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为探究小麦条锈病（Puccinia striiformis）抗性遗传及环境影响，研究人员开展相关研究，发现相关单倍型，助力培育抗病品种。
# 澳大利亚小麦抗条锈病研究：解锁遗传密码，守护粮食安全
在全球粮食生产的大舞台上，小麦扮演着举足轻重的角色，它是近 40% 人口的主要食粮，每年超 77800 万吨的产量，为全球经济贡献超 1500 亿美元。然而，小麦的生长之路却充满坎坷，各类病害成为其高产路上的 “拦路虎”，其中条锈病（Puccinia striiformis）尤为猖獗，在 60 多个国家肆虐，让小麦产量大幅 “缩水”，严重时甚至能让易感品种颗粒无收。
早期，小麦育种家们把希望寄托在全生育期抗性（ASR）基因上，这些基因就像勇猛的 “战士”，能诱导出针对特定小种的超敏反应，从而阻挡病菌的侵害。但病菌也在不断 “进化升级”，新的毒性小种不断涌现，使得曾经威力强大的 ASR 基因纷纷 “败下阵来”，引发了多次全球条锈病大流行。为了应对这一困境，澳大利亚的小麦育种家们将目光转向了成人植株抗性（APR），它在小麦成年期发挥作用，且具有非小种特异性，被视为更持久的抗性 “武器”。但 APR 的表达容易受到环境的影响，在不同的生长条件下，其抗性效果差异很大，这让育种家们在培育稳定抗性品种时犯了难。
为了攻克这一难题，来自昆士兰大学等机构的研究人员踏上了探索之旅，相关研究成果发表在《Theoretical and Applied Genetics》上。他们的研究聚焦于解析澳大利亚小麦育种群体中成年植株抗条锈病的遗传基础，以及抗性与环境之间的复杂关系，旨在为培育出能在不同环境下稳定抗条锈病的小麦品种提供有力支撑。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是多环境试验（MET）分析，通过对 10 个环境中 35986 个自交系的评估，深入探究基因型与环境的互作效应；其次是基于单倍型的定位方法，采用局部基因组估计育种值（GEBV）技术，精准识别与条锈病抗性相关的单倍型；同时，对 20829 个个体进行基因分型，利用 15301 个单核苷酸多态性（SNP）标记，结合数据处理和群体结构分析，全面了解群体的遗传特征。
研究结果
- 条锈病抗性的广泛变异：在所有 10 个环境中，小麦对条锈病的反应存在显著差异，病害评分跨度从 1 到 9，平均原始病害评分在 3 - 6 之间，这表明澳大利亚小麦育种群体中存在丰富的条锈病抗性遗传变异。
- 群体结构分析：主成分分析显示，该育种群体具有中等结构，可分为四个明显的簇。不同簇包含的品种各有特点，如簇 1 包含适应澳大利亚东西海岸的商业品种和先进育种系；簇 2 主要是源自 Wyalkatchem 小麦品种的商业品种和育种系等。
- 基因型 - 环境互作：MET 分析表明，不同环境下基因型的排名存在显著的交叉和尺度型 G x E 互作。因子分析模型（FA4）在捕捉遗传方差方面表现最佳，能解释 94.44% 的遗传方差，且在 9 个环境中解释的方差超过 90%。同时，环境间的遗传相关性也进一步证实了 G x E 互作的存在。
- 条锈病抗性相关单倍型：通过局部 GEBV 分析，共鉴定出 32 个与条锈病抗性相关的高方差单倍型块。其中 23 个是特定分析组独有的，9 个在至少两个不同组中出现。部分单倍型块包含已知的条锈病抗性基因（Yr 基因）或数量性状位点（QTL），还有 9 个未包含已知相关基因或 QTL，具有作为新抗性来源的潜力。
- 单倍型堆叠的效果：通过计算机模拟单倍型堆叠，发现对于部分组（如 Non - G x E 和 pnp），随着抗性单倍型数量的增加，病害评分呈线性下降，表明堆叠抗性单倍型可有效提高小麦对条锈病的抗性；但在 pnn 组中，未观察到这种线性关系。
研究结论与讨论
本研究成功解析了澳大利亚小麦育种群体中与条锈病抗性相关的基因组区域，明确了稳定抗性和环境特异性抗性的遗传基础。研究发现环境因素对 APR 的表达影响巨大，这为后续深入研究环境因素如何影响抗性提供了方向。同时，研究鉴定出的新抗性单倍型和具有环境稳定性的抗性单倍型，为小麦育种提供了宝贵的资源。育种家们可以根据不同的育种目标，选择合适的单倍型进行组合，培育出适应不同环境的抗条锈病小麦品种。
然而，本研究也存在一定的局限性，由于商业育种数据集的限制，缺乏详细的天气和土壤信息，且各 iClass 数据集不平衡。未来的研究应尽可能收集更多的环境数据和详细的病原菌信息，利用先进的混合模型深入剖析环境变量和病原菌特征对条锈病抗性的影响，从而更好地指导小麦品种的设计和培育，为全球粮食安全筑牢坚实的防线。
