黑麦具有许多可用于小麦遗传改良的优良基因。但大部分的黑麦基因尚未成功应用于小麦品种。发掘新的黑麦抗病基因，并通过染色体工程的方式创制小片段易位系，能够消除遗传累赘，从而更好地将外源基因应用到小麦抗病育种中。2023年7月24日，Theoretical and Applied
Genetics在线发表了题为“Development of novel wheat-rye 6RS small fragment
translocation lines with powdery mildew resistance and physical mapping of the
resistance gene PmW6RS”的研究论文。本研究利用一套完整的小麦-黑麦二体和端粒附加系。在黑麦染色体臂6RS上定位到一个广谱抗白粉病基因PmW6RS，创制了抗白粉病小麦-黑麦6RS小片段易位系，并开发了可在小麦育种中有效追踪抗性基因的分子标记，为小麦抗白粉病育种提供了新的种质资源。![]()
1. 黑麦PI 613196抗白粉病基因初步定位于6RS染色体臂上
黑麦PI 613196在苗期对Bgt分离株E09和在成株期对Bgt分离株E09、E18和E20的混合物免疫。为了探究哪条染色体及哪条染色体臂参与了对白粉病的抗性，对小麦843和黑麦PI 613196的一组小麦-黑麦附加系进行了Bgt分离物E09的幼苗抗性反应，发现小麦-黑麦6RS附加系苗期对Bgt分离株E09免疫，将抗白粉病基因初步定位在黑麦6RS染色体上，暂命名为PmW6RS（图1a）。2.小麦-黑麦6RS附加系对不同Bgt分离株的白粉病响应
对小麦-黑麦6RS附加系和48个携带已知Pm基因的小麦基因型进行了24个Bgt菌株的抗性鉴定，发现小麦-黑麦6RS附加系对24个菌株均免疫，与已报道的黑麦Pm基因型不同，故6RS上的广谱抗白粉病基因PmW6RS是一个新的抗病基因。多年的成株期抗白粉病鉴定结果表明，6RS附加系成株期对小麦白粉病混合菌株也免疫（图1b）。![]()
图1 小麦-黑麦附加系苗期和成株期白粉病抗性鉴定
3.6RS易位系的选育
利用60Coγ辐射黑麦6RS附加系，通过基因组原位杂交GISH进行筛选鉴定，共获得164份小麦-黑麦6RS易位系材料，包括31份小片段易位系、41份大片段易位系、34份整臂易位系、11份端部异染色质易位系、4份中间插入易位系、27份端体易位系和16份缺失系。苗期和成株期白粉病鉴定结果表明，其中106份6RS易位系材料对白粉病免疫。4.6RS染色体物理图谱的构建和PmW6RS的定位
筛选出62对6R特异的简化基因组测序引物对，获得15个6RS特异标记。利用威宁黑麦中注释的抗病基因类似物，通过与中国春基因组Spring v2.1序列比对设计引物和11个6RS特异标记，开发了Scwn6R01G061700和Scwn6R01G061800。共获得26个6RS特异标记，并确定了它们在威宁黑麦参考基因组中的物理位置。选取20个具有不同易位方式的易位系构建6RS物理图谱（图2）。最终将PmW6RS定位在黑麦6RS染色体0.58-0.66区间内，对应威宁黑麦参考基因组50.23-68.61Mb之间18.38Mb的物理区间内，含有23个抗病相关基因，并与9对分子标记共分离，可用于抗病6RS染色体片段的追踪检测和分子标记辅助选择育种 (图3)。![]()
图2 黑麦6RS染色体物理图谱
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图3 黑麦6RS染色体上抗白粉病基因PmW6RS的物理定位
5.新型抗白粉病小麦-黑麦6RS小片段易位种质的开发
将39份对白粉病免疫的小麦-黑麦6RS小片段易位系与多个小麦主栽品种高8901、石新828和师栾02-1进行回交转育，获得抗白粉病且农艺性状优异的纯合小麦-黑麦6RS小片段易位系新种质，为PmW6RS应用于小麦抗病育种奠定了基础 (图4)。![]()
图4 小麦主栽品种背景下小麦-黑麦6RS小片段易位系新种质的GISH和ND-FISH鉴定
研究结果表明，本研究鉴定了一个新的广谱抗白粉病基因PmW6RS,并将其定位到黑麦6RS上0.58-0.66区段，与威宁黑麦参考基因组50.23-68.61Mb之间18.38Mb的物理区间对应，并创制了抗白粉病小麦-黑麦6RS小片段易位系不仅为小麦抗性育种提供了有价值的基因来源和种质资源，也为PmW6RS的克隆奠定了坚实的基础。
