梁爽，李兴锋

（山东农业大学农学院，山东 泰安 271018）

小麦是世界上重要的粮食作物，产量占粮食总产量的20%以上。随着全球气候变暖，生物胁迫和非生物胁迫频发，小麦产量和品质受到严重影响。免耕将植物残茬留在土壤表面，使病菌得以越冬，从而增加了第二年病菌的有效接种量，导致叶枯病发生严重［1］。此外，小麦集约化生产，包括单作和易感品种的种植，都会导致叶枯病在世界各地的流行比例扩大［2］。

植株感病后，叶片产生病斑，叶耳畸形，茎秆萎缩死亡，叶片同化能力下降。因此叶枯病会严重降低叶片的光合作用效率和籽粒的灌浆，造成小麦结实率下降、麦粒空瘪、种皮变褐，从而导致产量损失及品质恶化［2，3］。使用杀菌剂防治叶枯病费用高且有农药残留，最生态环保、经济有效的方式就是提高寄主抗性水平［3，4］。因此本文对叶枯病的类型及抗病基因进行综述，以期为提高小麦对叶枯病的持久抗性提供理论依据。

1 小麦叶枯病类型及特点

小麦叶枯病有多种，其中壳针孢叶枯病（Septoria triticiblotch，STB）、颖枯病（Septoria nodorumblotch，SNB）、褐斑病（tan spot）和蠕孢叶枯病（spot blotch）［2］是世界上4种主要小麦叶枯病。

1.1 壳针孢叶枯病

STB是由Zymoseptoria tritici引起的一种真菌性病害［2］，在北美、东非、南美洲，特别是亚洲中部和西北地区最为严重。病害发生最佳温度为22℃，最适湿度需≥85%［5］，长时间凉爽和潮湿的地区更适宜该病害的发展。对于易感品种来说，不适的外界环境只能延缓病害的发生，并不能减轻感病程度［6］。

植株最初感染部位为下部叶片，叶脉间形成椭圆形淡绿色至黄色病斑。随着病害的发展，斑点相互连接成棕色大病斑，病变中心有稻草色轻微坏死，常伴有许多可见的黑棕色球状或凝胶状的分生孢子器。如果环境条件持续适宜，病害可发展到上部叶和穗状花序，严重时导致叶和麦穗干枯。

1.2 褐斑病

褐斑病由Pyrenophora tritici－repentis（Ptr）引起，在北美（加拿大、美国、墨西哥）、南美（巴西、阿根廷、乌拉圭）、加勒比海、南亚和澳大利亚盛行。生长季节频繁降雨不仅利于小麦的生长，同样利于病害的发展。

感染后的小麦叶片产生小的椭圆形或菱形斑点，随着感染加重，病斑扩大变成褐色。病斑边缘呈淡黄色，斑点中心呈黑褐色，类似于“眼斑”。受到感染的籽粒在种皮上会产生“红色污点”，但籽粒不会皱缩。

1.3 颖枯病

SNB是一种由Parastagonospora nodorum引起的种传病害，全球小麦种植区均有发生。气候温暖（22～27℃）和潮湿地区更为流行，如美国东南部、加拿大、欧洲中部和西部地区、巴西南部和澳大利亚［7，8］。

典型性状为颖壳和叶片产生病斑［2，7］。随着病情的加重，植株下部叶产生的黄色病斑逐渐发展成红棕色。发病后期病斑成透镜状，没有明显的黄色边缘，中间呈灰褐色，内部常伴有黑色小斑点［9］。开花期后，潮湿天气会引起颖壳发病。麦穗上的病斑通常从顶端开始发生，严重时整个穗部的颖片变成深棕色或深紫色，这一发病时期称为“颖枯病”。颖枯病感染严重时会导致籽粒干瘪。

SNB涉及一种寄主选择性毒素（HST），P.nodorum能通过产生毒素引发病征，增加病害的严重性。植株内部存在的敏感基因与毒素相互作用，导致田间敏感性增加［2，10］。

1.4 蠕孢叶枯病

蠕孢叶枯病是由Bipolaris sorokiniana侵染引起的真菌性病害，全世界小麦主产区均有发生，南美、南亚等国家发生较重。中国西南、东北、黄淮南片和长江流域都有不同程度的发病。

通常在小麦抽穗期，病原菌开始侵染叶片，形成较小的坏死斑，之后病斑逐渐扩大成片状枯死，甚至沿叶脉连成大片坏死直至叶片完全枯死。一般情况下，该病从下部叶片逐渐往上部叶片发展。在湿度较大和阴雨条件下，坏死病斑上逐渐生长出霉菌孢子堆，同时伴随多种真菌的寄生，如链格孢（Alternaria tritcina）等。B.sorokiniana还会导致根腐病的发生，引起分蘖节、根系和基部叶片的感染；对穗部的侵染会引起种子黑胚。

4种叶枯病的病害循环特点相似。病原菌以子囊孢子的形式寄生在小麦秸秆、受感染的种子或越冬植物上；分生孢子可在当季发生的病斑中产生。在小麦生长季，病原菌的分生孢子或子囊孢子通过风雨传播，然后直接由气孔或伤口侵入植株，从而引起发病（图1）［8］。释放出的孢子通常需要经过12～18 h才会感染。如果环境长时间保持湿润，病斑会产生大量的分生孢子，孢子被吹到其他植株上形成新的感染。

图1 叶枯病病害循环示意图

2 小麦叶枯病抗性基因研究现状

目前，在小麦中已经鉴定到多个对褐斑病（Tsr）、壳针孢叶枯病（Stb）、颖枯病（Snn）和蠕孢叶枯病（Sb）抗性的基因和数量性状位点（QTL）。

2.1 壳针孢叶枯病

STB的抗性基因被称为Stb。迄今为止，已成功在除5D染色体外的其余染色体上鉴定出22个抗 性 基 因（Stb1～Stb19、StbSm3、StbWW、TmStb1）和89个QTL位点或meta－QTL的基因组区域［11，12］。

抗性基因具有基因特异性，其与病原菌的相互作用模式符合基因对基因的关系。目前已发现并绘制了22个抗性基因图谱（表1）。

表1 小麦中抗壳针孢叶枯病的主要基因

数量抗性由许多微效基因控制，对所有Z.tritici分离株具有广谱抗性。一些QTL被定位在抗性基因附近，特别是Stb6附近。在鉴定的89个区域中，QTL有62个，meta－QTL有27个；苗期表现抗性的有27个，成株期有48个，两时期都表现抗性的有14个［11］。

2.2 褐斑病

死体营养型病原菌Ptr产生的坏死效应物（NE），也称为HST，可破坏小麦免疫系统，导致小麦坏死或黄化［30］。在Ptr－小麦的致病系统中，已经鉴定了3个NEs与寄主敏感基因相互作用，包括Ptr ToxA、Ptr ToxB和Ptr ToxC。Ptr ToxA与Ptr ToxB都是蛋白，但Ptr ToxA会引起坏死，Ptr ToxC与Ptr ToxB相同，只会导致小麦褪绿，不会引起坏死［31］。

NEs与相应的寄主敏感基因以反向的“基因对基因”的相互作用方式导致褐斑病的发生［32］。寄主敏感基因Tsn1、Tsc2和Tsc1分别被定位到小麦染色体臂5BL、2BS和1AS上，其中Tsn1对Ptr ToxA敏感，Tsc2对Ptr ToxB敏感，Tsc1对Ptr ToxC敏感［19，32－34］。Tsn1已被成功克隆，其在结构上与抗病基因相似，这表明Ptr能够阻断小麦对病害的防御途径。

目前，已定位到4个主要褐斑病抗性基因（Tsr）位点，包括小麦3BL上的Tsr2、3DL上的Tsr3、3AL上 的Tsr4和3BL上 的Tsr5和Tsr7［35－39］。Tsr2～Tsr5都是隐性抗性基因，由此推测Tsr2～Tsr5可能是与未知的NEs相互作用的敏感基因［30］。Tsr7是一个对Ptr小种具有非特异性抗性的显性单基因［39］，该基因的克隆和利用对抗褐斑病育种具有非常重要的意义。

抗性基因和QTL抗性位点相结合，可以提高小麦对褐斑病的抗性。已鉴定到100多个与褐斑病抗性相关的QTL位点，其中129个被成功定位到连锁图谱上。在这129个QTL中，有23个为单个QTL，其余106个QTL聚类为20个meta－QTL［31］。

2.3 颖枯病

小麦中已鉴定并命名的Snn基因有9个，分别在小麦染色体臂1AS、1BS、2DS、2DL、4BL、5BS、5DS、5BL和6AL上。

Snn基因与SNB病原菌的NEs以反向的“基因对基因”的相互作用方式加重了小麦对SNB的感病程度［40］。目前已鉴定了8个P.nodorum病原菌的有毒基因（ToxA、Tox1～Tox7）和9个寄主敏感基因（Tsn1、Snn1、Snn2、Snn3－B1、Snn3－D1、Snn4～Snn7）［8］。其中褐斑病的敏感基因Tsn1与ToxA相互作用，P.nodorum敏感基因Snn1与Tox1、Snn2与Tox2、Snn3与Tox3、Snn4与Tox4、Snn5与Tox5、Snn6与Tox6、Snn7与Tox7相互作用［41］。Snn基因和NEs的相互作用可能是递增的，如果病原效应器能匹配到两个敏感基因，会导致植株更大程度感病［40］。

近几年，小麦幼苗期及成株期抗性QTL位点被广泛研究和挖掘。幼苗期QTL抗性位点在除1D和3D外的其余19条染色体上都有发现，其中部分位点与成株期抗性也有关系［8，42］。成株期QTL位点分布在16条染色体（1A、1B、2A、2B、2D、3A、3B、4A、4B、5A、5B、6A、6B、7A、7B和7D）上［8］。在1B、2A、2D和5B染色体上检测到旗叶抗性QTL位点，如Qns108.daw－1B、QHD08.daw－5B等；在2D和4B染色体上鉴定出颖壳抗性位点，如QSng03.purL－2D、QSng04.daw－4B［43］。

2.4 蠕孢叶枯病

目前已成功在除3D、4A、5D、6B染色体外的其余染色体上发现抗蠕孢叶枯病的基因和QTL位点。迄今为止小麦中主要符合孟德尔遗传定律的抗性基因分别定位在7DS（Sb1）、5BL（Sb2）、3BS（Sb3）和4BL（Sb4）上［44－47］。Sb1是一因多效基因，其与Lr34相关，除了抗锈病和白粉病及引起叶尖坏死的同时，还具有对蠕孢叶枯病的抗性，对小麦的抗性育种具有非常重要的意义［47］。Sb2被定位在5BL上的Xgwm639～Xgwm1043之间［45］。利用混合分组分析（BSA）和简单重复序列（SSR）技术将Sb3定位在3BS的Xbarc133～Xbarc147之间。2020年，通过BSR－sec技术开发与其紧密连锁的分子标记，将Sb4定位在标记B6811和B6901之间的4BL上7.14 cM的遗传区间［44］。

与蠕孢叶枯病抗性相关的QTL位点也有报道。Kumar在“Ning 8201”דSonalika”的杂交群体定位到4个QTL位点，分别位于2AS、2BS、5BL和7DS染色体上［48］。QSb.cim－1B、QSb.cim－3B和QSb.cim－5A三个QTL位点来源于合成面包小麦SYN1［49］。

研究发现，在小麦－B.sorokiniana的致病系统中，ToxA是唯一已知的与寄主敏感基因Tsn1相互作用的有毒基因，其编码HST的产生［50］。Tsn1的存在有助于含有ToxA的病原菌对寄主产生致病效应。所以选择缺失Tsn1的小麦同样有利于提高小麦植株对蠕孢叶枯病的抗性［50］。

3 展望

壳针孢叶枯病、颖枯病、褐斑病和蠕孢叶枯病是4种主要由真菌引起的小麦叶枯病，多发生在气候潮湿温暖的小麦产区，危害严重时可造成50%的产量损失［2］。与白粉病和叶锈病相比，小麦叶枯病的研究还处于初级阶段。迄今为止小麦中已发掘出多个叶枯病抗性基因及QTL位点。Stb6是第一个被克隆的抗叶枯病基因，该基因编码一个保守的胞壁关联类受体激酶蛋白，该蛋白能识别与其相匹配的质外体效应物，在未产生超敏反应的情况下提供植株抗病能力［51］。Stb16q是继Stb6之后克隆的第二个Stb基因，其对所有已报道的Z.tritici分离株具有广谱抗性。该基因编码一种质膜富含半胱氨酸的类受体激酶（RLK），该激酶在感染初期能减缓病原体的渗透和细胞间生长［52］。两个基因编码的类受体激酶属于两个不同的亚族，说明二者参与STB抗性的分子机制不同［52］。

虽然已经鉴定出一些抗性QTL位点和基因，但真正被应用到育种上的基因相对较少。究其原因，小麦与病原菌之间的复杂关系导致部分抗性基因无法发挥作用。带有Stb7抗性基因的小麦品种可以特异性识别无毒基因效应因子Avr3D1，从而引发强烈的防御反应，但不会阻止病原体的感染和繁殖［53］。因此，研究病原真菌和宿主之间的作用关系是目前小麦抗病育种的重要出发点。寄主抗病（R）基因与病原菌内部的无毒基因存在“基因对基因”的关系，当R基因编码的蛋白产物特异识别无毒基因的效应因子（Avr）时，植物可产生一系列极端的抗性反应，如超敏反应等。

通常寄主敏感基因的缺失会提高小麦对叶枯病的抗性［50］。真菌病原体B.sorokiniana、Ptr和P.nodorum的基因组中都携带有毒基因ToxA，其控制HST的产生［54］。病原菌内的有毒基因可与寄主内部存在的敏感基因以“基因对基因”的反向方式相互作用，其中病原菌的毒性通常取决于寄主敏感基因的存在。研究发现，当使用含有ToxA的B.sorokiniana菌株分别接种含有ToxA和不含有ToxA敏感基因的小麦品种时发现，含有ToxA的幼苗产生了坏死病斑［50］。ToxA能产生坏死效应物，一旦寄主中有敏感基因的存在，即使有R基因也会促进感染。植物内部的R基因通常具有核苷酸结合位点（NBS）和富亮氨酸重复序列（LRR）或丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶（S／TPK）结构域；而寄主敏感基因Tsn1在结构上与抗病基因类似，具有S／TPK和NBS－LRR结构域［55］，这表明死体营养型真菌产生的坏死效应物可破坏植物对其他病原菌的抗性［56］。因此，对寄主－病原菌致病机理进行研究同样也是抗病育种工作的关键。

因此，鉴定现有的抗病资源、探究叶枯病抗病机制、挖掘新的抗病基因、开发新的抗病研究方向，从而提高小麦对叶枯病的持久抗性，才能真正有效控制叶枯病的发生，减少由于该病害造成的经济损失。