小麦地方品种AGG40807WHEA1中全生育期抗条锈病基因YrV1和YrV2的基因组分析与分子标记开发

本研究针对小麦条锈病（Puccinia striiformis f. sp. tritici, Pst）抗性基因频繁失效的问题，通过筛选瓦维洛夫小麦地方种质资源，鉴定出携带新型全生育期抗性基因YrV1和YrV2的品系AGG40807WHEA1。研究人员利用比较基因组学和KASP标记技术，将YrV1和YrV2分别定位到3BS（3.48-3.98 Mb）和7BL（730.2-731.2 Mb）染色体区域，发现YrV1可能为非NLR（Nucleotide-binding and Leucine-rich Repeat）型基因，而YrV2与已知基因Yr67存在等位性关联。该研究为小麦抗病育种提供了新基因资源和高效分子标记，对保障全球粮食安全具有重要意义。

　　

小麦条锈病的威胁与抗性基因的困境
小麦条锈病由真菌病原体Puccinia striiformis f. sp. tritici（Pst）引起，是威胁全球小麦生产的首要病害之一。随着气候变化，新型Pst生理小种不断涌现，其适应高温环境的能力增强，导致传统抗性基因（如Yr1、Yr5等）相继失效。据统计，21世纪以来在非洲、南美和澳大利亚爆发的条锈病流行，均与病原体毒性变异相关。更严峻的是，部分Pst菌株已对常用杀菌剂产生耐受性，使得抗病育种成为最可持续的防控策略。

在这一背景下，瓦维洛夫小麦地方种质库（Vavilov wheat landrace collection）因其丰富的遗传多样性，成为挖掘新型抗性基因的宝库。Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization（CSIRO）农业与食品部门的研究团队联合澳大利亚多所高校，对296份瓦维洛夫种质进行抗性筛选，发现印度来源的品系AGG40807WHEA1对澳大利亚主要Pst小种（包括134 E16 A+、110 E143 A+等）表现出广谱抗性。

技术方法精要
研究采用90K SNP芯片进行批量分离分析（BSA），结合中国春（Chinese Spring, CS）参考基因组和10+小麦泛基因组数据定位抗性基因。通过MutRenSeq（突变体抗性基因富集测序）技术预测候选基因，并开发KASP（Kompetitive Allele-Specific PCR）标记用于分子标记辅助选择。验证群体包括123份六倍体小麦、15份四倍体小麦和14份黑小麦品种。

研究结果解析
1. 双基因抗性系统的发现
通过AGG40807WHEA1与感病品种Avocet S（AvS）的杂交群体分析，发现抗性由两个独立基因控制：YrV1介导强抗性（感染型IT 0-1+），YrV2产生特征性波纹状中度抗性（IT 2c）。双基因组合可显著增强抗性稳定性。

2. YrV1的精细定位与特性

• 染色体定位：YrV1位于3BS染色体3.48-3.98 Mb区间，与已知基因Yr57共享标记IWB72134和IWB71814，暗示二者可能为同一基因。
• 非典型抗性机制：MutRenSeq分析未检测到NLR基因变异，且比较基因组显示CS参考基因组中该区域缺乏激酶编码基因，提示YrV1可能通过非经典途径介导抗性。

3. YrV2的等位性争议
YrV2定位于7BL染色体730.2-731.2 Mb，其波纹表型与印度品种VL Gehun 892中的Yr67高度相似。尽管多小种测试显示反应谱差异，但标记IWB69562在72份印度圆粒小麦（T. aestivum ssp. sphaerococcum）中的高频分布，支持YrV2与Yr67的同源性。

4. 分子标记的实用化验证
开发的KASP标记IWB71814（YrV1）和IWB69562（YrV2）在澳大利亚主栽品种中验证率达92%，为抗性基因快速导入育种提供了工具。

结论与展望
该研究首次揭示了瓦维洛夫种质AGG40807WHEA1中YrV1/YrV2双基因系统的抗性机制，其非NLR型抗性（YrV1）和潜在的新等位基因（YrV2）为小麦抗病育种提供了新思路。尤为重要的是，研究建立的分子标记体系可直接应用于育种实践，例如通过标记辅助选择将YrV1与慢锈基因Yr46聚合，有望延长抗性持久性。未来需通过图位克隆明确YrV1的分子本质，并评估其在田间复杂病原群体下的表现。

这项发表于《Theoretical and Applied Genetics》的成果，不仅丰富了小麦抗条锈病基因库，更展示了传统种质资源在现代基因组学技术下的挖掘潜力，为应对作物病害演化挑战提供了范式。