小麦基因型与环境互作分析揭示抗白粉病和条锈病稳定种质资源筛选新策略

本研究针对小麦白粉病(PM)和条锈病(YR)造成的严重产量损失问题，通过多环境试验评估142个小麦基因型的抗病稳定性。研究人员采用AMMI和GGE双标图分析，鉴定出Pollmer/CTY88.547等3个兼具PM和YR抗性的优良基因型，并确定Kukumseri为最佳抗病筛选环境。该研究为小麦抗病育种提供了重要种质资源和选址策略，对实现可持续病害防控具有重要意义。

　　

小麦作为全球三分之一人口的主粮作物，其生产持续受到白粉病(PM)和条锈病(YR)的严重威胁。这两种由Blumeria graminis f.sp.tritici(Bgt)和Puccinia striiformis f.sp.tritici(Pst)引起的病害，在印度北部山区和西北平原地区尤为猖獗，可导致13-100%的产量损失。虽然杀菌剂能有效控制病害，但长期使用会引发病原菌抗药性和环境污染问题。因此，培育抗病品种成为最可持续的解决方案。然而，现有商业品种大多易感，且抗性往往短暂而不稳定。面对病原菌新小种快速进化和复杂的环境互作，如何筛选出广谱、稳定的抗病种质资源成为育种家和病理学家亟待解决的难题。

来自CSK Himachal Pradesh农业大学等机构的研究团队在《BMC Plant Biology》发表了一项开创性研究。他们通过对142个小麦基因型在4个PM和3个YR热点地区的多环境测试，结合先进的统计模型，成功鉴定了兼具双重抗性的优良基因型，并优化了抗病筛选的试验选址策略。这项研究为小麦抗病育种提供了科学依据和实践指导。

研究团队采用了AMMI（加性主效应和乘积互作）模型和GGE（基因型主效应加基因型×环境互作）双标图分析等前沿统计方法。这些方法能有效解析基因型(G)、环境(E)及其互作(GEI)对病害表达的贡献。试验材料包括来自ICAR-IIWBR、CIMMYT和Punjab农业大学的142个基因型，分别在Malan、Kukumseri、Palampur和Keylong等不同生态区设置试验点。研究人员系统评估了苗期和成株期的病害严重度，计算了AUDPC（病害进展曲线下面积）、rAUDPC（相对AUDPC）和侵染速率(r)等关键参数。

AMMI方差分析揭示关键影响因素
分析显示，PM和YR的发病严重度在基因型间存在极显著差异(P<0.001)。对于PM，GEI贡献了44.64%的变异，基因型效应占36.25%，环境效应占19.11%。YR方面，基因型效应贡献最大(51.94%)，其次是GEI(40.27%)和环境效应(7.78%)。前三个主成分分别解释了PM的58.17%、27.36%和14.46%的GEI变异，而YR的前两个主成分解释了73.77%和26.22%的变异。基于RMSPD值，AMMI F模型对两种病害数据集都具有最佳预测准确性。

测试环境的鉴别力与代表性
AMMI1双标图显示，E2(Kukumseri 2016)和E4(Palampur 2017-18)最有利于PM发病，En1(Kukumseri 2016)和En3(Malan 2016-17)最有利于YR表达。AMMI2分析表明E1、E2和E3对PM，En1、En2和En3对YR具有最强鉴别力。GGE双标图将测试地点划分为两个"超级环境"：ME-I包含E2(PM)和En1、En3(YR)，ME-II包含E1、E3、E4(PM)和En2(YR)。"环境关系"分析显示E3与E4(PM)、En1与En3(YR)间存在强正相关，而E2与E3(PM)、En1与En2(YR)间存在负相关。

基因型的稳定性与适应性
通过AMMI稳定性值(ASV)评估，发现G-13、G-62等基因型对PM，G-51、G-125等对YR表现出稳定的抗性反应。AMMI1和GGE"谁在哪里胜出"视图共同鉴定出10个PM抗性基因型(G-1、G-28、G-120-G-128等)和37个YR抗性基因型(G-7、G-12、G-13等)。特别值得注意的是，Pollmer/CTY88.547、Syros和Talent(Pm5+?)三个基因型对PM和YR均表现出稳定抗性，平均病害严重度<10%。另有14个基因型对两种病害的中等抗性(平均严重度<20%)。

苗期与成株期抗性特征
苗期鉴定出20个中抗PM基因型(IT=2)。成株期发现30个具有慢霉病抗性的基因型，包括G-21、G-25等，其TDS≤20%、AUDPC≤750、rAUDPC 39-50、r 0.01-0.06单位/天。这些基因型虽在苗期感病，但成株期表现出稳定的田间抗性。根据GRIS数据库，9个基因型携带已知Pm抗性基因(如Axminister含Pm1a，Ulka含Pm2等)，6个携带Yr/Lr抗性基因(如Seri M 82含Yr2、Yr9等)。

环境筛选优化
"鉴别力vs代表性"分析确定E2(PM)和En1(YR)具有最强的基因型鉴别能力，是理想的抗病筛选环境。这些地点由于较高的病害压力，虽然代表性较低，但能有效区分抗感基因型。

这项研究通过整合AMMI和GGE方法，系统解析了小麦对PM和YR抗性的基因型-环境互作机制。研究发现：

1. 基因型效应是YR抗性变异的主要来源(51.94%)，而GEI对PM抗性影响更大(44.64%)
2. 鉴定出3个兼具PM和YR抗性的核心种质(Pollmer/CTY88.547、Syros、Talent)和14个中抗材料
3. 发现30个具有慢霉病特性的成株抗性基因型，为持久抗病育种提供新资源
4. 确定Kukumseri为最佳抗病筛选地点，优化了育种程序

研究首次在印度西北喜马拉雅地区开展系统性小麦抗病性GEI分析，为区域化抗病育种提供了理论依据和实践方案。发现的抗源材料可直接用于育种或基因发掘，而环境筛选策略可显著提高育种效率。该成果对实现小麦可持续生产、减少化学农药使用具有重要生态和经济价值，为应对气候变化下病害防控挑战提供了新思路。