近日，中國植物學(xué)會副理事長、西北農(nóng)林科技大學(xué)植物免疫團(tuán)隊康振生院士/韓德俊教授領(lǐng)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(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)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(chǔ)，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(shè)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病（基因）資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(yīng)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(xí)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(jìn)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(guān)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(chǔ)，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(jì)以來小麥條銹病抗性基因選擇特征和流行病學(xué)特征之間的關(guān)系；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步結(jié)合轉(zhuǎn)錄表達(dá)、單倍型變異、候選基因關(guān)聯(lián)分析等，篩選獲得559個與抗條銹病相關(guān)的候選基因，并初步對其中的三個基因進(jìn)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(dāng)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(guān)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(fù)效應(yīng)。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(jìn)程，為最終實現(xiàn)條銹病的綠色防控奠定堅實的基礎(chǔ)。

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(xué)小麥抗病遺傳與分子育種團(tuán)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(xué)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(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)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(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)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(xué)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(xué)基礎(chǔ)研究計劃等項目的聯(lián)合資助。