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新时期小麦育种抗条锈病基因利用现状与策略

 洋溢九洲 2022-05-26 发布于河南
前言
小麦条锈病是严重危害小麦生产的重要流行性病害,在我国已发生多次大流行,对国家粮食安全造成严重威胁,过去30年间因条锈病大流行年份造成的小麦产量损失平均可达25%以上。选育和推广利用抗条锈病小麦品种始终是育种家、农业管理部门和生产上首选的防控措施,不仅经济、有效和环保,也是绿色、安全和生态农业的重要举措。但由于小麦条锈菌变异频繁,新的强毒性小种的不断出现和流行,导致选育和推广的小麦品种条锈病抗性经常丧失,为育种工作者和农业生产管理带来严峻的挑战。20世纪50年代,条中1号(CYR1)上升为优势小种,导致主栽品种碧蚂1号丧失抗锈性;20世纪60年代,CYR8和CYR10使碧玉麦、陕农系统、甘肃96和西北612等品种丧失抗性;CYR13和CYR16号小种导致南大2419等丧失抗性;1965年出现的CYR18引起Yr1基因抗性丧失,1985年流行的CYR29 造成洛类抗源(1BL/1RS易位系)中的Yr9丧失抗病性,1991年出现的CYR32导致繁6及其衍生系中Yr3Yr4基因丧失抗性,以及2008年CYR34出现并流行导致近年来育种中广泛利用的92R系、贵农系和川麦系中Yr24/Yr26/YrCH42基因丧失抗性。究其原因,主要是由于同一时期不同地区不同育种单位大量使用同一类抗源或单一基因,育成新品种的大面积推广对条锈病菌造成强大的选择压力,有利于条锈菌新毒性小种的产生和流行并成为优势小种,最终导致品种丧失抗病性。目前,我国小麦条锈病菌主要以CYR32、CYR33、CYR34及ZS为主,大批携带Yr10Yr24/Yr26/YrCH42基因的育成品种丧失了条锈病抗性。

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1.  小麦抗条锈病基因发掘与种质创新
为了拓宽和丰富小麦抗条锈病基因资源库,国内外科技工作者不断从小麦推广品种、地方品种(农家种)、野生亲缘种以及远缘物种中发掘抗条锈病基因,至今正式命名的抗条锈病基因已经有83个(Yr1-Yr83),另有众多临时命名的抗条锈病基因/等位基因。小麦抗条锈病基因按其抗性特点可以分为两大类:全生育期抗性和成株期抗性。全生育期抗性(All Stage Resistance, ASR)通常表现苗期和成株期均抗病,如抗条锈病基因Yr5Yr9Yr15等,而成株期抗性(Adult Plant Resistance, APR)通常表现苗期感病,而成株期抗病,如Yr18Yr29Yr30Yr46等。有些抗条锈病基因的抗性表现受温度调控,在成株期温度升高的时候抗性增强,表现为高温抗性,如Yr36。虽然许多抗条锈病基因已经丧失了抗性,但仍然有很多对部分流行条锈病菌具有不同程度抗性的抗条锈病基因,可以用于小麦抗条锈病遗传改良。
虽然已经发掘到的抗条锈病基因有很多,但育种工作者最偏爱的是高产抗条锈病主栽推广品种中的抗条锈病基因,期望用其为亲本配制杂交组合,从后代中选出新的高产抗病品种。但众所周知的是,高产推广品种中不管是抗病基因,还是其他的优异基因,遗传多样性是最低的,只含有极少数的个别抗条锈病基因,抗病性比较脆弱,往往等利用高产抗病品种为亲本配制杂交组合,辛苦选育5-8年,刚刚育成的新品种(系)就丧失了抗性。近年来最典型的就是携带Yr24/Yr26/YrCH42抗条锈病基因的品种和育种材料的使用。
为改变这种局面,从地方品种(农家种)、野生亲缘种以及远缘物种中发掘抗条锈病基因是有效的途径,但这些种质资源虽然抗病性非常突出,但农艺性状,尤其是产量、株型和品质等性状难以媲美当前的高产推广品种,需要花费多年的时间和精力进行改造,利用高产推广品种与其进行杂交和连续多代的回交和选育,创制农艺性状显著改善的抗病新种质和中间亲本材料,再用于配制新的杂交组合,选育高产抗病新品种(系)。期间为了防止抗病基因的丢失,需要进行抗病性鉴定确保选择的后代携带需要的目标抗病基因。近年来许多抗条锈病基因有了与其共分离的功能标记,或紧密连锁的分子标记,可以在回交转育和后代选择过程中进行分子标记辅助选择,提高选择效率。但目前具有功能标记的抗条锈病基因还比较少,紧密连锁的分子标记在某些品种的遗传背景中有选丢目标抗病基因的风险。此类原始创新的工作有许多从事遗传育种研究的单位科研人员和很多育种企业,甚至个人都在进行长期不懈的努力,创制出不同类型的育种中间材料提供给育种工作者使用,部分材料已经可以直接用作亲本配制杂交组合选育新品种(系),但大部分的中间材料还具有各种各样的缺点,还需要大家协同努力继续改造。
2.  小麦育种中抗条锈病基因的利用
有部分种质资源、中间材料和品种中的抗条锈病基因比较明确,育种工作者在配制杂交组合时目标性就会很强,知道亲本使用了什么基因!后续的衍生品种(系)如果表现抗病的话也多半会携带这些已知的抗病基因。如在黄淮麦区使用了周8425B衍生系列的抗条锈病品种做亲本,后代中经常会携带来自于黑麦的1RS上的抗条锈病基因(不同于洛类抗源Yr9,可能是Yr9的等位基因)、3BS上的抗条锈病基因Yr30、4BL上的抗条锈病基因YrZH22和7BL上的抗条锈病基因YrZH84。但更多的情况下对一些种质资源、中间材料和品种中的抗条锈病基因不清楚,使用一些抗病的亲本配制杂交组合后,后代材料中有哪个抗条锈病基因?有几个抗条锈病基因?如果没有追踪的技术和手段往往就说不清楚了!有经验的育种家根据育种材料在田间的抗性表现可以判断抗条锈病基因的有无、多少和基因聚合情况,但受年度间条锈病菌群体结构和毒性频率的影响,单纯的依靠表型鉴定存在一定的误差,需要根据多年多地的抗性表现加以判断。有条件的单位可以利用分子标记辅助选择的方法,结合田间的抗病性鉴定结果,提高选择的效率和准确性。
近年来的鉴定和研究结果表明,单个基因抗性最好且久经考验的是Yr5Yr15等少数具有全生育期抗性的抗条锈病基因。Yr5是目前国内外少有的对几乎所有条锈病菌系具有抗性的抗条锈病基因;Yr15自发现以来表现出对条锈病的广谱抗性,对世界各地采集的3000多个条锈病菌系均表现高抗,欧洲和澳大利亚曾经发现过个别Yr15的致病条锈菌,但2003年之后国际上没有发现过能克服Yr15抗性的条锈病菌系。Yr5Yr15基因引入我国后许多育种单位都有利用,但目前携带这两个抗条锈病基因的品种可能仅限于四川省的部分抗条锈病品种(系),西北麦区的兰天系列等抗条锈病品种中未检测到Yr5基因。黄淮麦区的抗条锈病品种中均未见确切的携带这两个优异抗条锈病基因的报道。

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抗条锈病基因Yr17来自于偏凸山羊草(Ae.ventricosa)的2N染色体,育种家将Yr17基因转移到小麦背景中,育成了著名的VPM1,美国小麦品种Jagger携带Yr17。VPM1已在中国小麦育种中得到了比较广泛的应用,中国农业科学院作物科学研究所培育的中麦175含有Yr17基因,抗病基因来源于中国农业大学杨作民教授创制的中间材料BPM27。曾经参加过河南省品比试验的小麦品系孟麦58和淮阳1号也携带该基因,说明国内主产区的育种家已经成功利用了该基因培育新品种(系)。Yr17基因近年来表现对我国条锈菌主要流行小种成株期中抗至高抗,但达不到免疫程度,部分年份在条锈病菌毒性较强时叶片呈现较多的锈病菌侵染条纹斑和明显的褪绿抗性反应。

黄淮麦区利用最广泛的抗条锈病基因来源于原周口市农科院郑天存研究员创制的骨干亲本周8425B。目前的研究可以明确周8425B携带至少4个抗条锈病基因,其中的1BL/1RS易位染色体上的抗条锈病基因可能不同于原来广泛利用的洛类抗源Yr9,有可能是周8425B亲本之一六倍体小黑麦中黑麦1RS染色体上Yr9的新等位基因,表现全生育期对部分条锈病菌小种的抗性,但对目前流行的CYR33和CYR34抗性已经减弱。3BS上可能携带成株期持久多抗基因Yr30/Lr27/Sr2,同时表现一定的成株期白粉病抗性,该基因的来源目前还不清楚,但Yr30/Lr27/Sr2基因最早来源于美国的小麦品种资源。4BL上的抗条锈病基因YrZH22最早在周麦22中鉴定到,后来的分子标记检测发现周8425B中含有该基因,YrZH22自身表现成株期抗性,苗期不抗,该基因是周麦衍生品种中对成株期条锈病抗性贡献最大的主效抗性位点,如郑麦7698的条锈病抗性主要由该基因贡献,但该位点的确切来源尚不清楚。7BL上的抗条锈病基因YrZH84是在周8425B中直接鉴定出的抗条锈病基因,当时是苗期抗性基因,后来由于条锈病菌毒性变异,苗期丧失了抗性,但目前该基因本身,或累加其他抗条锈病基因,在成株期仍然具有一定的抗性,百农AK58携带YrZH84基因,目前有迹象表明YrZH84基因来源于周8425B亲本之一六倍体小黑麦中的四倍体小麦。
中国农业科学院棉花研究所杨兆生研究员课题组培育的许多品种(系)表现较好的条锈病抗性,且使用了一些不同于其他育种单位所用的抗条锈病基因。如曾经参加河南省品比试验的新品系中育1152的5BL染色体上有一个新的抗条锈病基因位点YrZY1152。河南省农科院培育的郑麦103也表现比较突出的条锈病抗性,其中一个抗条锈病基因YrZM103位于7BL染色体上,与YrZH84的关系还需要进一步研究。黄淮北部麦区的主栽品种济麦22中曾经定位到一个抗条锈病基因YrJ22,位于2AL染色体上,但目前该基因成株期对CYR34等条锈菌优势流行小种已经丧失抗性。
持久多抗基因Yr18/Lr34/Sr57/Pm38是中国小麦地方品种中频率较高的基因,中国春等小麦地方品种携带该多抗位点,同时有干叶尖的表型。中国春在成都平原一直保持良好的成株期条锈病持久抗性,可能还含有除Yr18之外的成株期抗条锈病基因,值得进一步研究。Yr29/Lr46/Sr58/Pm39是另一个持久多抗基因,也有干叶尖的表型,我国小麦育种家很早就利用了该多抗基因。如河南科技学院培育的百农64(豫麦54,1998年通过河南省审定)高抗当时的条锈菌生理小种22-31号、叶锈菌2号、4号、6号、8号、34号、44号小种和白粉病、叶枯病以及土传花叶病,是多抗、广适、优质、高产、稳产小麦品种。另外在四川农科院培育的小麦品系SW8588和川麦42中均定位到位于Lr46/Yr29基因区间的成株期抗条锈病QTL位点。另一个持久多抗基因是Yr46/Lr67/Sr55/Pm46/Ltn3,最初发现于巴基斯坦地方品种(PI250413),经转育导入小麦品种Thatcher。携带Yr46/Lr67/Sr55/Pm46/Ltn3的小麦与携带Yr18/Lr34/Sr57/Pm38/Ltn1的小麦具有类似的多病害抗性和干叶尖表型,起初被认为是同一个基因,但后来发现两者位于不同的染色体上,其中Lr34位于7DS,而Lr67位于4DL。曾有不同的研究利用分子标记检测我国小麦品种中的这3个持久多抗基因,在部分品种中均有所发现,但这3个基因在成株期的多种病害抗性表现类似,还都有不同程度的干叶尖表型,单纯从表型上比较难以区分3个不同的基因。
不同的育种家掌握的种质资源和中间材料,甚至育成品种(系)中还含有许多已知、未知或不明确的抗条锈病基因。如山西省农科院畅志坚研究员创制的携带抗条锈病新基因Yr50Yr69的新种质具有突出的条锈病抗性。随着研究技术的进步和研究水平的提高,越来越多的种质资源、中间材料和育成品种(系)中的抗条锈病基因会被逐渐明确,逐步从抗源水平提高到基因水平,使抗条锈病育种亲本选配增强目标性,减少盲目性,更好地利用现有的抗条锈病基因资源,培育高产多抗小麦新品种。

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3.  新时期小麦抗条锈病基因利用的策略
抗病基因布局是我国老一辈科学家提出的在全国范围内防控条锈病危害的策略。该策略提倡在我国的西南、西北条锈病菌易变区以及黄淮海和华北麦区的小麦育种中使用不同的抗条锈病基因,以防止全国范围内的抗条锈病基因单一化,延缓生产上品种的条锈病抗性丧失进程。但随着种质资源的引进、交流和交换,全国不同麦区的抗条锈病基因布局正在被逐渐打破,育种家都会优先选择使用农艺性状和条锈病抗性突出的抗源进行新品种培育,1BL/1RS易位系、携带Yr24/Yr26/YrCH42基因的92R系列、贵农系列和川麦42系列抗病品种(系)被全国小麦育种家广泛利用,育成品种大面积推广,终致其中的抗条锈病基因丧失抗性。近年来以周麦22为代表的周麦系列品种因其综合农艺性状优良和突出的条锈病抗性在黄淮麦区广泛用作亲本,仅周麦22的衍生品种已经超过100多个,还有众多的后裔品种衍生系正在参加各级的品种比较试验。尤其值得引起重视的是周麦22等周麦系列品种在西南麦区和西北麦区也被大量用作抗病亲本,为周麦系列抗条锈病基因的抗病功效带来了潜在的风险。在当前商业化育种日益风行的大环境下,育种工作者都会优先使用如周麦类高产抗病品种中的抗条锈病资源,以便快出品种,多出品种。发掘和利用多样化的抗条锈病基因资源,开展抗条锈病基因布局依然任重道远。
抗病基因多样化是防止育成品种中抗条锈病基因单一化,延缓抗病品种抗病性丧失,延长其生产上推广利用时间的有效策略。如果不同小麦主栽品种中携带不同的抗条锈病基因,新的毒性条锈病菌同时克服多个抗条锈病基因的可能性很低。因此,早在上个世纪80-90年代全国小麦育种中都大量使用洛类抗源时,杨作民教授就大声疾呼多样化抗源的使用,并身体力行地收集、鉴定、研究和改造抗病资源,建立“第二线抗源”,以备洛类抗源丧失抗性时小麦育种中有可用的抗病资源。杨作民教授创制并免费分发给全国育种单位的“第二线抗源”在Yr9/Pm8/Lr26基因丧失抗性后,在国内小麦抗病育种中发挥了重要作用。早期的抗病基因多样化实际上是抗源多样化,在育种中使用不同的抗源配制杂交组合选育抗病新品种。但不同的抗源可能携带相同的抗条锈病基因,如R92系列、贵农系列和川麦42中的Yr24Yr26YrCH42后来发现是相同的抗条锈病基因,来源于四倍体硬粒小麦的1B染色体。配制抗病材料间的杂交组合进行等位性测验是判断抗病基因是否相同的经典方法,现在普遍采用分子标记检测的手段推断某个抗条锈病基因的有无,但对于尚未克隆和开发出功能标记的抗条锈病基因,一些连锁的分子标记在不同的遗传背景中存在误判的可能,还需要借助系谱分析和抗病性鉴定的结果加以综合研判。
抗病基因聚合是培育持久多抗小麦品种的重要途径。国内外的育种家在认识到单一的抗病基因抗性脆弱和难以持久的基础上,都在尝试以多种形式聚合不同抗病种质中的多个抗病基因,以提高抗性的程度和持久性。在抗病基因聚合的策略上,国外的育种家,尤其是以国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)为代表的育种家认为全生育期抗条锈病基因的抗病性或早或晚都会被克服,主张尽量少用,甚至不用全生育期抗条锈病基因,而倡导聚合多个成株期抗条锈病基因,并且育成了一些聚合3-4个成株期抗条锈病基因的品种,可达到成株期高抗甚至免疫程度的条锈病抗性。他们发现在育种品系中聚合位于1BL的Lr46/Yr29/Sr58/Pm39/Ltn2基因和位于4DL的Lr67/Yr46/Sr55/Pm46时,Lr46/Yr29/Sr58/Pm39/Ltn2基因效应高于4DL的Lr67/Yr46/Sr55/Pm46,二者具有一定的加性效应。聚合Sr2/Yr30/Lr27Lr34/Yr18/Sr57可以极显著提高对条锈病、叶锈病和秆锈病的田间成株期抗性。
但由于Yr18Yr29Yr30Yr46等成株期持久多抗基因苗期表现对条锈病菌高感,在我国的小麦育种中如果采用完全相同的策略,只利用成株期持久多抗基因进行基因聚合,育成品种在苗期高感条锈病,就会在西南和西北麦区条锈病菌越冬区的冬前小麦幼苗上产生大量的条锈病菌感染,形成大量的菌源,严重影响条锈病菌传播的下游区域条锈病的防治。因此,结合我国的小麦条锈病菌传播特点和育种实践,不主张摒弃全生育期抗条锈病基因,而应该采用在成株期持久多抗基因的基础上聚合全生育期抗条锈病基因的策略,使育成品种在苗期和成株期均保持充足的条锈病抗性,减少条锈病的危害。同时,在育种实践中大家也发现一些原来已经丧失抗性的全生育期抗条锈病基因,如Yr9,在某些年份由于条锈病菌群体的毒性结构和频率的变化,又表现出具有一定的程度的抗性,而且这些抗条锈病基因聚合到成株期持久多抗基因的遗传背景下,还具有一定的加性效应。因此,已经丧失对优势条锈病菌小种抗病性的抗性基因可能因为在某些情况下对条锈病菌群体中的一些弱毒性菌系存在一定的抗性,在生产上仍然具有一定的剩余价值。
随着克隆到的小麦抗病基因不断增加,现在认识到原来的全生育期抗条锈病基因多编码具有Nucleotide-binding domain Leucine-rich-repeat-containing protein类型的受体蛋白(NLR receptor),这种类型的抗病基因通常是与对应病原菌中的致病效应因子(Effector)存在基因对基因的互作关系,病原菌中新的毒性基因(Virulence gene)突变会克服掉原来抗病NLR基因的抗病性。成株期持久多抗基因Lr34/Yr18/Sr57/Pm38Lr67/Yr46/Sr55/Pm46编码非NLR类型的跨膜转运蛋白,具有持久抗性。已经克隆的Yr5基因编码NLR蛋白上具有整合的BED蛋白结构域,是否与其广谱抗性有关尚未可知,但Yr15基因编码一种新型的串联激酶WTK蛋白,已知具有该种蛋白结构域的几个抗病基因(大麦抗秆锈病基因Rph1和小麦抗白粉病基因Pm24)都具有广谱的抗病性。条锈病抗性突出的全生育期抗条锈病基因Yr5Yr15是否能保持持久的条锈病抗性?是否将来也会丧失抗性?还需要生产实践中该基因的广泛利用检验,但在目前我国的小麦抗条锈病育种中,聚合Yr5Yr15基因到一些成株期持久多抗基因(Yr18Yr29Yr30Yr46等)遗传背景中,是切实有效可行的育种策略。
我国小麦育种家在抗条锈病基因聚合种质创新和育种中已经取得了突出的成效。如前文所述,黄淮麦区骨干亲本周8425B聚合了至少4个抗条锈病基因(1BL/1RS、Yr30YrZH22YrZH84),而且是在近40年前利用不同类型的抗性种质资源进行基因聚合,单纯依靠田间鉴定和育种经验创制出来的创新种质,奠定了我国黄淮小麦主产区高产抗病育种的种质基础!我国西北麦区甘肃条锈病菌越夏菌源区的育种家们提出选育抗条锈病基因聚合品种、进行不同抗条锈病基因的品种布局、实现抗条锈病基因/资源多样化利用的有效持续控制西北越夏菌源区小麦条锈病策略,通过大量引进国内外抗源材料,建立抗条锈病基因库,提高生产品种抗条锈病基因遗传多样性以实现该区域的条锈病持续控制。经过多年的努力,利用多个国内外抗条锈病基因载体品种和抗源作为亲本,育成了兰天系、天选系和中梁系等系列抗病品种,许多品种如兰天15号、兰天20号、兰天31号为含有成株期抗性基因、慢病性基因和其它全生育期抗条锈病基因的聚合体,对条锈菌致病小种表现抗病至轻微感病,且严重度低,为西北麦区小麦条锈病的遗传多样性控制做出了重要贡献。

聚合多个抗病基因无疑会提高品种抗性的程度和持久性,但抗病基因表达防御反应往往是消耗寄主自身能量的过程,在目前已经有了较多的抗病基因(包括功能标记)及其载体品系可供选择的情况下,利用分子标记辅助选择聚合不同的抗病基因时,究竟需要累加多少个抗病基因才能实现持久和广谱的抗性,而又尽量减少对产量和品质等农艺性状的影响?如Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Ltn1Lr46/Yr29/Sr58/Pm39/Ltn2都表现叶片干尖,累加这两个基因在一起会不会导致叶片干尖更严重?还是在一或两个持久多抗基因的基础上累加一些主效的抗病基因效果更好?印度人的研究指出导致叶片干尖最严重的是Lr67/Yr46/Sr55/Pm46基因,平均为叶片面积的7.811%;Lr46/Yr29/Sr58/Pm39/Ltn2基因次之,为7.348%;Lr34/Yr18/Sr57/Pm38/Ltn1基因最低,为6.47%;同时还发现这3个基因同时存在的情况下并未导致叶片干尖程度的增加(LTN% 4.7055%),但这3个基因都降低千粒重和小区产量。在综合考虑产量和品质等农艺性状的情况下,如何更好地综合利用持久抗性(水平抗性)和垂直抗性基因进行种质创新和新品种选育还需要不断的研究和实践。
4. 小麦育种中抗条锈病基因的精准鉴定与选择

抗病育种的选育伴随抗病性鉴定和选择,通常需要有发病充分的鉴定条件和稳定可靠的鉴定体系。小麦条锈病抗性的鉴定一般分温室苗期鉴定和田间成株期鉴定,苗期鉴定需要人工接种条锈病菌,待对照高感品种充分发病时对测试材料进行鉴定,通常采取单孢菌系分小种鉴定,考察所鉴定品种(系)的反应型。田间成株期鉴定为了保证鉴定的可靠性和稳定性,需要种植高度感病的人工接种诱发行,或诱发单株,在春季起身期之前适当的时期往诱发行上人工接种混合小种锈病菌孢子,待诱发行植株充分发病时鉴定测试品种(系)的反应型和发病严重度,而且需要从发病初期到高峰期进行多次鉴定,综合评价测试材料的条锈病抗性。在每年都发生条锈病的地区也可以单纯依靠自然发病进行抗条锈病鉴定,但遇到发病不利的气候和生态条件往往影响鉴定的结果。由于条锈病菌群体复杂多变,条锈病菌的群体结构和毒性频率年度间会存在差异,因此在利用从条锈病菌繁殖单位购买的条锈病菌名称相同的混合小种(如CYR32 CYR33 CYR34)进行鉴定时,不同年份间条锈病鉴定的结果可能会存在一定的差异。如2021年度的条锈病菌混合小种毒性较强,许多抗条锈病基因抗性表现稍差;而2022年度条锈病菌混合小种毒性偏弱,相同的抗条锈病基因抗性表现比2021年要好。对于抗条锈病基因单基因系来说,年度间虽然抗性表现会有一定的差异,但总体上抗性表现的趋势比较一致,除非新出现的强毒性条锈病菌系克服了某个主效抗条锈病基因。但在聚合多个抗条锈病基因时,单纯依靠田间的抗病性表现判断某个品种(系)是否含有某个抗条锈病基因?可能含有几个抗条锈病基因的难度较大,因此需要借助快速发展的分子标记辅助选择进行抗条锈病基因的精准鉴定。
在目前正式命名的83个抗条锈病基因以及多个临时命名的抗条锈病基因中,还只有Yr5/YrSpYr7Yr15Yr18Yr27Yr28/YrAs2388Yr36Yr46YrU1基因被克隆,明确了抗病位点和感病位点间的核苷酸序列变异特征,开发出稳定可靠的功能标记。尽管这些基因的功能标记在发表的研究论文中有很好的检测能力,但在具体的应用中往往还需要进行优化和重新设计,才能保证在不同的遗传背景中结果稳定可靠。位于1BL/1RS易位染色体上的Yr9基因分子标记检测比较容易,黑麦染色质特异的多个分子标记(如AF1/AF4引物)都可以准确可靠地检测Yr9基因。除了Yr36YrU1基因未在我国小麦育成品种(系)中检测到外,其余几个已经克隆的抗条锈病基因均在我国小麦育成品种(系)和种质资源的分子标记检测研究中有过报道,但有些结果多是初步的分子标记检测,还未把检测结果与检测出的含有某个抗条锈病基因品种(系)的苗期和田间成株期条锈病抗性表现进行综合分析。在利用一些与尚未克隆的抗条锈病基因连锁的分子标记进行抗条锈病基因检测分析时,一定要考虑遗传背景的影响,并需要与待检测基因的阳性对照品种(系)进行对比,分析比较分子标记检测结果的一致性和条锈病抗性的一致性。许多与抗条锈病基因连锁的分子标记检测结果与某个抗条锈病基因的阳性对照品种(系)扩增结果一致,但并未表现出相同的抗性,因此并不含有该抗条锈病基因。部分抗条锈病基因都位于同一个染色体臂上,如Yr10Yr15Yr24/Yr26/YrCH42都在1BS染色体上,Yr9位于1BL/1RS易位染色体上,通常的情况下这几个基因不能同时出现在一个品种(系)中,尚未见将这几个不同的抗条锈病基因重组到一起的报道。因此分子标记检测结果还要与系谱追踪和遗传分析相结合,判断育种材料中是否含有使用过的抗病基因。如利用几个抗条锈病基因和抗叶锈病基因的分子标记对来源于周8425B的部分品种进行抗条锈病基因的检测,可以发现周8425B携带有最多的抗条锈病和叶锈病基因,其后裔衍生品种周麦12、周麦17、周麦22、周麦32、周麦38和周麦42聚合了周8425B中的4个抗条锈病基因,其他品种或多或少地缺少其中的一个或多个抗病基因,抗病基因的遗传构成与其田间成株期的抗病性表现一致。

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5展望
小麦与条锈病菌的协同进化已经经历了上万年,甚至几十万年,经过相互选择与适应,条锈病菌不断变异产生新的毒性菌系,会克服小麦中的部分抗条锈病基因;小麦面对条锈病菌的侵染,抗病基因也可以发生不同的突变,产生新的抗病基因和等位基因,以逃避病原菌的侵染。因此,不必担心未来小麦育种中没有可用的有效抗条锈病基因,而且随着对小麦抗病基因的研究日益深入和对其本质认识越来越清楚,未来可以人工设计、改造和创制新的抗病基因,以应对病原菌的变异和流行。
在当前的小麦抗条锈病育种中,还需要不断开展以下的研究:

5.1 收集、鉴定、研究各类种质资源(推广品种、育种品系、地方品种、野生亲缘种和远缘种)的条锈病抗性,明确其抗性遗传特性和抗性特点。只有手中掌握众多的抗条锈病种质资源,才能进行多样化的抗病基因布局和聚合。

5.2 构建各种遗传群体和自然群体,利用现在的小麦SNP芯片、各种DNA和RNA测序平台,开展抗条锈病基因和QTL的定位,开发育种中可用,且简便、准确、可靠的分子标记及其检测技术体系。

5.3 利用聚合杂交和回交选育,结合分子标记辅助选择和加代选育,将各类种质资源中的抗条锈病基因导入高产品种遗传背景,并在高产品种遗传背景中聚合多个抗条锈病基因,甚至抗多种病害基因,创制出可以直接用作育种亲本进行杂交组合配制的高产多抗新种质和育种中间材料。在此基础上得心应手地组配不同抗病基因聚合的杂交组合,培育高产和持久多抗新品种,解决我国小麦生产上条锈病危害问题。

5.4 精细定位和克隆抗条锈病基因/QTL,研究其单倍型变异,开发育种可用功能标记,解析抗病基因上决定抗、感变异的关键核苷酸位点,开展基因组精准编辑育种,直接在高产小麦品种基础上创制高产抗病品种。

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