一作解读|【TAG】：小麦抗黑森瘿蚊（Hessian fly）隐性基因h4的定位

小麦黑森瘿蚊[Mayetiola destructor (Say)]是世界上许多小麦产区危害严重的害虫之一。开发和利用抗病品种是防治黑森瘿蚊最经济、有效的途径。到目前为止，从小麦中共鉴定出37个黑森瘿蚊抗性基因，其中只有h4是隐性基因。小麦-黑森瘿蚊系统符合基因对基因模式，黑森瘿蚊生物型的快速进化增加了控制该病虫的难度。将h4与其它黑森瘿蚊抗性基因聚合是提高小麦新品种持久抗性的重要举措。Java是一个携带抗性基因h4的古老小麦品种，然而，缺乏与h4相关的遗传定位和分子标记，限制了其在小麦育种中的应用。

为了定位小麦品种Java携带的黑森瘿蚊抗性基因，我们利用Java分别与感病品种Bobwhite和Overley杂交，通过单粒传法构建了两个分别包含189和121个家系的重组自交系群体（RIL），利用GBS（Genotyping-by-sequencing）技术对两个RIL群体进行基因分型，结合表型数据进行黑森瘿蚊抗性QTL定位。表型鉴定分别于2017年秋季和2018年春季在美国堪萨斯州立大学温室中进行。表型鉴定显示，Bobwhite×Java和Overley×Java杂交F1植株在两个试验中都是完全感病，抗病和感病（R/S）RILs在两个群体中的分离比例符合1:1的单基因分离比例(Fig. 1)，说明Java的抗性受一个隐性基因控制。

从GBS分析检测到的SNP位点中筛选缺失率小于20%的SNP位点，进一步根据QTL IciMapping v4.1的Bin function淘汰每个Bin中多余的SNP标记，利用保留的SNP标记进行遗传连锁图谱构建，最终构建了两张覆盖小麦21条染色体的遗传连锁图。一张由30个连锁群组成，含有1090个SNP位点，遗传距离2415.4 cM，平均标记密度为2.2 cM；另外一张由25个连锁群组成，含有1542个SNP位点，遗传距离3444.0 cM，平均标记密度为2.2 cM。利用构建的遗传图谱，在两个群体中均检测到一个位于1A染色体的主效QTL。由于该QTL是从Java中检测到的唯一一个稳定表达的主效QTL，因此我们认为该QTL就是h4。

为了弥补GBS缺失数据并更正GBS测序的错误数据，我们把h4候选区间的13个SNP标记转化成了KASP标记，其中6个KASP标记（KASP3299、KASP1871、KASP1583、KASP2446、KASP974和KASP1218）在抗性亲本和至少一个感病亲本之间具有多态性（Fig. 2）。

利用KASP标记替换掉相应的GBS SNPs之后，重新构建两个群体1A染色体的连锁图谱，并再次进行QTL定位，将h4定位到1A染色体KASP3299和KASP1871之间，可以解释60.4-70.5%的表型变异（Fig. 3）。根据中国春参考基因组序列（IWGSC 2018），h4位于1A染色体一个642.0 kb的物理区间。该区间包含17个高质量参考基因，其中有6个被注释为植物抗病相关基因。

该研究首次报道h4位于小麦染色体臂1AS远端，并且开发了6个高通量KASP标记，有助于h4与其它黑森瘿蚊抗性基因的聚合育种。

2020年7月2日，这一研究成果在线发表在Theoretical and Applied Genetics上（https://doi.org/10.1007/s00122-020-03642-9），论文题目为“The Hessian fly recessive resistance gene h4 mapped to chromosome 1A of the wheat cultivar ‘Java’ using genotyping-by-sequencing”。论文第一作者是牛付安博士，美国堪萨斯州立大学柏贵华教授是该论文的通讯作者。论文其他主要参与者还包括美国堪萨斯州立大学的许云峰博士、刘旭明博士、赵兰飞博士、Amy Bernardo 博士、李耀光博士、刘国霞博士、陈明顺教授，以及上海市农业科学院的曹黎明研究员等。