小麦条锈病严重危害我国乃至全球小麦的安全生产。发掘新的抗病基因、培育抗病品种是最有效的防治方法。小麦族野生种质资源四倍体长穗偃麦草（TetraploidThinopyrum elongatum）表现出优异的条锈病抗性，是小麦遗传改良的重要基因资源。
2024年1月11日，四川农业大学小麦研究所在Theoretical and Applied Genetics在线发表了题为“Development, identification, and utilization of wheat–tetraploidThinopyrum elongatum4EL translocation lines resistant to stripe rust”的研究论文。研究通过60Co-γ诱导和创制单体代换系的方式，创制了4种不同类型的小麦-四倍体长穗偃麦草4EL易位系（T4DS·4EL、T5AL·4EL、T3BL·4EL和T5DS·4EL易位系），并进行条锈病抗性评价、分子标记开发、农艺性状考察。此外，将其转移到四川主栽小麦品种中，培育出抗病且综合农艺性状优良的新型易位系。
本研究利用硬粒小麦-四倍体长穗偃麦草部分双二倍体8801与四川小麦感条锈病品种SM482和SM51杂交，创制了全生育期高抗条锈病和白粉病的小麦-四倍体长穗偃麦草4E（4D）代换系。利用60Co-γ辐照4E（4D）代换系，以辐射植株为母本与CM42杂交，获得M1。以及将4E（4D）代换系与SM482杂交创制了F2自然分离群体。利用特异分子标记、GISH、FISH、FISH-painting和55K小麦芯片对M1和F2自交后代进行分析，获得T4DS·4EL，T5AL·4EL和T3BL·4EL三个小麦-四倍体长穗偃麦草4EL易位系，以及一个T5DS·4EL附加易位系（图1）。
图1小麦-四倍体长穗偃麦草4EL易位系GISH和FISH-painting鉴定
对4种4EL易位系及亲本在苗期接种当前流行的条锈菌生理小种CYR-34，以及在田间接种CYR 32，CYR 33，CYR 34，Sull-4，Sull-5，Sull-7，和G22-14的混合小种，结果显示4种易位系均高抗条锈病，抗性等级为1（图2）。因此，T4DS·4EL、T5AL·4EL、T3BL·4EL和T5DS·4EL易位系携带一个全生育期抗条锈病基因，暂命名为Yr4EL。
图2四种不同类型的小麦-四倍体长穗偃麦草4EL易位系条锈病抗性鉴定
为了能够快速转移和检测4E易位染色体，我们利用已知的二倍体长穗偃麦草全基因组序列开发了48对4E染色体特异的SSR标记。其中，16对特异于4ES染色体，32对与4EL染色体共分离，能够特异性检测条锈病抗性基因Yr4EL，可有效用于分子标记辅助选择育种。
对四种不同类型的4EL易位系农艺性状调查，结果表明，T4DS·4EL易位系表现出多分蘖，穗长较短、穗型紧凑，多粒，高千粒重的优异农艺性状，株高与亲本CM42相似。因此，这些结果表明易位系T4DS·4EL可能成为改善小麦农艺性状和条锈病抗性的有益遗传资源。
为了进一步改良T4DS·4EL易位系农艺性状并进行抗病育种转移利用，基于“双顶交-两段选择”策略，将T4DS·4EL易位系与四川主栽小麦品种CM42、SM482和SM969等杂交，筛选获得一批高抗条锈病且综合农艺性状优良的育种新材料（图3）。
图3 T4DS·4EL易位系育种利用
作者和基金项目
四川农业大学小麦研究所博士生龚壁燃和硕士生陈林枫为该文共同第一作者，康厚扬教授和吴丹丹博士为共同通信作者。该研究得到国家自然科学基金（No. 31971883，32200180），四川省自然科学基金创新研究群体项目（2023NSFSC1995）的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1007/s00122-023-04525-5
