硬粒小麦EMS突变体对条锈病增强抗性及其对其他真菌病害的差异响应机制研究

这篇研究通过乙烷甲基磺酸(EMS)诱变和功能基因组学技术，在硬粒小麦(Triticum turgidum subsp. durum cv 'Kronos')中筛选出16个持久性条锈病(Pst)抗性突变体(EDR)，其中13个对多种真菌病原体表现广谱抗性，5个呈现自发坏死斑表型。研究利用长读长基因组测序将抗性位点定位至1B染色体175 Mb区间，为小麦抗病育种和植物免疫机制研究提供了兼具表型特征与基因组资源的新种质。

　　

引言

条锈病由专性活体营养型真菌Puccinia striiformis f. sp. tritici (Pst)引起，全球88%小麦产区易感，年损失可达10亿美元。尽管化学防治有效，但部署遗传抗性更可持续。当前主要依赖Yr基因（如Yr5、Yr15等），但新致病小种不断出现，亟需发掘持久抗性资源。

结果

16个持久抗条锈病EDR系
通过2000个EMS突变M₃
家系筛选，获得16个四年田间试验IT值≤3的EDR系。其中Kr3186表现苗期抗性，其余多为成株抗性。按坏死斑表型分为五类：I类无肉眼坏死（Kr244）；II类30%叶面积坏死（13系）；III类80%斑点状坏死（Kr3737）；IV类叶尖大斑（Kr2053）；V类条带状融合斑（Kr3339）。

温度依赖性自体免疫表型
5个EDR系在无病原体时形成自发坏死斑，低温（16°C/10°C）增强表型。RT-qPCR显示自体免疫系中病程相关基因Pr1、Pr2和Zeamatin-like protein (Zlp)表达上调，与坏死程度正相关。

多病原体互作谱
13/16 EDR系对叶锈病(Puccinia triticina)、赤霉病(Fusarium graminearum)等表现交叉抗性。自体免疫系对Septoria tritici blotch (STB)易感性增加，但对FHB响应无显著差异。值得注意的是，Kr244（无自体免疫）对STB抗性优于野生型。

基因组定位与候选基因
基于Kronos长读长基因组，将Kr620抗性位点定位至1B染色体300-475 Mb区间。通过QTL-seq分析发现15个错义突变在抗性群体中高频出现，涉及UPF1（RNA降解因子）等免疫相关基因。在5个自体免疫系中鉴定出22个错义突变，包括拟南芥EXO70B1（外泌体亚基）的同源基因突变。

材料与方法

病原体挑战体系
条锈病采用田间接种Pst混合小种，按0-9级IT标准评分；STB采用自然感染田1-5级评分；FHB通过单花滴注法接种GZ3639菌株，统计14/21天病小穗率。

突变体创制与验证
EMS诱变群体通过外显子捕获测序鉴定突变，使用MAPS流程分析SNP。自体免疫表型在诺里奇（英国）和戴维斯（美国）两地验证温度依赖性。

讨论

该研究建立的EDR系兼具基础研究与育种应用价值：

1. 自体免疫突变体为研究温度调控的细胞死亡通路提供模型，其与Yr基因的互作机制值得深入探索；
2. 1B染色体抗性区间包含多个NLR类免疫受体候选基因，需通过基因编辑验证功能；
3. 抗性-产量权衡分析显示EDR系千粒重无显著降低，但需开展全生育期农艺性状评估。

研究首次在四倍体小麦中系统解析了EMS突变体对生物营养型与坏死营养型病原体的差异化响应规律，为设计多病害协同防控策略提供了理论依据。