The Crop Journal|南京农业大学小麦分子细胞遗传育种团队从簇毛麦中发现新类型抗小麦白粉...
小麦白粉病（Blumeria graminis f. sp.Tritici, Bgt）具有发生频率高、流行范围广、爆发性强和生理小种复杂易变等特点，是严重威胁我国小麦生产的重要病害之一。推广抗病品种是防治该病最经济有效的措施，育种上主要利用全生育期抗性及成株期抗性基因。然而单一抗源抗性的频繁丧失，使育种工作总是在被动地追赶病原菌小种的变化，严重制约着小麦产量和品质水平的进一步提高。因此，需要发掘新类型抗源，以获得持久抗性。
近日，The Crop Journal在线发表了南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室小麦分子细胞遗传育种团队题为“Pm67, a new powdery mildew resistance gene transferred from Dasypyrum villosum chromosome 1V to common wheat (Triticum aestivum L.)”的文章，报道从簇毛麦中发现了一种新类型抗小麦白粉病基因Pm67。
二倍体簇毛麦（Dasypyrum villosum，2n=14，VV）是小麦野生近缘属种，携带许多优异基因，是小麦遗传改良重要的三级基因资源库。南京农业大学小麦分子细胞遗传育种团队长期致力于利用二倍体簇毛麦基因组发掘小麦优质、高产、抗病和耐逆基因。
利用三个来源不同的簇毛麦，即引自英国剑桥大学植物园的DP005又称91C43（V#4）、源自意大利Pisa地区簇毛麦01I140（V#5）和源自希腊簇毛麦01I139（V#6）分别与硬粒小麦中引1286（引自CIMMYT）杂交并获得三个硬粒小麦-簇毛麦双二倍体（AABBVV，图1a），双二倍体再分别与现代高产品种南农0686杂交、回交，综合利用分子细胞学技术，选育出了一批小麦-簇毛麦V基因组渗入系材料，并从中发掘出了多个小麦优质、高产和抗病基因。其中，全生育期广谱抗白粉病基因Pm21、基于生育期和组织差异抗白粉病基因Pm55及成株期抗白粉病基因Pm62分别以补偿性易位系的方式转入到不同小麦背景，多个育种单位已用于抗白粉病遗传改良。
图1.新的抗白粉病基因Pm67的定位及Pm55聚合的抗性分析
近年来，该团队又从源自意大利簇毛麦01I140的1V#5染色体上发现一个新的抗白粉病基因Pm67，物理定位于1VS末端（FL 0.70-100），并创制出携带Pm67的1DL.1VS#5补偿性易位系（图1b）。不同发育时期白粉病抗性鉴定及菌丝发育微观观察发现，携带Pm67的材料在拔节期以前对白粉菌混合生理小种近免疫，成株期（灌浆期）叶片出现白粉菌菌丝，但未发育出分生孢子，而其它组织部位仍近免疫水平。因此，Pm67在不同组织对病原菌的抗性层次不同（叶鞘和穗部抗性水平大于叶片），是组织差异抗性类型基因。Pm67与该团队之前发现的另一组织差异抗性基因Pm55（叶片抗性水平大于叶鞘和穗部）聚合后，达到全生育期近免疫水平（图1c）。组织差异抗性类型基因对病原菌生理小种选择压力小，为培育持久抗性品种提供了新抗源。携带Pm67的1DL.1VS#5易位系农艺性状优良（图1d），1VS上还额外携带簇毛麦高分子量麦谷蛋白亚基位点（Glu-V1）（图1e），1DL.1VS易位染色体导入不同小麦遗传背景均能显著提高面筋强度和面包烘培品质。因此，1DL.1VS#5易位系在小麦品质及抗病育种改良中具有较高应用价值。
南京农业大学张瑞奇副教授为论文第一作者和通讯作者，研究生熊传曦为共同第一作者。南京农业大学曹爱忠教授、邢莉萍教授和江苏省农科院吴纪中研究员也参与了该项工作。南京农业大学王秀娥教授、亓增军教授和陈佩度教授在种质创新及论文撰写过程中提供了宝贵建议。我们目前对Pm67正开展精细定位和图位克隆工作，期待与国内单位合作开展该基因的抗病机制及育种利用研究。本研究得到了国家自然科学基金和江苏省农业自主创新资金项目的资助。
参考文献：
1、Zhang Ruiqi, Sun Bingxiao, Chen Juan, Cao Aizhong, Xing Liping, Feng Yigao, Lan Caixia, Chen Peidu. Pm55, a developmental-stage and tissue-specific powdery mildew resistance gene introgressed from Dasypyrum villosum into common wheat. Theor Appl Genet, 2016, 129:1975–1984.
2、Zhang Ruiqi, Fan Yali, Kong Lingna, Wang Zuojun, Wu Jizhong, Xing Liping, Cao Aizhong, Feng Yigao. Pm62, an adult-plant powdery mildew resistance gene introgressed from Dasypyrum villosum chromosome arm 2VL into wheat. Theor Appl Genet, 2018, 131:2613-2620
3、Zhang Ruiqi, Xiong Chuanxi, Mu Huanqing , Yao Ruonan, Meng Xiangru , Kong Lingna, Xing Liping, Wu Jizhong, Feng Yigao, Cao Aizhong. Pm67, a new powdery mildew resistance gene transferred from Dasypyrum villosum chromosome 1V to common wheat (Triticum aestivum L.). The Crop Journal, 2020, online.
4、Zhang Ruiqi, Zhang Mingyi, Wang Xiue, Chen Peidu. Introduction of chromosome segment carrying the seed storage protein genes from chromosome 1V of Dasypyrum villosum showed positive effect on bread-making quality of common wheat. Theor Appl Genet, 2014, 127:523-533.
5、Zhang Ruiqi, Hou Fu, Feng Yigao, Zhang Wei , Zhang Mingyi, Chen Peidu. Characterization of a Triticum aestivum–Dasypyrum villosum T2VS·2DL translocation line expressing a longer spike and more kernels traits. Theor Appl Genet, 2015, 128:2415–2425.