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3.2在气候变化的背景下，防御跨越物种屏障的疾病:以水稻和小麦稻瘟病为例
小麦稻瘟病最早于1985年在巴西发现，目前小麦稻瘟病已蔓延至亚洲和非洲，严重威胁了这些大陆的小麦生产。该病是由稻瘟病菌稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae
pathotype Triticum, MoT)引起的，与稻瘟病菌M. oryzae pathotype oryzae (MoO)以及MoL(黑麦草)和MoS(谷子)等病型密切相关。在自然条件下，这些病原不会侵染它们的非目标宿主，但在较高温度下，它们可以交叉感染。到目前为止，已在小麦中鉴定出11个抗稻瘟病基因，分别是Rmg1 ~ Rmg9、RmgTd(t)和RmgGR119。只有Rmg2、Rmg3、Rmg7、Rmg8和RmgGR119对MoT有效，但Rmg2、Rmg3已被新出现的病原体变种所克服，Rmg7和Rmg8都识别相同的效应物(AVR-Rmg8)具有相同的抗病机制，因此被视为一个基因。RmgGR119 也表现出对稻瘟病的抗性，但仍需在更大规模的田间试验中进行验证。除了这些基因外，2NS/2AS易位已被广泛用作稳定有效的抗性来源，超过90%的CIMMYT优质种质由于其多性状效用而存在2NS/2AS易位。然而，目前已经出现了毒力强的MoT分离株，因此寻找新的抗源是一项紧迫的任务。通过对各种种质的大规模筛选，鉴定出的没有2NS的中等抗性品系的抗性不如携带2NS易位的品系，这体现了野生近缘品系的重要性。基因组测序技术的进步使全基因组关联分析(GWAS)与靶向基因测序相结合在小麦多样性群体中成为可能。该方法用于确定两种抗病基因，Rwt3和Rwt4。此外，发现Rmg7和Rmg8是Pm4的等位基因。3.3 推广营养强化，为资源匮乏的生产者和消费者提供营养丰富的小麦品种
2022年，超过9%的世界人口遭受饥饿，近三分之一的人无法负担健康饮食，导致普遍存在微量营养素缺乏。目前，在开发和推广高锌高铁且保持良好农艺性状的小麦品种方面取得了重大进展，已在多地大规模种植。目前高锌小麦品种是CIMMYT春小麦育种计划的主要内容。虽然小麦中铁和锌的含量提高非常成功，但仍需要继续开发富含其他矿物质(如硒和钙)的小麦品种，并通过减少植酸等微量营养素抑制剂来提高这些性状的利用率。对选定的地方品种和现代英国品种Paragon之间的双亲本群体进行初步分析，可以构建必需矿物质(如锌，铁，钙，镁和钾)的QTL“图谱”，并在未来的育种计划中进行积累。3.4 提高产量和气候适应能力的新遗传变异
日益不稳定的天气对产量稳定性构成挑战，小麦育种和研究也尚未能系统应对各种气候。在CIMMYT上，具有目标生理性状显著表达的PGR(如图2所示)进入生理预育种(PPB)程序，与优良品系杂交并回交，并在全球范围内测试最佳PPB后代，开发出产量更高、适应性更强的品种。PPB程序对复杂性状的总体策略是通过在良好的遗传背景下富集有利的新等位基因，在各自的环境中实现对产量的累积作用。![]()
图2 影响小麦产量的有关性状连线图
公共和私营育种者每年在 200 多个地点对 CIMMYT 的 PPB 小麦品种进行试验。PPB 品种表现出与 CIMMYT 优良品种相当的产量增长，甚至在一些地区表现出显著的产量优势。这证明PPB 品种已被用于开发适应气候变化的品种。简单外来基因的转移也有助于提高气候适应能力。综上所述，通过PGR筛选新的和优越的目标性状和等位基因来源，并通过PPB进行验证，可以提高作物的气候适应能力和产量潜力。通过PPB和基因编辑等技术手段，可以进一步提高小麦的产量和气候适应性。3.5 通过广泛杂交提高了生物硝化抑制剂的能力，从而减少硝态氮(NO3)淋失和氧化亚氮(N2O)气体排放，提高了小麦中氮素效率
目前，小麦种植，特别是在潮湿条件下，氮肥利用效率（NUE）较低。这主要是由于硝酸盐的浸出，以及N2和N2O在厌氧条件下的排放，会造成水污染及温室效应。根分泌物的生物硝化抑制作用(BNI)已被认为可以显著抑制土壤微生物氧化氨的硝态氮，并减少一些禾草的氮损失，这种特征在亲缘种--总状赖草（Leymus racemosus (Lam.) Tzvelev）中发现(2n= 4x= 28)。经过广泛杂交和染色体操作，CIMMYT培育出几种种质优良的小麦系，这些系含有来自Leymus racemosus (Lam.) Tzvelev的一个染色臂，并具有BNI活性。与此同时，BNI活性也在其他一些小麦品系中发现。该性状对小麦生长和产量没有负面影响，同时还可降低氨基氮肥施用后土壤硝酸盐水平和N2O排放，并可能在限制土壤氮条件下提高氮肥利用效率。CIMMYT正在探索其他赖草属(如L. mollis)中BNI活性，并开发小麦染色体易位，向农民提供具有Leymus BNI性状的品种，通过遗传改良降低氮肥施用对环境的影响。
