水稻五肽重复蛋白AL5调控叶绿体早期发育的分子机制与功能解析

本研究针对小麦叶锈病(Puccinia triticina, Pt)这一全球性病害，通过对559份小麦种质进行全基因组关联分析(GWAS)，鉴定出24个稳定抗病位点，其中11个为新发现位点。开发了Lr.hzau-2BS.1和Lr.hzau-7AL位点的KASP标记，为小麦抗病育种提供了重要分子工具。

　　

在全球粮食安全面临严峻挑战的背景下，小麦叶锈病(Puccinia triticina)作为最具破坏性的真菌病害之一，每年造成高达30-40%的产量损失。尽管已有85个抗叶锈病基因被鉴定，但中国近年审定的小麦品种中仍有60.2%对叶锈病高度敏感。更严峻的是，当前仅有Lr9、Lr19等7个已知基因对中国流行的Pt生理小种有效，亟需发掘新的抗性基因资源。

中国农业科学院作物科学研究所的研究人员开展了一项突破性研究。通过对来自五大洲的559份小麦种质进行多环境表型鉴定和全基因组重测序，结合最佳线性无偏估计(BLUE)分析和全基因组关联分析(GWAS)，系统解析了小麦抗叶锈病的遗传基础。相关成果发表在《The Crop Journal》上。

研究采用三大关键技术：首先在河南周口、湖北武汉和河南新乡三地开展多年田间试验，接种混合Pt小种(18054、18057和22107)进行抗性评价；其次利用MGISEQ-2000平台进行全基因组重测序，获得876万个高质量SNP/InDel标记；最后通过Fastlmm软件进行GWAS分析，采用10Mb的连锁不平衡(LD)衰减距离界定抗病位点。

研究结果部分：
3.1 表型分析显示559份小麦材料的叶锈病严重度在三个环境中呈连续分布(0-100%)，广义遗传力H²为0.65，表明抗性受较强遗传控制。

3.2 基因型分析发现SNP标记在A、B、D基因组分布不均，7B染色体标记密度最高(1372/Mb)，4D最低(64/Mb)。

3.3 群体结构分析将材料划分为9个亚群，为后续关联分析奠定基础。

3.4 GWAS鉴定出24个稳定抗病位点，其中Lr.hzau-2BS.1(2BS,47.98-73.42Mb)和Lr.hzau-7AL(7AL,557.82-570.11Mb)在三环境中均被检测到，分别解释7.85%和5.59%的表型变异。

3.5 开发的两个KASP标记2B-209172和7A-348992验证显示，同时携带两个抗性位点的材料平均病情指数显著降低(9.51% vs 33.4%)。中国品种绵麦45和辽麦16表现突出(<5%病情指数)。

3.6 转录组分析在目标区间鉴定出6个候选基因，包括编码NLR蛋白、UDP-糖基转移酶和ABC转运蛋白的基因。

讨论部分强调，本研究首次系统鉴定了24个抗叶锈病位点，其中11个为全新发现。特别值得注意的是，Lr.hzau-2BS.1在欧洲材料中出现频率达88.24%，而Lr.hzau-7AL在南美材料中占86.96%，反映了不同地理来源材料的抗性特征。开发的KASP标记为分子标记辅助选择提供了实用工具，而鉴定的候选基因为后续功能研究指明了方向。

这项研究不仅丰富了小麦抗叶锈病基因资源，更为培育广谱持久抗病品种提供了重要理论基础和技术支撑。通过将新发现的抗性位点与已知基因聚合，有望创制出具有更强抗性和更广适应性的小麦新品种，对保障全球小麦生产安全具有重要意义。