喜马拉雅近缘区小麦黄锈病抗性基因的挖掘与分布特征解析

这篇研究通过巢式关联作图（NAM）技术，揭示了亚洲传统小麦品种中两个潜在新型黄锈病（YR）抗性位点（3D和5B染色体），并阐明了抗性基因在喜马拉雅高病害压力区的分布规律。研究结合多环境表型分析和QTL定位，证实了抗性基因Lr34/Yr18/Sr57和Lr67/Yr46/Sr55的跨病害保护作用，为小麦抗病育种提供了兼具广谱性和持久性的遗传资源。

　　

喜马拉雅近缘区小麦黄锈病抗性的遗传解析

摘要与关键信息
全球小麦生产正面临黄锈病（YR）病原菌Puccinia striiformis f. sp. tritici（Pst）的严重威胁。本研究聚焦喜马拉雅近缘区——被推测为Pst的起源地，通过构建包含24个亚洲传统与现代小麦品种的巢式关联作图（NAM）群体，结合墨西哥和瑞士多地田间试验，揭示了两个潜在新型抗性位点QYr.uzh-3D.1和QYr.uzh-5B，以及已知多病害抗性基因Lr34/Yr18/Sr57（7D染色体）和Lr67/Yr46/Sr55（4D染色体）的分布特征。

材料与方法
NAM群体以日本品种Norin 61为共同父本，与来自尼泊尔、巴基斯坦、中国和日本的24个母本杂交，衍生出13个家系共1060个重组自交系（RILs）。在人工接种条件下评估了成株期YR、叶锈病（LR）和秆锈病（SR）抗性，采用GRAS-Di基因分型技术构建共识图谱，利用statgenMPP软件进行多亲本QTL分析。

主要发现

1. 抗性表型的地理分布：传统品种中，尼泊尔品种NP2和NP4表现出近免疫水平，而中国四川低地品种CS和CN4显示中度抗性。现代日本品种普遍易感，印证了亚洲种质在现代育种中的低代表性。
2. QTL定位结果：
   • 新型位点：QYr.uzh-3D.1（3D染色体短臂近着丝粒区）为尼泊尔品种NP4特有，解释表型变异（PVE）达20.8-25.6%；QYr.uzh-5B（5B染色体长臂29.3 Mb区域）在多个家系中广泛分布，尤其在病害高发区品种中富集。
   • 已知基因：Lr34/Yr18/Sr57（7D染色体43.2 Mb）的抗性单倍型仅存在于喜马拉雅山脉以东品种，而Lr67/Yr46/Sr55（4D染色体108.6 Mb）仅在巴基斯坦品种PK1中检测到。
3. 抗性机制：抗性叠加效应显著，例如携带QYr.uzh-5B和QYr.uzh-3D.1的NP4家系实现近免疫，支持多基因聚合策略在高病害压力区的应用价值。

讨论与意义

1. D基因组的重要性：3D、4D和7D染色体上的抗性位点均源自小麦D基因组供体Aegilops tauschii，暗示多倍化过程中该基因组对病原适应的贡献。
2. 生态适应性：QYr.uzh-5B在喜马拉雅南北麓的广泛分布提示其可能经历长期自然选择，具备持久抗性潜力；而QYr.uzh-3D.1的局域性分布或反映病原种群隔离。
3. 资源保护：研究表明传统品种是抗性基因的宝库，尤其在病害起源地，亟需通过基因库和原位保护避免遗传侵蚀。

结论
本研究首次系统解析了喜马拉雅近缘区小麦YR抗性的遗传架构，为抗病育种提供了QYr.uzh-3D.1和QYr.uzh-5B等靶点。未来需通过精细定位和功能验证明确这些位点的分子机制，并探索其与已知抗性基因的协同效应。