文献速览：
小麦品种陕农33自2009年育成以来，在田间具有优良的小麦条锈病抗性。为解析陕农33的抗性来源，作者利用抗病品种陕农33与澳大利亚小麦感病品种Avocet S（AVS）构建重组自交系（RIL）群体。通过小麦55K SNP芯片完成对亲本及RIL群体的基因分型。基于多年多点试验结合基因分型数据，通过QTL定位，在1DS、2AS和3DS染色体上定位到3个全生育期抗性位点，在1BL、2AS、3DL和6BS上检测到4个成株期抗性QTL位点。其中2AS上的全生育期抗性位点是来源于偏凸山羊草2NS易位系上的抗病基因Yr17。1BL和6BS上的抗性位点可能分别对应已知抗性基因Yr29和Yr78。位于3DL上的抗性位点解释5.8%-12.2%的表型变异，可能是全新的抗病位点。此外，为了评估中国小麦品种和品系的抗性来源，作者利用Yr17、Yr29、Yr78、QYrsn . nwafu - 3DL的分子标记，对420份中国小麦品种进行检测。发现这些基因的出现频率分别为11.4、7.6、14.8和7.4 %。这些基因/QTL之间具有加性效应，表明它们在提高材料的条锈病抗性中具有潜在价值。作者还检测到两个与叶片坏死（杂交坏死）相关的基因Ne1和Ne2，然而杂交F1代存活表明或许陕农33中存在控制种子存活的Ne1的等位基因。
研究背景：
小麦（Triticum aestivum L.）是重要禾本科作物，为全世界提供超过20%粮食产量。近年来伴随气候变化、生物胁迫成为影响小麦产量的重要因素。其中又以真菌类病害最为严重。在三种锈病中，由条形柄锈菌小麦专化型（Puccinia striiformis f. sp. tritici, Pst）引起的小麦条锈病能够造成严重的产量损失。杀菌剂常被认为是最有效的条锈病防治方法，然而这种方式导致生产成本提高且对人体和环境有害，并且防治效果随条锈菌大量爆发和喷施时间过晚而减弱。因此培育抗病品种成为抗条锈病的首选对策。
小麦条锈病抗性主要分为全生育期抗性（ASR）及成株期抗性（APR）。其中ASR基因赋予小麦小种专化抗性，伴随条锈菌生理小种变异，易导致这类抗性丧失。条锈菌生理小种CYR34具有较强毒力，对Yr10、Yr17、Yr27、Yr31、Yr41、Yr43、Yr44、Yr50和Yr67均具有毒性。而Yr5、Yr15、Yr53、Yr61、Yr64、Yr65、Yr69和Yr83对CYR34和其他毒性小种虽有效，但它们中的大多数在适应性较好的中国小麦种质中并不存在。APR基因赋予小麦非小种特异抗性，一般由2个及以上基因或QTL位点控制，表现为数量遗传。具有这类抗性的材料一般在苗期表现为感病，伴随植株生长发育或温度升高逐渐表现出抗病。此外，许多抗病QTL都在具有良好适应性的小麦品种中发现，表明这类抗病位点的组合不会对小麦的其他性状造成影响。
自2008年起，该团队搜集近2000份普通小麦种质、中国地方品种、核心种质、现代品种和国外种质，并评价其对条锈病的抗性水平。其中，陕农33由周麦18 ×陕麦981杂交选育而成，多年来在黄淮麦区生长良好。陕农33自2009年育成以来，在田间表现出较高的抗性水平。尽管陕农33展示出良好的产量与抗病表现，仍缺乏对其抗性遗传基础的解析。
研究内容：
该研究以AVS和SN33为亲本构建RIL 群体，通过多年多点试验结合小麦55K SNP基因芯片分型，完成小麦品种SN33的QTL定位。结合QTL定位结果开发分子标记，并对420份中国小麦主栽品种和育种材料在不同环境下的条锈病抗性进行评价。该研究的目的包括：定位SN33中与条锈病抗性相关的QTL；开发与相应基因或QTL紧密连锁的分子标记用于分子标记辅助选择育种（MAS）；评估这些基因/QTL之间的相互作用及其在当前中国小麦品种和育种材料中的等位基因变异频率。
研究结论：
1.陕农33表型评价：
苗期实验表明，SN33对条锈菌小种PST - Lab.1和PST - Lab.2表现为抗病（ITs 1 ~ 2），对PST - V26.1表现为感病（ITs 8 ~ 9）。在成株期实验中，SN33则对所有供试菌株均表现为高抗（IT 1 ~ 2 , DS ≤ 5 %）。以上结果表明SN33兼具ASR基因和APR基因。在PST - Lab.1和PST - Lab.2的苗期试验中，RIL群体的IT值表现为连续分布，不能明确划分为抗病和感病两类，说明控制其苗期抗性的基因是数量遗传的。田间试验中，感病品种AVS表现出高感（IT 8 ~ 9 , DS ≥ 80），而SN33则表现高抗（IT 0 ~ 3 , DS ≤ 10）。RIL群体的IT和MDS数据均呈现连续分布，表明群体表型符合数量性状遗传的特征。
IT和DS的Pearson相关系数分别为0.62 ~ 0.81和0.61 ~ 0.83 （P < 0.001）。其广义遗传力值的均为0.90。通过方差分析的P值（P < 0.0001）表明，在RILs间、环境间和行-环境互作间均存在显著差异。然而，各重复间无显著差异，表明RIL群体的表型变异主要由基因控制。
2.遗传连锁图谱构建：
基于小麦55K SNP基因芯片分型结果，在53063个SNP位点中，有12294个（23.17 %）在RIL群体中表现出多态性。剔除数据缺失或偏离SNP，去除冗余后选择2577个SNP代表相应的bin，用于构建遗传连锁图谱。2577个SNP标记共分为31个连锁群，总长为4772.88cM。其中A、B和D基因组分别包括925（39.98 %）、1067（39.49 %）和585（20.52 %）个标记，覆盖长度为1604.16、1617.91和1550.81 cM，平均标记间隔分别为2.96、2.90和1.57 cM。染色体1A、1B、1D、2A、2D、3A、3B、4A、4D、6A、6B、7A、7B和7D各有1个连锁群，其余染色体均具有2个或2个以上的连锁群。
3.抗病QTL定位：
苗期试验中，在染色体1D、2A和3D上共鉴定出三个抗病QTL，分别命名为QYrsn.nwafu-1DS、QYrsn.nwafu-2AS.1和QYrsn.nwafu-3DS。其中QYrsn . nwafu - 1DS位于标记AX - 110480216和AX - 111475929间，分别解释了PST - Lab.1和PST - Lab.2中6.5 %和31.5 %的表型变异。位于标记AX - 108853005和AX - 109973606间的QYrsn . nwafu - 2AS.1，解释PST - Lab.1中16.0 %的变异。QYrsn . nwafu - 3DS的效应值较小，位于标记AX109446046和AX - 94498685之间，可解释9.4 %的表型变异。QYrsn . nwafu - 1DS具有不同的抗性反应，对PST - Lab.2的抗性较高，但对PST - Lab.1的抗性显著降低。QYrsn . nwafu - 2AS.1和QYrsn . nwafu - 3DS分别表现出较高（16.0 %）和较低（9.4 %）的效应，且仅在PST - Lab.1的苗期试验中被检测到。当用PST - V26.1测试时，SN33、AVS、VPM 1和Madsen均表现出感病。
此外，为定位SN33的成株期抗性基因，作者分别在18YL（2018年陕西杨凌）、18JY（2018年四川江油）、19YL、19JY、19TS（2019年甘肃天水）进行多年多点试验，获取不同的IT和DS数据进行QTL检测。在染色体臂1BL、2AS、3DS和6BS上共检测到4个稳定存在的抗病QTL，分别命名为QYrsn . nwafu - 1BL、QYrsn . nwafu - 2AS.2、QYrsn . nwafu - 3DL和QYrsn . nwafu - 6BS。其中，QYrsn . nwafu - 1BL与标记AX86184925和AX - 111713183紧密连锁，分别解释了4.2 - 18.9 %和5.0 - 18.6 %的IT和DS变异。QYrsn . nwafu - 2AS.2位于AX - 109357922和AX - 109973606之间2cM区间内，分别解释10.4 % ~ 36.1 %和13.5 % ~ 33.0 % 的IT和DS变异。QYrsn . nwafu - 3DL在标记AX - 94499713和AX - 108814752之间，分别解释了5.8 ~ 12.2 %和8.4 ~ 12.2 % 的IT和DS变异。QYrsn . nwafu - 6BS与AX - 110602591和AX - 110199811连锁，可分别解释IT和DS表型变异的6.5 % ~ 18.5 % 和7.1 % ~ 15.1 % ，QYrsn . nwafu - 6BS的大部分置信区间与标记AX - 110086144和AX - 108908139之间的7.0 cM区域重叠。上述QTL对条锈病抗性均具有加性效应，加性效应检测表明所有QTL均来源于抗病亲本SN33 。
4.QTL的加性效应：
不同QTL组合对条锈病严重度的降低程度不同。为了研究QTL组合的效应，作者根据在YL、JY和TS的田间试验，将RILs分为6个抗病组合。在田间试验中，含有4个QTL的RILs的抗性高于其他所有的RILs，表现出与SN33几乎相似的抗性水平。并且这些基因组合的抗性水平伴随所包含的QTL位点数量的减少而降低。这些结果表明，QTL的加性效应决定了抗性的提高。所有QTL的加性效应在苗期试验和成株期试验中均被稳定检测。在苗期试验中，QTL的加性效应较低，可能是由于其小种专化抗性导致。田间试验表明，IT值的加性效应在- 0.4 ~ - 1.3之间，DS值的加性效应在- 5.6 ~ - 14.9之间。基于苗期和田间试验，说明单个QTL赋予小麦条锈病抗性的加性效应受表型评价指标和不同环境的影响。
5.与已知Yr基因的比较：
为了探究本试验检测到的抗病位点与已知Yr基因的关系，作者利用与Yr17、Yr29和Yr78紧密连锁的PCR标记对AVS、SN33和携带这些基因的小麦株系进行检测。除csLV46G22外，其余均在SN33中检测到。在小麦品系Pavon 76（Yr29 ,1BL）、VPM 1（Yr17 ,2AS）、PI 181434（Yr45 ,3DL）、Stephens（Yr78 ,6BS）和Madsen（Yr17 + Yr78）上检测到与QYrsn . nwafu - 1BL、QYrsn . nwafu - 2AS、QYrsn . nwafu - 3DL和QYrsn . nwafu - 6BS紧密连锁的全新KASP标记。这些结果表明SN33可能携带这些基因，其中QYrsn . nwafu - 2AS可能是Yr17，而QYrsn . nwafu - 6BS可能为Yr78。
QYrsn . nwafu - 1BL与Yr29：在遗传连锁图谱的基础上，进行了遗传位置和条锈病反应型的比较分析。Yr24（= Yr26）和Yr29被定位在1BL染色体上。本试验检测到的QYrsn . nwafu - 1BL位于遗传图谱的212.7 ~ 217.8 cM（对应于物理图谱中661.9 ~ 668.7 Mb）区域内，与Yr29基因座的区域重叠。在田间试验中，SN33的单基因系表现为部分抗病。而在分子检测中，AVS和SN33均未产生csLV46G22的阳性条带。因此QYrsn . nwafu - 1BL与Yr29的关系有待进一步研究。
QYrsn . nwafu - 2AS与Yr17：QYrsn . nwafu - 2AS.1、QYrsn . nwafu - 2AS.2和Yr17聚在2AS染色体的末端区域。Yr17来源于偏凸山羊草（Aegilops ventricosa）的2NS染色体，渐渗至六倍体小麦品系VPM1，进而渐渗至小麦品系Madsen。含有QYrsn . nwafu - 2AS.1的SN33单基因系与AVSYr17NIL对PST-Lab.1表现出高抗（IT=1-2），而对PST-Lab.2和 PST-V26.1表现出中感至高感（IT=3-7）。此外含有QYrsn . nwafu - 2AS.2的SN33单基因系在田间表现出部分抗病。AvSYr17NIL、VPM1、Madsen和SN33在苗期表现感病，但在田间表现为部分抗病。这些结果表明QYrsn . nwafu2AS.1应为Yr17。QYrsn . nwafu - 2AS.2与Yr17均位于同一区域，说明QYrsn . nwafu - 2AS.2也对应Yr17。
QYrsn . nwafu - 6BS与Yr78：QYrsn . nwafu - 6BS被定位在含有Yr36、Yr78等QTL的抗病基因富集区。研究表明，来源于Stephens中的QYr . wgp - 6B.1、来源于Janz中的QYr . sun - 6BS以及来源于Madsen中的QYrMa . wgp - 6BS等多个成株期抗病QTL与Yr78对应。本研究结果显示在SN33、Stephens和Madsen中存在紧密连锁标记IWA7257的“T”等位基因，在AVS中存在“G”等位基因，表明QYrsn . nwafu - 6BS很可能是Yr78。Yr78的连锁标记IWA7257和QYrsn . nwafu - 6BS的连锁标记AX - 109408478分别位于6B染色体98033320和118028360 bp处。
6.Yr17、Yr29、Yr78和QYrsn . nwafu - 3DL在中国小麦种质中的等位基因变异频率：
为了评估中国小麦品种和品系的抗性来源，作者开发Yr17、Yr29、Yr78、QYrsn . nwafu - 3DL的分子标记。用Yr17（QYrsn . nwafu - 2AS）的2NS片段PCR标记VENTRIUP / LN2，KASP标记和分别代表QYrsn . nwafu - 1BL（Yr29）、QYrsn . nwafu - 6BS（Yr78）和QYrsn . nwafu - 3DL的标记组合AX - 86184925、AX - 109408478 + IWA7257和AX - 109466386对420份中国育成品种和育种材料进行基因分型。Yr17、Yr29、Yr78和QYrsn . nwafu - 3DL出现的频率分别为11.4 %（48个株系）、7.6 %（32个株系）、14.8 %（62个株系）和7.4 %（31个株系）。
7.叶片坏死相关基因的定位：
此外，作者还在田间试验中观察到由显性互补基因Ne1（5BL）和Ne2（2BS）互作控制的叶片坏死（杂交坏死）。如作者预期，亲本没有出现坏死，而27个RILs出现坏死性状。排除12个因YL试验点旗叶黄化后，通过QTL定位分析，在染色体2BS和5BL上检测到2个QTL。其中Ne2（QNesn.nwafu-2BS）来源于小麦品种AVS，其紧密连锁标记为AX - 110672470和AX - 111559203；而Ne1（QNesn.nwafu-5BL）来源于小麦品种SN33，其侧翼标记为AX - 109338502和AX - 108885332。
