小麦赤霉病（Fusarium Head Blight, FHB）主要由赤霉菌（Fusarium graminearum ）引起，是一种在全球范围内威胁小麦安全生产的真菌病害。培育抗病品种是防治FHB的有效途径，但现有的抗病品种和遗传资源有限，发现新的抗病基因对于小麦育种至关重要。![]()
2024年7月29日，西南科技大学生命科学与工程学院小麦研究所在Frontiers in Plant Science上在线发表了题为“Three novel QTLs for FHB resistance identified and mapped in spring
wheat PI672538 by bulked segregant analysis of the recombinant inbred line”的研究论文，本研究通过对来自L661/PI672538杂交组合的重组自交系（RIL）群体的混合分离体分析（BSA），在春小麦PI672538中鉴定和定位了三个新型的抗FHB的QTL。主要研究内容和结果如下：
（1） F2：7 和 F10 RIL 群体的 FHB 抗性评价四年的田间试验表明，PI672538对小麦赤霉病（FHB）具有抗性，而L661对FHB易感（表1；图1）。F2:7和F10植物的每个穗部的NDS呈现出一定程度的连续变化。相关性分析显示，F2:7RIL群体在2015至2017年期间的每穗病穗数（NDS）表现出较弱的相关性，而在2019至2021年期间F10 RIL群体的NDS则表现出较强的相关性（R²
= 0.272-0.521，P<0.01）（表2），这表明F10 RIL群体可用于FHB的QTL定位。NDS_QL2021、NDS_WJ2021、NDS_CZ2019和NDS_CZCF2019的标准误差呈现出近似正交分布（表3），确保了QTL定位分析的精确度和可信度。![]()
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图1 2019年CZa田间试验中接种赤霉菌21天后，PI672538和L661的赤霉病抗性表现。(A-D)分别展示了PI672538穗、PI672538群体、L661穗、L661群体的赤霉病抗性表现表2 451条F10 RIL群体中病穗数（NDS）的相关性分析表3 F10 RIL群体中每穗病穗数（NDS）的均值标准误及正态分布测试![]()
为了定位FHB的QTL，分别从F2:7群体中选择了24个FHB抗病品系和20个易感品系，作为抗性组和易感组。此外，F2:7群体在2017年和2018年在温江的NDS数据显示，R组和S组中的FHB抗性稳定且准确，这表明R组和S组可用于BSA-seq。作者应用BSA-seq，经过质量控制后，分别有85.04%和85.81%的过滤后的读段在R组和S组中被成功对比（表4）。随后的SNP检测确定了R组和S组之间的2180669（108432）高质量变异（SNP和InDel）。接着，采用三种方法分析了BSA的变异。![]()
方法一：通过对R组和S组与亲本之间的BSA-seq结果分析表明，染色体1A、2A、2B、4B、5A、5B、5D、6B和7A上的一些区域可能与FHB性状相关（图2）。对重组体和192个RIL群体进行的多态性和连锁分析显示，在192个RIL群体中没有标记是连锁的。![]()
图2 滑动窗口算法（窗口=2 Mb，步长=10 kb）的BSA分析结果。X轴表示染色体和位置；index1表示抗性组的SNP指数；index2表示感病组的SNP指数；delta为两组间的SNP指数差异方法二：在不包括亲本的情况下，将R组和S组进行BSA-seq比对，发现染色体1A、1B、1D、2A、2B、2D、3A、3D、4A、4D、5A、5D和6A的一些区域可能与FHB相关（图3）。随后从这些区域设计标记，多态性和连锁分析表明，染色体2B、4A和5D上的标记在192个F10RIL群体中是连锁的（表5）。![]()
图3 无亲本的BSA分析结果（滑动窗口=2 Mb，步长=10 kb）。X轴为染色体和位置，index1为抗性组的SNP指数，index2为感病组的SNP指数，delta为指数差异。表5 192条RIL群体中部分InDel和SSR标记的独立样本t检验方法三：使用修改后的BSA-seq方法，发现染色体1B、2B、3B、4A、4B、6A和7D的某些区域可能与FHB相关（图4）。标记设计和连锁分析结果显示，染色体1B、2B、3B和4A上的标记在192个RIL群体中是相关的（表5）。![]()
图4 经过修正的50M50M滑动窗口（窗口=50 Mb，步长=50 Mb）的BSA分析结果。变异分布沿染色体顺时针方向排列，每个窗口长50 Mb。Index1表示易感组变异（SNP和InDel），以深蓝色点表示；Index2表示抗性组变异（SNP和InDel），以红色点表示；delt_Index为两组间变异的差值，以红线表示。1A, 1B, 1D … 7D分别为染色体编号。delt_Index值越大，染色体上存在QTL的概率越大，峰值越明显，QTL存在的可能性越高（1）FhbL693b （位于染色体3B）：该QTL解释了较多的表型变异（PVE），并在所有四个环境中均被检测到。2019CZb和2021QL中，FhbL693b被缩小到0.64 cM，标记3Bindel-25和3Bindel-24之间。2021WJ中，定位至0.84 cM范围内，标记3Bindel-53和3Bindel-36之间。2019CZ中，定位至0.72 cM，标记3Bindel-43和3Bindel-36之间。综合结果，将该QTL缩小至5.1 cM（约49 Mb物理区间），与3Bindel-25、3Bindel-24、3Bindel-53、3Bindel-42、3Bindel-43和3Bindel-36相邻。该QTL可以解释约2.32%~8.65%的PVE，并在不同环境下显示了-0.15%~-0.77%的加性效应。![]()
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（2）FhbL693c （位于染色体4A）：该QTL在所有四个环境中均检测到，并缩小至13.462 cM（约208 Mb），位于SSR7A-7和4Aindel-7之间。它可以解释1.89%~5.26%的PVE，并在不同环境下具有0.14%到0.53%的加性效应。（3）FhbL693d （位于染色体5D）：这是一个新发现的QTL，在所有四个环境中均被检测到，位置缩小至10.2 cM（约32 Mb），标记5Dindel-2和5Dindel-4之间。该QTL解释2.54%至10.48%的PVE，并在不同环境下具有0.22%~0.85%的加性效应。（4）FhbL693a （位于染色体2BL）：该QTL仅在一个环境中被检测到，缩小至8.6 cM，位于标记Xcn16-2B和Xwmc441-2B之间。它解释了约1.2%的PVE和0.16%的加性效应。（5）FhbL693e （位于染色体1B）：该QTL也仅在一个环境中检测到，缩小至11.9 cM（约158 Mb），位于标记1Bindel-4和1Bindel-6之间。该QTL解释了约2.29%的PVE，且在2021WJ中显示了-0.10%的加性效应。（5）连锁标记选择和 QTL 对 FHB 抗性的影响本研究发现了五个与小麦赤霉病（FHB）扩展抗性相关的QTL。其中，位于染色体3B、4A和5D的三个QTL在所有年份和地点都被检测到，而位于染色体1B和2B的两个小效应QTL仅在一个年份/地点检测到。染色体3B、4A和5D上的QTL具有稳定性和可靠性。并根据QTL位置的遗传距离，从QTL FhbL693b、FhbL693c和FhbL693d中分别筛选出了3Bindel-24、4Aindel-7和5Dindel-4三个连锁标记。为了评估这些QTL对FHB扩展抗性的影响，作者在三种标记辅助选择（MAS）条件下计算了平均值。结果表明，在4个年份/地点的田间试验中，每个QTL均可显著降低NDS（P<0.05），表明这三个QTL的效果较强且更稳定。在赤霉病发病严重条件下，这些QTL最多可使NDS降低2.1，总体上减少了39%。![]()
图6 三个位点QTL（FhbL693b, FhbL693c和FhbL693d）对不同环境下赤霉病穗的数量性状（NDS）的影响为了提高这三个位点的应用速度，作者使用了三个连锁标记：3Bindel-24、4Aindel-7和5Dindel-4，用于筛选具有抗赤霉病性状较好的小麦品种。通过筛选这三个标记，F10群体的NDS显著下降（P<0.05），降至2.12~3.34，共选出了26个小麦品种。在这些品种中，20个品种，特别是H140-2，表现出较强的赤霉病抗性（见表7），对白粉病免疫，并对条锈病表现出中等抗性。表7 通过3Bindel-24、4Aindel-7和5Dindel-4关联标记筛选出的抗赤霉病株系![]()
本研究在PI672538中通过重组自交系群体的BSA分析测序，检测到五个赤霉病（FHB）抗性QTL，包括先前报告的两个QTL（FhbL693a和FhbL693b）。本研究首次报告了两个主要QTL（FhbL693c和FhbL693d）和一个次要QTL（FhbL693e）。QTL FhbL693b、FhbL693c和FhbL693d显著降低了受赤霉病损害的穗粒数量。选择FhbL693d、FhbL693c和FhbL693b可以最多减少2.1个损坏穗粒（减少39%），并通过标记辅助选择（MAS）培育出新的FHB抗性小麦品种H140-2。该研究结果有助于小麦FHB抗性的提高。
