标记辅助导入两个白粉病抗性基因以增强埃及面包小麦品种的可持续抗性

《Cereal Research Communications》：Marker-assisted transfer of two powdery mildew resistance genes to Egyptian bread wheat cultivars

本研究针对埃及主栽面包小麦品种Sids12和Gemmiza12对白粉病（PM）高度感病的问题，利用标记辅助回交（MABC）技术，成功将从野生二粒小麦（Triticum boeoticum）中鉴定的两个白粉病抗性基因PmTb7A.1和PmTb7A.2，连同抗秆锈病基因Sr22，导入到感病埃及品种中。田间和分子标记分析证实，获得的BC2F1代植株成功携带了目标抗性基因，并对白粉病及条锈、叶锈、秆锈病表现出显著抗性。这项工作为埃及小麦育种项目提供了多抗性种质资源，对利用野生近缘种基因多样性、培育持久抗病品种以保障粮食安全具有重要意义。

　　

想象一下，全球数十亿人赖以生存的主食——小麦，正面临着一场看不见的“白色风暴”的侵袭。这场风暴就是由真菌Blumeria graminisf. sp. tritici引起的白粉病（Powdery Mildew, PM）。它在叶片上形成一层白色粉状霉层，不仅影响光合作用，严重时可导致20-40%的产量损失。在埃及这样的主要小麦进口国，提高本地品种的抗病性对于保障粮食安全和经济稳定至关重要。然而，当地广泛种植的优良品种，如Sids12和Gemmiza12，恰恰对白粉病高度感病。传统的病害防控依赖化学药剂，不仅成本高，还可能对环境造成危害。因此，培育具有遗传抗性的小麦品种，被视为最安全、经济且可持续的解决方案。

但抗病育种的道路并非一帆风顺。病原菌会不断进化，导致小麦中已有的单个抗性基因“失效”。这就需要科学家们像寻找新武器一样，不断从小麦的野生“亲戚”中发掘新的抗病基因，并将多个抗性基因“组装”到同一个优良品种中，构建更为坚固持久的“防御工事”。野生二粒小麦（Triticum boeoticum）作为现代栽培小麦A基因组的供体之一，就是一个宝贵的抗病基因库。此前，研究人员已从中鉴定出两个位于7AL染色体臂上的白粉病抗性基因PmTb7A.1和PmTb7A.2，同时发现与PmTb7A.1紧密连锁的还有一个能有效对抗致命秆锈病菌Ug99小种的抗性基因Sr22。这些基因已被导入到一些六倍体小麦（普通小麦）材料中。

那么，能否将这些宝贵的抗病基因，精准、高效地转移到埃及的感病主栽品种中，在不影响其优良农艺性状的前提下，赋予它们强大的多病害抗性呢？一项发表在《Cereal Research Communications》上的研究给出了肯定的答案。研究人员利用标记辅助选择（Marker-Assisted Selection, MAS）这一现代育种“导航仪”，成功地将PmTb7A.1、PmTb7A.2和Sr22基因导入到埃及感病小麦品种Sids12和Gemmiza12中，创制出了一批对白粉病和多种锈病具有多重抗性的小麦新种质。

为了开展这项研究，研究人员主要运用了几个关键技术方法：首先是标记辅助回交育种，以三个携带目标抗性基因的印度小麦品系为供体，埃及感病品种Sids12和Gemmiza12为受体和轮回亲本，通过杂交和连续回交，结合分子标记选择，逐步将目标基因片段导入埃及品种背景。其次是分子标记辅助选择，利用与PmTb7A.1（标记7AL-4556232_rga）和PmTb7A.2（标记7AL-4426363_rga和7AL-4544237_rga）紧密连锁的RGA-STS标记，以及Sr22的特异共显性标记（csIH81-BM/AG），在BC₁F₁和BC₂F₁代植株中进行前景选择，精准筛选出携带目标基因的单株。最后是田间自然发病鉴定，在埃及Sids农业研究站的自然发病条件下，对所有世代材料进行白粉病、条锈病、叶锈病和秆锈病的抗性表型评估，验证分子标记选择的有效性，并筛选出兼具多病害抗性的优良单株。

研究结果

白粉病抗性的导入

通过标记辅助回交策略，研究成功构建了回交群体。在（In3Gemmiza12）组合的113株BC₂F₁植株中，分子标记检测显示，41株携带PmTb7A.1，13株携带PmTb7A.2*，5株同时携带两个基因，54株未检测到基因导入。田间表型鉴定证实，这些标记阳性的植株对白粉病均表现抗性，而受体亲本Gemmiza12高度感病，证明了目标基因在埃及田间条件下的有效性。

田间条件下回交系对白粉病和三种锈病的反应

在自然发病条件下，供体印度小麦品系对白粉病完全免疫，而受体埃及品种感病。在BC₂F₁群体中，大部分标记阳性植株对白粉病表现抗性。同时，对锈病的抗性评估发现，许多BC₂F₁植株不仅抗白粉病，还对条锈、叶锈和秆锈病表现出不同程度的抗性。特别是在（In3*Gemmiza12）组合中，有68株BC₂F₁植株对秆锈病表现抗性。

标记分析

利用与抗性基因紧密连锁的分子标记进行筛选，确保了基因转移的准确性。例如，7AL-4556232_rga标记可有效鉴定PmTb7A.1的存在。对Sr22基因的标记分析发现，在（In3Gemmiza12）组合的46株选定BC₂F₁株系中，有41株携带Sr22等位基因，这表明PmTb7A.1和Sr22*在回交过程中被共同导入的频率很高。

携带PmTb7A.1/PmTb7A.2的59株BC₂F₁植株中锈病抗性的分布**

综合分析显示，在59株携带白粉病抗性基因的BC₂F₁植株中，有41株（69.5%）同时抗白粉病和秆锈病，35株（59.3%）同时抗白粉病和条锈病，30株（50.8%）同时抗白粉病和叶锈病。尤为突出的是，有28株植株（47.5%）对白粉病、条锈、叶锈和秆锈这四种真菌病害都表现出高水平的复合抗性。这些植株是将多种抗性基因成功聚合到同一基因型的杰出代表，是后续育种计划中用于增强生物胁迫抗逆性的最有希望的候选材料。

研究结论与意义

这项研究成功地利用标记辅助回交育种技术，将来源于野生二粒小麦的两个白粉病抗性基因PmTb7A.1和PmTb7A.2，以及秆锈病抗性基因Sr22，高效地导入到埃及主感白粉病的小麦品种Sids12和Gemmiza12中。所创制的BC₂F₁代小麦材料，不仅经分子标记证实携带了目标抗性基因，而且在田间自然发病条件下表现出对白粉病和多种锈病的显著抗性，其中近一半的优选单株兼具对四种主要叶部病害的复合抗性。

这项工作的意义深远。首先，它直接为埃及小麦育种提供了宝贵的多抗性种质资源。这些材料可以被直接用于埃及国家小麦育种项目，通过进一步回交和自交，快速培育出既抗病又高产稳产的新品种，这对于减少埃及小麦进口依赖、增强粮食自给能力和保障粮食安全具有战略价值。其次，它展示了利用小麦野生近缘种基因库进行抗病育种的可行性与效率。通过标记辅助选择，可以精确地从野生种中转移有益基因，同时最大限度地减少连锁累赘（即将不利性状一并带入），加速了育种进程。再者，它实践了通过基因聚合（Gene Pyramiding）来培育持久抗性的策略。将多个不同作用机制的抗性基因聚合到同一品种中，可以迫使病原菌需要同时克服多重障碍，从而大大延缓其产生适应性变异、克服抗性的速度，延长品种的抗病使用寿命。最后，本研究体现了表型鉴定与分子标记筛选相结合在现代育种中的重要性，两者相互验证，确保了所选材料既在遗传上携带目标基因，又在田间实践中表现稳定抗性。

总之，这项研究是标记辅助育种技术成功应用于解决实际生产问题的典范。它不仅为埃及，也为其他面临类似小麦病害挑战的地区，提供了通过挖掘和利用野生遗传资源、结合现代生物技术来培育可持续抗病小麦品种的有效路径。未来，这些携带多抗性基因的育种材料将在更广泛的环境中进行稳定性测试，并有望通过基因组选择等进一步的技术整合，加速高产、优质、多抗小麦新品种的培育进程。