六倍体小麦Glossy Huguenot衍生系条锈病抗性基因的精确定位与标记开发研究

本研究针对小麦条锈病(Pst)抗性基因匮乏问题，通过基因组学方法鉴定了源自硬粒小麦地方品种Glossy Huguenot的抗性基因YRWGH54。研究人员利用90K SNP芯片和KASP标记技术将抗性基因定位于染色体2AL，发现其与已知基因YR32可能为同一基因座。开发的紧密连锁标记为小麦抗病育种提供了高效的分子标记选择工具，对实现抗病基因聚合和持久抗性育种具有重要意义。

　　

在全球小麦生产中，条锈病始终是威胁粮食安全的重要生物胁迫因素。这种由条形柄锈菌小麦专化型(Puccinia striiformis f. sp. tritici, Pst)引起的真菌病害，曾在澳大利亚一年内造成高达9000万美元的防治费用，不仅增加生产成本，更带来环境污染问题。培育抗病品种是控制条锈病最经济环保的策略，然而病原菌群体的快速进化常常使主要抗病基因在短时间内丧失抗性，这促使科学家不断寻找新的抗性资源。

硬粒小麦地方品种Glossy Huguenot在田间表现出对条锈病的高水平抗性，为利用这一珍贵资源，研究人员将其与普通小麦品种Westonia杂交，通过回交育种获得了BC₂F₅株系WGH54。该株系对当时流行的Pst生理小种134 E16A⁺Yr17⁺表现出全生育期抗性(All Stage Resistance, ASR)，为解析其遗传基础和研究应用价值，研究人员开展了深入的基因定位和标记开发工作。

研究采用的主要技术方法包括：利用90K SNP芯片进行集团分离分析(Bulked segregant analysis, BSA)；通过 kompetitive allele specific PCR (KASP) 技术开发分子标记；使用SSR标记进行比较基因组学分析；通过温室接种鉴定和田间评价进行抗性表型鉴定；参考中国春(Chinese Spring)基因组序列进行物理定位。研究群体来自WGH54与感病品种Avocet S(AvS)的杂交后代。

植物材料和作图群体的创建

通过将硬粒小麦Glossy Huguenot与普通小麦Westonia杂交，并两次回交后自交，选育出BC₂F₅株系WGH54。将该抗病株系与感病品种Avocet S杂交创建F₂群体，并通过自交获得F_2:3家系，用于遗传分析和基因定位。

温室和田间的条锈病鉴定

在温室条件下，于两叶期接种Pst生理小种134 E16A⁺Yr17⁺Yr27⁺，14天后按0-4级标准记录侵染型(Infection Type, IT)。在田间条件下，接种混合生理小种(134 E16A⁺Yr17⁺Yr27⁺、134 E16A⁺YrJ⁺YrT⁺、150 E16A⁺和110 E143A⁺)，按1-9级标准记录成株期反应。

分子分析

提取DNA后使用Illumina iSelect 90K SNP芯片进行基因分型，通过BSA分析初步定位抗性基因。将SNP标记转化为KASP标记，并使用CFX96实时系统和KASP master mix进行基因分型。同时使用与YR32连锁的SSR标记(Xwmc198、Xgwm312和Xwmc170)进行对比分析。

数据统计分析

通过卡方检验分析分离比例是否符合孟德尔遗传规律。参考中国春基因组序列(v1.0)进行BLAST比对和物理位置确定。

YR_WGH54的遗传分析和初步定位

WGH54/AvS F₂群体对抗病性的分离符合3:1的比例(97抗:39感，χ²=0.98，P=0.3221)，表明抗性由单基因控制，暂命名为YR_WGH54。通过90K SNP芯片分析10个抗病和10个感病植株，发现70个位于染色体2AL的SNP标记与抗性连锁，这些标记位于中国春参考基因组676.72-734.89 Mbp区间。

YR_WGH54的高密度作图

使用12个KASP标记对更大群体进行基因分型，将YR_WGH54定位在标记KASP-IWB47525和KASP-IWB13648之间。进一步增加标记密度后，发现与中国春参考序列相比，该区域存在染色体重排。标记KASP-IWB13648(在CS v1.0位于697 Mbp)在实际作图群体中位于标记KASP-IWB22458(在CS v1.0位于705 Mbp)的远端，表明基因组结构存在差异。

YR_WGH54与YR32的比较分析

已知条锈病抗性基因YR32也位于染色体2AL，与SSR标记Xwmc198、Xgwm312和Xwmc170连锁。这些标记在中国春参考序列中分别位于707 Mbp、709 Mbp和711 Mbp，应位于KASP-IWB13648的远端，但在实际作图中却发现位于其近端，进一步证实了该区域的染色体重排。用近期出现的Pst生理小种(239 E237A^-Yr17⁺Yr33⁺和198 E16A⁺YrJ⁺YrT⁺Yr17⁺)接种鉴定发现，YR_WGH54和YR32具有相同的毒性/无毒特异性，表明二者可能是同一基因。

连锁分子标记的多态性

测试了30个与YR_WGH54连锁的KASP标记在73个小麦品种中的多态性，发现标记KASP-IWB22458和KASP-IWB13648最适合用于标记辅助选择。有2个品种同时具有这两个标记，可能携带YR_WGH54或为假阳性。

本研究成功将源自硬粒小麦Glossy Huguenot的条锈病抗性基因YR_WGH54定位于染色体2AL，并开发了紧密连锁的KASP标记。多项证据表明YR_WGH54与先前报道的YR32可能是同一基因：它们位于染色体的相同区域；与相同的SSR标记连锁；对多种Pst生理小种表现出相同的抗性谱。特别值得注意的是，与参考基因组中国春相比，该区域存在染色体重排，这解释了标记物理位置与遗传位置之间的不一致。

这项研究的科学意义在于：首先，明确了Glossy Huguenot抗性的遗传基础，为利用这一珍贵资源提供了理论依据；其次，开发的高通量KASP标记为分子标记辅助选择提供了实用工具，有助于将该基因导入优良品种；最重要的是，YR_WGH54(YR32)对2002年前后出现的多个澳大利亚Pst生理小种(除239 E237A^-Yr17⁺Yr33⁺外)均表现抗性，是一个具有广泛应用价值的抗性基因。

研究人员指出，由于病原菌的快速进化，单独使用全生育期抗性(ASR)基因往往会导致抗性迅速丧失。理想策略是将YR_WGH54与其他ASR和/或成株期抗性(APR)基因进行聚合，培育具有持久抗性的小麦品种。本研究开发的分子标记将极大地促进这一育种策略的实施，为小麦条锈病的可持续控制提供科技支撑。

该研究成果由Hongyu Li、Geetha Perera、Debbie Wong、Kerrie Forrest、Xiaodi Xia、Chunhong Chen、Matthew Hayden、Urmil Bansal、Harbans Bariana和Rohit Mago合作完成，发表在《Scientific Reports》期刊，为小麦抗病育种提供了重要的基因资源和分子工具。