小麦-黑麦T6BS.6BL-6RLKu小片段易位系的创制及其抗白粉病特性与育种潜力解析

《The Crop Journal》：Development and characterization of a new wheat-rye T6BS.6BL-6RLKu small segment translocation with powdery mildew resistance and potential breeding value

本研究针对小麦白粉病抗性资源匮乏的瓶颈，通过辐射诱变技术创制了一个新型小麦-黑麦T6BS.6BL-6RLKu小片段易位系。该易位系以约104.03 Mb的黑麦6RLKu远端片段替换小麦6BL染色体约6.1 Mb的末端区域，携带广谱白粉病抗性基因且对重要农艺性状无负面影响。在川麦62和川农32背景下选育的近等基因系表明，该易位染色体可显著提升籽粒长度和千粒重，其育种效应受小麦遗传背景调控，为小麦抗病育种提供了具有应用潜力的新种质。

　　

小麦作为全球最重要的粮食作物之一，其生产长期受到白粉病的严重威胁。这种由Blumeria graminisf. sp. tritici(Bgt)引起的病害，在流行年份可导致小麦产量大幅减产。目前最经济有效的防控策略是将抗病基因导入栽培品种，但已报道的100多个抗白粉病基因中，仅有Pm21等少数基因被广泛应用于育种实践。随着病原菌生理小种的变异，Pm21基因面临抗性丧失的风险，因此挖掘新的抗病基因资源迫在眉睫。

黑麦作为小麦的近缘属种，蕴藏着丰富的抗病基因资源。其中，黑麦6R染色体携带多个抗白粉病基因，但以往报道的小麦-黑麦6R易位系或因染色体片段过大导致连锁累赘，或因与小麦基因组共线性差而难以直接应用于育种。本研究团队通过辐射诱变技术，从黑麦品种Kustro的6RL^Ku双端体附加系后代中，成功选育出一个新型的小麦-黑麦T6BS.6BL-6RL^Ku小片段易位系，为小麦抗病育种提供了新思路。

本研究主要采用以下关键技术方法：通过⁶⁰Co-γ射线辐射诱变创制易位系；利用非变性荧光原位杂交（ND-FISH）和寡核苷酸荧光原位杂交（Oligo-FISH）进行染色体鉴定；采用小麦GBW16K芯片进行基因分型分析；通过特异性分子标记确定易位断点；在温室和田间条件下进行白粉病抗性评价；基于参考基因组进行基因功能和共线性分析；在多地点进行农艺性状调查。

3.1. T6BS.6BL-6RL^Ku易位染色体的开发与特征鉴定

从辐射处理的DTA6RL^Ku后代中鉴定出携带一对T6BS.6BL-6RL^Ku易位染色体的株系KZY103。染色体分析显示，易位断点位于6RL^Ku臂上第二个Oligo-pSc200信号和第三个Oligo-pSc119.2-1信号之间。分子标记分析表明，6BL染色体的断点位于725,081,598–725,106,123 bp区域，缺失片段约6.1 Mb；6RL^Ku的断点位于781,115,651–781,122,117 bp区域，易位片段约104.03 Mb。Oligo-FISH涂染证实该6RL^Ku片段与小麦第7同源群染色体具有同源性。

3.2. 6RL^Ku片段携带白粉病抗性基因

接种15个Bgt生理小种的试验表明，KZY103对所有小种均表现免疫反应（侵染型0），与携带Pm20的对照品种TAM104/Thatcher抗性水平相当。将易位染色体导入川麦62（CM62）和川农32（CN32）背景后，选育的CM62-6RL和CN32-6RL株系在温室和田间均表现高抗白粉病，而轮回亲本则高度感病，证明T6BS.6BL-6RL^Ku易位染色体携带来自6RL^Ku的白粉病抗性基因。

3.3. 易位系与轮回亲本基因型高度相似

GBW16K芯片分析显示，CN32-6RL与CN32之间仅有1.56%的多态性位点，CM62-6RL与CM62之间多态性位点为7.35%，表明两个易位系均为纯合近等基因系。在6B染色体上检测到的缺失SNP位点与FISH和分子标记分析结果一致，进一步验证了易位断点的准确性。

3.4. 缺失的6BL和易位的6RL^Ku片段含有种子发育和抗病相关基因

基因功能分析发现，缺失的6.1 Mb 6BL片段包含91个高置信度基因，其中10个与种子发育相关；易位的104.03 Mb 6RL^Ku片段含有948个基因，包括79个种子发育相关基因和113个抗病相关基因，其中包含NLR型、激酶型等候选抗病基因。

3.5. 易位的6RL^Ku片段与小麦第3、7同源群染色体存在共线性

共线性分析表明，易位的6RL^Ku片段主要与小麦3A、3B、3D、7A、7B、7D染色体的远端区域存在共线性关系，其中约20 Mb与第3同源群染色体共线性，约84.03 Mb与第7同源群染色体共线性，且与第7同源群染色体存在倒位现象。

3.6. T6BS.6BL-6RL^Ku易位系具有潜在育种价值

在多地点农艺性状调查中，CM62-6RL和CN32-6RL的株型与各自轮回亲本相似，但籽粒性状表现差异：CM62-6RL籽粒皱缩，而CN32-6RL籽粒饱满。两个易位系的籽粒长度在所有试点均显著增加，千粒重也得到改善。其他农艺性状多数优于或与轮回亲本相当，表明该易位染色体在改良籽粒性状方面具有潜力。

本研究创制的T6BS.6BL-6RL^Ku易位染色体是迄今报道的片段最小的6RL易位系之一。与以往报道的T6BS.6BL-6RL易位系相比，该易位系仅涉及约104.03 Mb的6RL^Ku片段，显著减少了外源染色质导入可能带来的连锁累赘。易位染色体在不同小麦遗传背景中表现出差异效应：在CN32背景下能产生饱满籽粒并改善农艺性状，而在CM62背景下虽能提高籽粒长度但导致籽粒皱缩，这一现象揭示了外源染色体片段与小麦背景互作的重要性。

该易位系携带的白粉病抗性基因对15个测试生理小种均表现广谱抗性，其抗性水平与Pm20相当，但基因性质是否与Pm20相同仍需进一步鉴定。值得注意的是，抗性基因在两种小麦背景中均能正常表达，未出现类似Pm8基因被抑制的现象，表明该抗性基因具有较好的遗传稳定性。

从育种应用角度，T6BS.6BL-6RL^Ku易位染色体在保持白粉病抗性的同时，对多数农艺性状无负面影响，且能显著改善籽粒长度和千粒重，具有直接应用于育种的潜力。然而，其在不同遗传背景中的表现差异提示，在实际应用中需通过背景选择优化其育种效应。该研究不仅为小麦抗病育种提供了新种质，也为外源染色体片段与小麦基因组互作研究提供了理想材料，对推动小麦遗传改良具有重要意义。