原创解读|小麦成株期抗条锈病基因Yr80的精细作图和QYr-3BL的鉴定
成株期（APR）抗病位点在植物生长的晚期阶段表现部分抗病性，往往具有广谱、持久抗病特征，在当前追求持久抗病性的育种目标下，挖掘和鉴定持久抗病基因对于抗病育种具有重大意义。另外，进行抗病基因的精细定位，是进一步实现图位克隆和分子设计育种的重要手段。
该研究利用成株期抗条锈病四倍体硬粒小麦品种Stewart与感病品种Bansi进行杂交构建遗传群体，从Stewart中鉴定到1BL和3BL两个APR抗病位点。其中1BL位点是之前已经定位的Yr29基因，3BL位点命名为Qyr-3BL，定位在已知基因Yr80附近。为了比较它们之间的关系，利用小麦90K SNP芯片，中国春参考基因组，RNA-seq等手段在Yr80定位区间新开发了16个多态性标记，结合Yr80初定位群体中的17个RIL重组体和剩余杂合体株系（HIF）构建的次级大F2群体对Yr80进行了精细定位，将Yr80从之前的57Mb缩小到了2.1Mb的物理区间，这个区间包含15个候选基因，含有一个NLR结构基因。具体内容如下：
1.Stewart 的抗病特征
对Stewart和Bansi两个亲本材料进行各个生长阶段的条锈病抗性特征鉴定（澳大利亚生理小种134E16A Yr17 Yr27 ），发现Stewart在四叶期之前（生长76天）表现感病反应，之后开始出现抗病反应，这表明Stewart对条锈病抗性由成株期抗病基因控制（图1b）。组织学观察发现对Stewart和Bansi的旗叶接病以后，它们在感染菌丝、吸器和孢子囊存在无明显差异，Stewart叶片也没有明显的细胞过敏反应和胼胝质积累现象发生，表现出成株期抗病性特有的菌丝扩展速度延缓特征（图1f-m）。
图1 Stewart的成株期抗病特征和组织学观察
2.Stewart的抗条锈病遗传解析
对190个Stewart × Bansi F2单株进行90K芯片测序，构建了包含7719个标记，14个连锁群的遗传图谱。与F2:3表型关联之后在1BL和3BL检测到两个QTL位点（图2 ），其中1BL位点定位在Yr29（之前已经报道的硬粒小麦位点）的区域，Yr29的检测标记在Stewart中呈阳性，说明1BL位点就是Yr29，3BL位点命名为QYr-3BL，定位区间对应靠基因组78Mb的物理区间。之后，在QYr-3BL区间新开发了12个KASP和3个SSR标记，结合F5（136个系）、F7（176个系）两个重组自交系群体进行遗传作图对F3的定位结果进行了验证，发现kIWA6221和 kIWB10364两个个标记与条锈病抗性紧密连锁。
图2 Stewart × Bansi F3群体抗条锈QTL位点作图
3.Yr80的精细定位
在QYr-3BL区域，Nsabiyera等在2018年利用Aus27284× AvocetRIL群体将Yr80基因定位在KASP65624 和KASP53113之间，对应遗传距离7cM，物理距离55 Mb（中国春chr3B: 550320457–605449567bp）（图3）。
图3 QYr-3BL与Yr80的相对位置
共线性分析发现Stewart × Bansi遗传图谱与中国春物理图谱之间共线性良好，因此用QYr-3BL区域的KASP标记对Aus27284× Avocet群体中在目标区域发生重组事件的的17个RIL家系进行基因分型，发现其中四个标记存在多态性，并且位于Yr80的Flanking marker KASP65624和KASP53113之间。另外，利用中国春参考序列和转录组数据开发了12个新的多态性标记，之后结合这17个重组体和新开发的16个标记将Yr80的物理区间从55Mb缩小到了5.6 Mb范围。
前期从Aus27284× Avocet RIL群体中鉴定到了两个Yr80区间杂合的家系（50 和 71），构建了Yr80次级F2分离群体。并利用新的Flanking marker kIWB65624和kIWB42559对分离群体进行了基因型扫描，从1500个家系中鉴定到了4个新的重组交换体，进一步将区间缩小到了2.1Mb，其中含有15个注释基因，有一个基因编码NLR蛋白（图4）。根据QYr-3BL和Yr80在中国春物理图谱上的位置推测它们不是同一个位点。
图4 Yr80的精细图谱
该研究解析了硬粒小麦品种Stewart的成株期抗条锈病遗传基础，鉴定到新的抗病位点Qyr-3BL，精细定位了抗病基因Yr80，并且开发了新的更加可靠的KASP标记，可以用于分子标记辅助选择育种。
2020年7月20日，这一研究成果在线发表在Theoretical and Applied Genetics，论文题目为“A durum wheat adult plant stripe rust resistance QTLand its relationship with the bread wheat Yr80 locus”。由澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO），悉尼大学，四川农业大学小麦研究所合作完成。
参考文献：
[1]. Li, H., et al., A durum wheat adult plant stripe rust resistance QTL and its relationship with the bread wheat Yr80 locus. Theoretical and Applied Genetics, 2020.
[2]. Nsabiyera, V., et al., Characterisation and mapping of adult plant stripe rust resistance in wheat accession Aus27284. Theoretical and Applied Genetics, 2018. 131(7): p.1459-1467.