《PLOS Genetics》：Genetic analysis and mapping of adult plant stripe rust resistance loci in CIMMYT wheat ‘Kijil’ under Mexican and Chinese field environments
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由条形柄锈菌小麦专化型(Puccinia striiformisf. sp. tritici，Pst)引起的条锈病（黄锈病，stripe rust / yellow rust，YR）在流行年份可造成普通小麦(Triticum aestivumL.)严重产量损失
由条形柄锈菌小麦专化型(Puccinia striiformisf. sp. tritici，Pst)引起的条锈病（黄锈病，stripe rust / yellow rust，YR）在流行年份可造成普通小麦(Triticum aestivumL.)严重产量损失。选育抗病品种是防治该病最具成本效益的策略，鉴定新抗源对维持遗传多样性至关重要。CIMMYT衍生小麦品系'Kijil'在墨西哥和中国环境下均表现高抗条锈病。研究人员以高抗亲本'Kijil'与感病亲本'Apav#1'杂交构建含153个F5代重组自交系(recombinant inbred lines，RILs)的群体，在两国七个环境下进行条锈病最终发病严重度(final disease severity，FDS)表型鉴定，并采用基因型测序(genotyping-by-sequencing，GBS)平台进行基因分型。利用复合区间作图法(inclusive composite interval mapping，ICIM)基于5468个多态性标记构建遗传连锁图并检测显著的抗性数量性状位点(quantitative trait loci，QTLs)。定位得到已知抗性位点Yr29、Yr30及QYr.hzau-3AS，以及两个新位点——QYr.hzau-2BS和QYr.hzau-5DL，均在中墨两国锈病环境下被检出。其中QYr.hzau-2BS解释11.75%–19.19%的表型变异。研究人员开发了与之紧密连锁的KASP(Kompetitive Allele-Specific PCR)标记KASP_2BS以供标记辅助选择。根据定位区间预测到该位点下游两个候选基因。进一步分析显示Yr29与其他条锈病抗性基因/位点存在显著加性效应，Yr29+Yr30+QYr.hzau-2BS三者聚合可使病害严重度降低达67.8%。研究结果表明，'Kijil'及携带Yr29、Yr30和QYr.hzau-2BS的RILs可作为改良小麦条锈病抗性的宝贵抗源供体用于育种。
论文解读：CIMMYT小麦品系'Kijil'成株期条锈病抗性位点的遗传定位与新QTL发掘及聚合效应分析
该研究发表于《PLOS Genetics》。
一、研究背景与意义
小麦是全球最重要的粮食作物之一，而由条形柄锈菌小麦专化型（Puccinia striiformisf. sp. tritici，Pst）引起的条锈病（stripe rust／yellow rust，YR）是威胁小麦产量与品质的最主要病害之一，全球每年因小麦锈病造成数十亿美元经济损失。小麦对YR的抗性分为全生育期抗性（all-stage resistance，ASR，多由主效基因控制，易受病原菌毒性小种变异而失效）和成株抗性（adult plant resistance，APR，多由微效多基因控制，具非小种特异性、较持久）。目前已正式命名87个Yr基因，定位400余个QTL（quantitative trait locus），但生产中可用的持久抗源仍有限，且病原菌新毒性小种不断演化。因此，发掘新的APR位点、开发配套功能标记并明确多位点聚合效应，是实现小麦条锈病持久防控的关键。CIMMYT品系'Kijil'苗期感病但成株期对墨西哥和中国流行小种（包括CYR33、CYR34）及自然田间菌系均表现高抗，是挖掘APR位点的优良材料。本研究旨在阐明'Kijil'中APR的遗传基础，鉴定新抗性QTL并开发分子标记，评估各抗性位点间互作，为分子育种选择提供依据。
二、主要关键技术方法
研究人员以感病种质'Apav#1'与高抗品系'Kijil'（苗期感病、成株抗病）杂交，通过单籽传法构建153个F5代重组自交系（recombinant inbred lines，RILs）群体。于墨西哥（Obregón、Toluca、Batan，2015–2017年，共4个环境）和中国湖北鄂州（2019–2022年，共3个环境）七个田间环境下进行条锈病最终发病严重度（final disease severity，FDS）表型鉴定，并以最佳线性无偏预测（best linear unbiased prediction，BLUP）整合多环境数据。采用基因型测序（genotyping-by-sequencing，GBS）获得多态性标记进行遗传连锁图构建。利用IciMapping软件通过复合区间作图法（inclusive composite interval mapping，ICIM，1000次置换检验）进行QTL定位。针对主效新QTL QYr.hzau-2BS开发KASP（Kompetitive Allele-Specific PCR）标记并在RIL群体及416份小麦种质中验证。通过转录组（RNA-seq）筛选区间内表达候选基因并经qRT-PCR验证接种后表达动态。依据紧密连锁标记将RILs按Yr29（标记csLV46G22）、Yr30（标记Xgwm533）、QYr.hzau-2BS（KASP_2BS）基因型分组，分析单位点及聚合基因型与FDS的关系，通过线性模型评估加性与上位性（epistatic）效应。
三、研究结果
2.1 表型分析（Phenotypic analysis）
亲本'Kijil'苗期对Pst小种CYR33和CYR34感染型（infection type，IT）为6–7（感病），而成株期在墨西哥和中国FDS分别为1MS／1MR和0–1R（高抗）；感病亲本'Apav#1'成株期FDS为40%–100%（感–中感）。RIL群体FDS均值在中国环境下为22.04%–51.93%，墨西哥环境下为16.35%–38.86%，BLUP值近似正态分布，频率呈连续分布，符合数量性状遗传模式。不同环境下FDS Pearson相关系数为0.49–0.83，中墨试验间显著正相关，表明'Kijil'具广适性APR。Mendelian分离分析推断抗性由2–5个具加性效应的基因控制。
2.2 遗传连锁图（Genetic linkage maps）
经筛选保留5468个多态性标记（4480个PAV、984个SNP、3个SSR、1个KASP），归为42个连锁群，覆盖A、B、D基因组，总图距8523.94 cM，平均标记密度1.55 cM／标记。
2.3 成株条锈病抗性位点定位（Mapping of adult plant stripe rust resistance loci）
ICIM分析检测到5个来自'Kijil'的抗性QTL：
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QYr.hzau-1BL（染色体1BL，物理位置671.27–676.07 Mb，标记区间DArT 5410703–1862932），在全部7个单环境及BLUP中稳定检出，解释16.03%–33.71%表型变异（phenotypic variance explained，PVE），与已知APR基因Yr29（Lr46/Yr29/Sr58/Pm39）共定位。
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QYr.hzau-2BS（染色体2BS，134.55–135.79 Mb，标记1228364–3021343），在5个单环境及BLUP中检出，PVE为5.03%–23.39%（BLUP下11.75%–19.19%），距已知基因Yr27约23.13 Mb且Kijil不含Yr27诊断标记，判定为新条锈病抗性位点。
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QYr.hzau-3AS（染色体3AS，19.32–20.23 Mb，标记1176628–981733），仅于墨西哥环境下检出，PVE 5.19%–17.53%。
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QYr.hzau-3BS（染色体3BS，标记1321522–Xgwm533），在5个单环境及BLUP中检出，PVE 3.48%–12.77%，与已知APR基因Yr30（Sr2/Yr30）共定位。
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QYr.hzau-5DL（染色体5DL，337.69–361.65 Mb，标记1102087–3026417），在部分墨西哥与中国环境下检出，PVE 4.15%–17.40%，与已报道5DL上QTL物理位置不同，为潜在新APR位点。
2.4 QYr.hzau-2BS的KASP分子标记开发与验证（Development and validation of KASP molecular marker for QYr.hzau-2BS）
基于SNP标记1239537|F|0--6:C＞T设计KASP标记KASP_2BS（物理位置2BS:134.55 Mb）。该标记在RIL群体中与其抗性等位变异完全共分离，在中国及墨西哥多环境下与FDS显著降低相关联（降幅3.00%–18.13%）。在416份小麦种质中，38份含抗性等位基因，携带该等位基因的品种FDS平均降低10.22%–12.48%（P＜0.05），证实标记实用价值。RNA-seq筛选QYr.hzau-2BS区间内19个注释基因，其中3个接种后有表达（FPKM＞1），两个具抗病相关功能注释：TraesCS2B01G162000编码E3泛素连接酶（E3 ubiquitin ligase），TraesCS2B01G163300属MATE（multidrug and toxic compound extrusion）转运蛋白家族。qRT-PCR显示TraesCS2B01G163300在'Kijil'中接种后持续上调且显著高于感病亲本（P＜0.05），TraesCS2B01G162000在'Kijil'中也持续高表达，定为候选核心基因。
2.5 抗性位点间互作效应（Interaction effects of resistance loci）
按Yr29、Yr30、QYr.hzau-2BS标记基因型将RILs分为8组。单一位点组中Yr29降FDS效果最强（均值38.20%），QYr.hzau-2BS次之（38.66%），Yr30单独效应较弱但显著。两位点组合中Yr29＋Yr30均值FDS 21.60%，Yr29＋QYr.hzau-2BS为28.53%，Yr30＋QYr.hzau-2BS为30.90%。三位点聚合（Yr29＋Yr30＋QYr.hzau-2BS）FDS均值降至9.15%，接近免疫。线性模型显示Yr29与QYr.hzau-2BS在BLUPM下存在显著负上位性（antagonistic epistasis，互作效应＋23.08%），即Yr29背景下QYr.hzau-2BS单独贡献减弱（无Yr29时降FDS 16.06%，有Yr29时仅1.20%且不显著），但三者聚合仍实现近免疫，表明Yr30通过加性／协同网络增强整体抗性。
四、讨论与结论总结
研究人员在'Kijil'×'Apav#1' RIL群体中鉴定出5个稳定APR QTL，确认了已知基因Yr29（1BL）和Yr30（3BS），新定位QYr.hzau-2BS（2BS:134.55–135.79 Mb）和QYr.hzau-5DL（5DL:337.69–361.65 Mb），后者在中墨环境下稳定检出为潜在新APR位点；QYr.hzau-3AS表现环境特异性（仅墨西哥）。为QYr.hzau-2BS开发了紧密连锁KASP标记KASP_2BS，经多环境及多样质体验证可用于标记辅助选择（marker-assisted selection，MAS）。区间内候选基因为编码E3泛素连接酶的TraesCS2B01G162000和MATE家族TraesCS2B01G163300（接种后显著上调）。基因聚合分析表明Yr29具强加性效应，Yr30单独弱但参与协同网络，三者聚合使FDS降至9.15%；Yr29与QYr.hzau-2BS存在拮抗上位性，在无Yr29背景下QYr.hzau-2BS效应更完整发挥。结论：'Kijil'携带Yr29、Yr30及新位点QYr.hzau-2BS、QYr.hzau-5DL，其中Yr29＋Yr30＋QYr.hzau-2BS构成高抗核心模块，配合KASP_2BS可实现分子标记辅助聚合育种，为培育持久抗条锈病小麦品种提供新抗源、功能标记与基因聚合策略。
