近日，中國植物學會副理事長、西北農(nóng)林科技大學植物免疫團隊康振生院士/韓德俊教授領銜的小麥抗病遺傳與分子育種課題組聯(lián)合崖州灣國家實驗室/中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所在國際著名期刊Nature Genetics雜志以長文形式發(fā)表題為“Genomics-driven discovery of superior alleles and genes for yellow rust resistance in wheat”的研究論文，從全球尺度構(gòu)建小麥條銹病“綜合抗源”核心資源庫，全面解析了普通小麥條銹病抗性遺傳基礎，并繪制首張小麥全基因組抗條銹病基因全景圖，為抗病基因合理利用與設計育種提供了理論支撐。

小麥條銹病是全球性流行真菌病害，由于條銹菌小種變異頻繁，全球各地相繼出現(xiàn)新小種，致使大部分生產(chǎn)上使用的抗病基因喪失抗性，因此，需要不斷尋找新的抗?。ɑ颍┵Y源來提高小麥新品種抗性，并從全局考慮，通過合理的基因布局來應對快速變異的條銹菌。

基于此，本研究聯(lián)合國內(nèi)多家單位，在世界范圍內(nèi)征集了超過14000份普通小麥，包含國內(nèi)外農(nóng)家種、主栽品種、高代品系和核心種質(zhì)等，根據(jù)來源、生長習性和多樣性，并結(jié)合條銹病各流行區(qū)特點，挑選其中2191份作為多樣性代表進行全基因組重測序（其中約1600份為公共數(shù)據(jù)），首先繪制了高密度基因組變異圖譜。結(jié)合多年多點的近47000個條銹病抗性表型數(shù)據(jù)，利用全基因組關聯(lián)薈萃分析，全面揭示了全球各個麥區(qū)抗條銹病的遺傳基礎，首次繪制了包含431個QTL位點的小麥基因組抗條銹病基因全景圖，揭示了抗病基因在各個銹病流行區(qū)的分布和利用規(guī)律，闡明了一個世紀以來小麥條銹病抗性基因選擇特征和流行病學特征之間的關系；在此基礎上，進一步結(jié)合轉(zhuǎn)錄表達、單倍型變異、候選基因關聯(lián)分析等，篩選獲得559個與抗條銹病相關的候選基因，并初步對其中的三個基因進行了圖位克隆、突變體分析、轉(zhuǎn)基因等功能驗證。這些基因總體上可以分為A、B、C等三種不同類型；例如：（1）新優(yōu)異等位基因 Yr5 x 可抵抗當前潛在流行的條銹菌新生理小種；（2）兼抗小麥條銹病與白粉病等位基因 Yr6 / Pm5 ，揭示其可能通過I366T和M1011I兩個關鍵氨基酸位點實現(xiàn)病原菌特異性識別；（3）新型兼抗條銹病和葉銹病基因 YrKB ( TaEDR2-B )，且?guī)缀鯚o產(chǎn)量負效應。研究結(jié)果為大幅度提高小麥抗病性提供了理論依據(jù)和優(yōu)質(zhì)基因（組合），將有效地推動普通小麥抗病分子育種進程，為最終實現(xiàn)條銹病的綠色防控奠定堅實的基礎。

圖1 小麥條銹病流行區(qū)分布和小麥種質(zhì)遺傳多樣性、群體結(jié)構(gòu)以及抗性表型多樣性

圖2 小麥抗條銹病基因全景圖及抗性優(yōu)異等位基因頻率的時空分布

西北農(nóng)林科技大學小麥抗病遺傳與分子育種團隊吳建輝副教授為論文第一作者兼通訊作者。崖州灣國家實驗室青年科學家馬省偉博士和牛建青博士、我校博士生孫唯航和董海濤以及中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所鄭樹松副研究員為論文共同第一作者；該校韓德俊教授、康振生教授、曾慶東副教授和崖州灣國家實驗室/中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所凌宏清研究員為共同通訊作者。該校鄭煒君副教授、李春蓮副教授以及研究生趙記穩(wěn)等參與了本研究。本項研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、青海省重點研發(fā)專項、陜西省自然科學基礎研究計劃等項目的聯(lián)合資助。