一作解读|小麦与长穗偃麦草抗Ug99易位系的创制与鉴定

近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所李振声课题组在Theor Appl Genet在线发表了题为“Chromosomal composition analysis and molecular marker development for the novel Ug99-resistant wheat–Thinopyrum ponticum translocation line WTT34”的研究文章。该研究通过抗病性鉴定、细胞学分析和分子标记检测说明小麦与长穗偃麦草易位系WTT34的Ug99抗性来源于长穗偃麦草，并可能由一个新的基因起作用。抗Ug99易位系WTT34的创制为小麦抗病育种提供新的种质资源。

1998年在乌干达发现毒性极强的秆锈病生理小种TTKSK严重威胁小麦的生产安全。它进化速度极快，截至2018年，至少有13个变种被发现并命名(http://rusttracker.cimmyt.org/?page_id=7)，这些变种也使得一些抗性基因如Sr24、Sr31、Sr36和SrTmp失去抗性。它传播范围广，已由东非传至南非、埃及、也门及伊朗等国家，并对我国小麦产生威胁。

中国科学院遗传所李振声课题组长期从事小麦与偃麦草的易位系创制工作，通过远缘杂交，将长穗偃麦草与多个小麦品种依次杂交，并创制以优良小麦品种小偃81为背景的易位系。与南非Free State大学Willem H. P.Boshoff、Zacharias A. Pretorius合作，筛选并鉴定出一个高抗PTKST生理小种的易位系WTT34。之后对WTT34及其亲本进行苗期和成株期抗病性鉴定，判断其抗性来源于长穗偃麦草；利用与长穗偃麦草已知抗病基因紧密连锁的分子标记扩增WTT34及其亲本基因组，判断WTT34的抗性由一个新的基因起作用。细胞学鉴定表明，WTT34的易位类型为小片段易位，外源片段易位至5D染色体长臂末端，易位染色体的组成为T5DS·5DL-Th。

图1 WTT34及其亲本的抗病性鉴定与细胞学分析

考虑到细胞学鉴定的局限性，我们无法得知易位断点位置及外源片段与小麦染色体之间的同源关系，因此我们利用小麦660K SNP芯片对WTT34进行分析，结果显示在5D染色体433.5 Mb处发生易位，在其1D染色体短臂顶端0-22.5 Mb区间也发生染色体片段的丢失；通过分析外源片段与小麦染色体之间的同源关系，得出外源片段与2A和5D染色体部分同源。

图2 小麦660K SNP芯片分析

农艺性状调查表明，WTT34产量性状与轮回亲本小偃81并无显著差异，因此可以用于抗病育种。利用简化基因组测序(SLAF-seq)对长穗偃麦草、WTT34进行测序，经序列比对，筛选出WTT34的特异序列，根据与长穗偃麦草同源性最好的500条序列设计引物，并在WTT34及其亲本中扩增，共筛选出51个WTT34的特异标记。这些标记可以很好地追踪WTT34外源染色体片段。

图3 WTT34(右)与小偃81 (左)的农艺性状比较

李振声课题组博士杨国堂与南非Free State大学Willem H. P.Boshoff为共同第一作者，郑琪副研究员为通讯作者，该研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。

原文链接：

https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03796-0