摩洛哥进一步繁殖，直到收集到足够的尿孢子进行差异寄主试验。

2．5．小麦茎锈病病原菌群的测定

20组北美差异系被用来检测小种组成。这些差异来自Kulumsa农业研究中心。每个差异株系的5 - 6粒种子以2:1:1 (v/v/v/)的比例在6厘米直径的塑料花盆中种植，三次重复。每组差异品系分别接种病原菌的每一个单疱分离物，按照标准程序[14］．幼苗在18-24°C的塑料笼子中保存过夜，笼子底部有小层水。然后，在孵育后，将不同品系的幼苗放在温室长凳上保存11-13天，直到症状出现。疾病记录采用0-4感染量表[14):(0)无尿路或其他肉眼可见的感染征，(；)无尿漏，但有超敏坏死或褪绿斑点，(1)小尿囊周围坏死，(2)小到中等大小的尿路，常被褪绿所包围;绿岛可能被绿化带或坏死的边界所包围，(x)可变大小尿囊在单叶上的随机分布，(3.)中等大小的尿囊，可能与黄化有关;4)大尿囊无褪绿。感染类型为0、“;”、1、2为低感染类型，3、4为高感染类型[14］．

国际种族命名制度(页面表代码)由Roelfs和Martens开发[15的种族名称茎杆f . sp。tritici．20条差异线被分为4个子集:I, II, III，和IV1）.含有Sr24、Sr31、Sr38和SrMcN的宿主系作为补充差分系作为V子集[16- - - - - -18］．第一组包括基因，这是识别种族的标准差异中最重要的。另一组包括近年来发现的一些对种族鉴定更有用的基因。一个字母被分配给每一个可能的交互类型组合。一个种族的致病性用四个字母编码，每个字母表示一组5个的致病性。没有元音的字母B到T被用来表示种族[15，19］．

用单刺分离菌的孢子悬液接种所有供试苗。每个入口分别接种病原菌的单疱分离物。用雾化器喷洒孢子悬浮液进行苗期接种。接种苗按上述步骤进行培养。

2．6．实验设计

所有微分集均采用完全随机设计，三次重复。

2.7。竞争分析

将20个差异品系分为5个亚组进行小种鉴定。的种族命名法茎杆f . sp。tritici按五个字母系统进行命名分析(表2）.

3.结果与讨论

3．1.比赛的小麦锈菌f . sp。tritici在东、西哈拉格区确认

分析了在20个北美标准茎锈病差异品系上检测到的14个Pgt分离株的平均侵染类型3.）.从14株分离株(8株来自东哈拉格区，6株来自西哈拉格区)中鉴定出10个小种(见表)4）.将东Hararghe区8株Pgt菌株分为TTGSK、PTJQK、TTSSK、TTKSK、TRSSK和TTJQK 6个小系。强毒小种为TTKSK (Ug99)、Sr36小种和TTSSK。它们是最占优势和分布最广泛的种族，频率为25%，而其他种族的频率分别为12.5%。这两个小种(TTKSK和TTSSK)占东哈拉格区茎锈病种群的近50%。对来自西Hararghe地区的6株Pgt菌株进行检测，并将其分为TTSSK、TTTSK、TTSQK和TTJQK 4个小种。TTSSK组占优势，发病率为50%，第二组为17%。小种TTSSK和TTJQK在两个区均有较普遍的鉴定。这表明茎杆f . sp．tritici由于地理位置接近、没有障碍以及两个区域之间种植了相似的面包小麦品种，这两个区域的基因相似。

对Sr13+17具有额外毒力的TTKSK (Ug99)种仅在东哈拉吉地区发现，而对Sr36和Sr13+17具有毒力的TTTSK (Ug99的新变种)种仅在西哈拉吉地区发现。本研究未发现Sr-24和Sr-Tmp的毒力。结合Sr基因13和17的小麦差异系对大部分小种均有毒力，但对小种TTKSK和TTTSK有毒力。因此，利用这三种抗病基因对育种具有重要意义。类似的研究表明，抗茎锈病基因Sr24对大多数小种有效茎杆f . sp。tritici，包括品种TTKSK (Ug99)，广泛用于世界各地的商品小麦品种[17］．在肯尼亚的Njoro, 28个单脓疱源的分离株中茎杆f . sp。tritici，所有分离株在Sr36上产生近免疫(IT 0至;)，在SrTmp上产生低免疫(IT 2+)，但在所有其他差异系上产生高(或易感)ITs(3至4)，除系组合VII (Sr13+17)外[15，19］．因此，本研究表明其与本研究具有可比性，本研究表明Sr24和SrTmp的感染类型较低。

两个区所鉴定的小种之间存在单基因变异，且发生频率高，表明病原菌的变异性较低。低变异性是由于两个地区的地理相似性和两个地区种植相似的面包小麦品种。TTSSK小种与TTKSK不同，在Sr36和Sr13+17上具有额外的毒力，但在其他Sr基因上两个小种相似。Race TTTSK与TTKSK在Sr13+17上具有相似的附加毒力，但在Sr36上具有不同的附加毒力。它们中的大多数都与致病的Sr基因相似。菌株间毒力的变化主要是由于菌株间的主要进化过程引起的页面表人口(20.］．由于缺乏对埃塞俄比亚小麦品种的基因型和r基因的分子分析，特别是哈拉格地区，实际的进化页面表小麦品种的小种及其与抗性的共同进化无法分别确定。这通常表明了病原体毒性的进化、种族谱系以及宿主基因在毒性进化中的作用[21，22］．

3．2．毒性的小麦锈菌f . sp。tritici来自东哈拉格区和西哈拉格区

寄主与病原菌的相互作用表明，所有东哈拉尔热分离株茎杆f . sp．tritici在Sr基因Sr13+17、SrTmp和Sr24的差异宿主系上均无毒(表5）.在3个Sr基因中，携带抗病基因Sr24和SrTmp的差异基因型对100%的病原菌菌株具有抗性，而携带抗病基因Sr13+17的差异基因型对75%的地区鉴定的小种具有抗性。具有Sr36的差异系对50%的小种具有抗性，而对50%的小种敏感。与本研究类似，小麦茎锈病抗性基因Sr36对世界上大多数种族都有效[14，23但它表明在一些国家感染率很高，包括埃塞俄比亚[24，25］．

同样，从西哈拉格地区收集的小麦茎锈病分离株的毒力/毒力反应表明，具有抗性基因SrTmp和Sr24的差异系对病原菌小种的抗性达到100%。具有抗性基因Sr13+17的差异系对83%的病原菌小种具有抗性。具有抗性基因Sr13+17、Sr24和SrTmp的差异系对Ug99和几乎所有其他品种均有抗性。因此，本研究建议对这些基因的进一步分析将证明它们在埃塞俄比亚小麦生产系统中的有效利用。同样需要注意的是，在肯尼亚检测到的对Sr24有毒性的Ug99变异，在本研究中没有检测到。对两区分离菌株有效抗性基因的比较表明，Sr24和SrTmp对所有小种均有效。

菌株表现出毒力/毒力的不同宿主基因的数量见图1．

4.摘要和结论

病原菌分离株的变异性研究是由14个强毒株分为10个小种进行的。TTGSK、PTJQK、TTKSK和TRSSK是东哈拉格地区特有的种族，TTTSK和TTJQK则是西哈拉格地区特有的种族。但是，TTSSK和TTJQK在这两个区域都很常见。高毒优势种为TTSSK，在Hararghe东部和西部地区发病率分别为25%和50%。值得注意的是，在本研究中，东哈拉格的TTKSK和TTSSK以及西哈拉格的TTTSK和TTSSK是通过它们的攻击性被知道的。TTSSK小种与TTKSK不同，在Sr36和Sr13+17上具有额外的毒力，但在其他Sr基因上两个小种相似。Race TTTSK与TTKSK在Sr13+17上具有相似的附加毒力，但在Sr36上具有不同的附加毒力。虽然在两个区域中发现了种族间的差异，但大多数种族在两个区域中出现的频率较高。发病频率高，说明调查地区致病变异程度低。这可能是由于Hararghe两个地区的农业生态相同，并且种植了相似的面包小麦品种。

在Hararghe东部和西部主要季节采集的病原菌分离株的毒力/毒力反应表明，病原菌间的变异率较低。菌株Sr13+17、Sr24和SrTmp对大多数病原菌菌株均具有抗性。抗性基因SrTmp和Sr24对100%的病原菌具有抗性，而抗性基因Sr13+17的差异系对79%的病原菌具有抗性。携带抗性基因Sr36的差异宿主对43%的分离株有效。因此，将差异寄主系Sr24、SrTmp和Sr13+17中发现的抗性基因纳入茎秆锈病防治的育种计划，将有助于另一位研究者的研究。特别是通过关注对不同类型的抗性基因和新出现的病原体变种具有毒性的Ug99品种。因此，埃塞俄比亚农业研究所和其他政府和非政府组织必须随着时间的推移监测和评估病原体种群，以进一步减少毒力进化，并确保目前有效的抗性基因应用于抗性基因管理策略系统。

缩写

客服人员:	中央统计机构
嗯:	东Hararghe
EWRTN:	埃塞俄比亚小麦锈病陷阱苗圃
哈尔:	Holeta农业研究
KARC:	库伦萨农业研究中心
Sr:	抗茎锈病基因
WH:	西方Hararghe。

数据可用性

用于支持本研究发现的数据可由通讯作者要求提供。

信息披露

没有为这项研究工作提供商业基金。但是Wolkite大学和Haramaya大学研究副校长办公室只提供样品制备和分析服务费用的资金。

的利益冲突

我们声明我们没有利益冲突。

致谢

我们特别感谢Wolkite大学研究和社区服务理事会在研究项目执行过程中给予的财政支持和鼓励。感谢农业与自然资源学院对本研究项目的积极评价和支持。感谢东、西哈拉格区农业和农村发展办公室为调查工作提供的必要信息。衷心感谢库伦萨农业研究中心在我们进行温室变率研究实验期间给予的宝贵帮助、指导和合作。

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