2018年4月四川省农业科学院生物技术与核技术研究所与华盛顿州立大学植物病理学系联合发表了一篇名为“Characterization of Novel Gene Yr79 and Four Additional Quantitative Trait Loci for All-Stage and High-Temperature Adult-Plant Resistance to Stripe Rust in Spring Wheat PI 182103”的文章，旨在进一步鉴定PI182103的抗性特征，定位和鉴定全生育期抗性和HTAP抗性基因，并确定小种和环境对抗性基因的影响。
PI 182103条锈病抗性的表征
在温室控制条件下，AvS对10种小麦条锈菌均感病。P1182103对小种PST-17、PST-21、PST-43、PST-45、PST-78、PST-100、PST-114和PST-116具有抗性，对小种PST-127和PST-139具有中等抗性。F1代植株对三个小种（PST-100、PST-114和PST-127）的感病反应表明抗性是隐性的。
为了进一步表征抗性，在上述四因素测试中用小种PST-127测试PI 182103和AvS。PI 182103在LT和HT试验中在苗期为中抗，但在LT和HT试验中在成株期变为高抗。相反，AvS和F1植株在所有四因素试验中均易感。结果表明，PI 182103对小麦条锈菌部分品种具有中等抗性。在苗期对小种如PST-127的抗性较强，成株期对小种的抗性较强，表明小麦对HTAP具有抗性。
表1 在受控温度条件下的四因素试验中，接种生理小种PST-127的PI 182103、Avocet易感（AvS）和F1 AvS × PI 182103的感染类型
为了确定PI 182103的全生育期抗性遗传，将来自AvS × PI 182103的所有185个F6 RIL的幼苗分别用PST-100和PST-114在LT谱中进行测试。RIL群体的IT从IT 2（与抗性亲本相似）到IT 8（与AvS相似）连续变化，表明PI 182103的全生育期抗性是定量遗传的。
AvS在所有田间试验中均高度感病，而PI 182103在茎伸长阶段为中等抗性，在2011年和2012年发现，条锈菌感染在苗期开始。类似地，在Pullman PI 182103在苗期是中等抗性的，2011年当条锈病在3月初出现在冬小麦作物上时变成高度抗性。然而，在2012年和2013年，由于条锈病感染在5月的茎伸长后开始，仅在PI 182103上观察到抗性反应。185个RIL的IT和rAUDPC数据在五种环境下的频率分布是连续的，表明PI 182103的成株抗性受QTL控制; Pullman 2011年培育的F1代植株感病，表明抗性为隐性。
表2 在2011至2013年Pullman和Mt. Vernon自然感染条件下，测试AvS × PI 182103重组自交系（RILs）对条锈病反应的亲本及其IT（感染类型）和rAUDPC（病害进展曲线下的相对面积）的最小值、最大值和平均值。
抗性表型变异、相关系数及遗传力
在Mt. Vernon的群体rAUDPC均值低于在Pullman的，表明在Mt. Vernon有效的QTL比在Pullman更多。计算了不同环境（地点和年份）内和之间的IT和rAUDPC数据的相关系数。
在45个可能的性状—环境比较中，29个检测到高相关系数（≥0.50），而剩余的16个配对比较中观察到低相关系数（<0.50）（补充表S2）。然而，所有相关性均显著（P < 0.01）。总体而言，Mt. Vernon的IT和rAUDPC数据在两年内高度相关，Pullman的rAUDPC数据在三年内高度相关。相比之下，Pullman的IT数据在三年内的相关系数高度可变，Pullman的IT和rAUDPC数据之间以及Pullman的IT数据和Mt. Vernon的rAUDPC数据之间的相关系数也高度可变。这些结果表明，不同的QTL参与了IT和rAUDPC的反应，并且它们在不同地点和年份受不同的P. striiformis f. sp. tritici菌株和/或环境的影响不同。尽管记录了差异，但Pullman三年内的IT和rAUDPC数据高度相关（r² = 0.80，P < 0.001），Mt. Vernon两年内的数据也高度相关（r² = 0.86，P < 0.001）。
图1 在自然感染Puccinia striiformis f. sp. tritici后，AvS × PI 182103杂交的185个F7重组自交系在A（Pullman）和B（Mount Vernon）的感染类型（IT）和病害进展曲线下的相对面积（rAUDPC）相关性的散点图。
ANOVA分析显示，在Pullman、Mt. Vernon以及Pullman和Mt. Vernon合并的数据中，RILs之间、环境之间、地点和/或年份之间，以及RILs与环境之间的交互作用在IT和rAUDPC数据上均存在显著差异（P < 0.0001），但Pullman的环境（跨年份）除外（P = 0.22）。
估计的广义遗传力（H²）值很高，从Pullman的rAUDPC数据的0.88到IT数据的0.96（P < 0.001）。当Pullman和Mt. Vernon的数据合并时，IT的估计H²值为0.89，rAUDPC为0.94。
表3 在2011至2013年Pullman和Mt. Vernon自然感染Puccinia striiformis f. sp. tritici条件下，测试AvS × PI 182103重组自交系(RILs)的感染类型(IT)和病害进展曲线下的相对面积(rAUDPC)的方差分析和遗传力(H²)。
抗条锈病QTL
在AvS和PI 182103上筛选的836个SSR和9,000个SNP标记中，有473个SSR和3,000个SNP标记是多态性的。对易感和抗性混合体及亲本筛选的多态性SSR标记，揭示了与条锈病抗性相关的85个SSR标记，这些标记位于2AS、3AL、4DL、5BS和7BL染色体上。基于其稳定性和染色体位置，选择了44个SSR标记和50个SNP标记，对185个RILs进行基因分型以构建连锁图谱。这些标记产生了五个连锁群，分别分配给2AS、3AL、4DL、5BS和7BL染色体。最短的连锁群是4DL染色体（23.2 cM），最长的是2AS染色体（106.6 cM）。2AS连锁图谱包含17个标记，3AL包含11个标记，5BS包含21个标记，7BL包含21个标记，4DL包含10个标记。
图2 AvS × PI 182103抗条锈病的连锁和数量性状位点定位于5条染色体上
在利用IciMapping 3.0软件进行条锈病抗性QTL定位的IM分析中，田间数据的LOD阈值为2.5，温室苗期试验的LOD阈值为3.0。利用苗期IT数据和田间IT及rAUDPC数据共检测到5个QTL。
图3 基于不同环境(地点/年)下的侵染类型(IT)和相对疾病进展曲线下面积(rAUDPC)数据，将QYrPI182103.wgp-7BL抗条锈病的数量性状位点定位在染色体7BL上
在苗期试验中，PST-100和PST-114试验的IT数据频率相似，表明对这些菌株的抗性由相同的基因控制。在2AS、3AL和5BS染色体上鉴定出了QTL，并且在PST-100和PST-114测试中都检测到了这三个QTL。QTL QyrPI182103.wgp-2AS定位在SSR标记Xgwm312和SNP标记IWA5585之间，它解释了PST-100表型变异的8.2%和PST-114的5.0%。3AL QTL，QyrPI182103.wgp-3AL，位于SSR标记Xgwm2和SNP标记IWA899之间，它解释了PST-100表型变异的8.1%和PST-114的5.4%。5BS QTL，QyrPI182103.wgp-5BS，位于SSR标记Xgwm213和Xgwm540之间，它解释了PST-100表型变异的14.2%和PST-114的8.2%。这三个QTL主要表现出加性效应（AE），AE值范围为-0.54到-0.88（表4）。QyrPI182103.wgp-2AS和QyrPI182103.wgp-3AL仅在幼苗测试中检测到，而QyrPI182103.wgp-5BS也在田间测试中检测到。基于田间数据，鉴定了三个QTL，QyrPI182103.wgp-5 BS、QyrPI182103.wgp-7BL和QyrPI182103.wgp-4DL，并分别定位在染色体7BL、5BS和4DL上。在所有田间试验中，该QTL的AE值均为负值，表明抗性等位基因来自抗病亲本PI 182103。
QyrPI182103.wgp-5BS，位于标记Xgwm213和Xgwm540附近，在所有三年的IT数据中解释了30.5%（2013年）到55.6%（2011年）的表型变异，并在Pullman的rAUDPC变异中解释了16.1%（2011年）到23.3%（2012年）。该QTL在2011年（解释了26.9%的变异）和2012年（10.6%）的IT数据中被检测到，并在Mt. Vernon的2011年（15.3%）和2012年（14.8%）的rAUDPC数据中被检测到。平均而言，该QTL在Pullman的IT数据中解释了57.9%的变异，在rAUDPC数据中解释了20.2%的变异；在Mt. Vernon的IT数据中解释了13.6%的变异，在rAUDPC数据中解释了15.6%的变异。5BS QTL在Pullman对抗性的贡献大于在Mt.Vernon，并且在Pullman对IT的减少作用大于对rAUDPC的减少作用。
表4 在受控条件下使用Puccinia striiformis f. sp. tritici菌株PST-100和PST-114测试的AvS × PI182103重组自交系中，检测到的所有阶段抗条锈病的数量性状位点(QTL)的侧翼标记、图谱位置、对数几率(LOD)、解释的表型变异(R²)和加性效应(AE)。
QyrPI182103.wgp-7BL，位于标记Xwmc335和Xbarc72附近，在所有田间测试中对IT和rAUDPC均具有显著性。该QTL解释了表型变异，IT数据在Mt. Vernon 2012年为13.9%，在Pullman 2011年为29.4%；rAUDPC数据在Pullman 2011年为16.3%，在Pullman 2012年为22.0%。平均而言，该QTL在Pullman解释了27.7%的IT变异和20.0%的rAUDPC变异，在Mt. Vernon解释了12.6%的IT变异和17.9%的rAUDPC变异。总体而言，7BL QTL在Pullman对抗性的贡献大于在Mt. Vernon，并且在Pullman对IT的减少作用大于对rAUDPC的减少作用，但在Mt.
Vernon对rAUDPC的减少作用大于对IT的减少作用。
QyrPI182103.wgp-4DL，位于SSR标记Xbarc288和SNP标记IWA4044附近，仅在Mt. Vernon的测试中检测到。它在2012年的rAUDPC中具有显著性，解释了11.8%的变异，并且在2011年的rAUDPC中几乎显著（LOD 2.43），解释了7.0%的变异。
当根据三个QTL的最接近标记的存在对RIL进行分类时，很明显7BL的效应大于4DL或5BS。所有三个QTL主要表现出加性效应，并且具有更多QTL的RILs具有较低的IT和rAUDPC。然而，观察到了显著的二基因上位性相互作用。在Mt. Vernon，5BS和7BL QTL的组合导致比仅具有7BL QTL的系更高的IT和rAUDPC，但在Pullman，5BS QTL对7BL QTL效应的类似减少在IT和rAUDPC中均未观察到。同样，具有4DL和7BL QTL的RILs的平均IT和rAUDPC值高于仅具有7BL QTL的RILs。
图4 AvS × PI 182103杂交的亲本和F7重组自交系在4DL、5BS和/或7BL染色体上具有零个、一个、两个或三个抗条锈病数量性状位点（QTL）的感染类型（IT）和病害进展曲线下的相对面积（rAUDPC）值的平均值。
QyrPI182103.wgp-7BL物理图
由于QyrPI182103.wgp-7BL是一个主要的QTL，赋予HTAP抗性，因此进行了实验以确定其在7B染色体上的物理位置。使用与QyrPI182103.wgp-7BL相关的所有SSR标记，对21条CS nulli-tetrasomic系、两条7B ditelosomic系和八条7BL缺失系进行了扩增。SSR标记Xgwm333和Xwmc335在CS中扩增出了与PI 182103相同的条带。在CS N7BT7A和ditelosomic 7BS中未检测到目标条带，表明QyrPI182103.wgp-7BL位于7BL染色体上。目标条带在Del7BL-14（0.14）和Del7BL-1（0.40）中未出现，但在其他六条7BL缺失系中出现，表明QyrPI182103.wgp-7BL位于7BL染色体区段0.40到0.45。
图5 QYrPI182103.wgp-7BL连锁图谱与共识图谱、缺失图谱以及Yr2、Yr6、Yr39、yrMY37、YrC591、YrZH84、Yr52、Yr59和Yr67在7BL染色体上的比较。
7BL上QyrPI182103.wgp-7BL与其他Yr基因的关系
由于QyrPI182103.wgp-7BL位于7BL染色体上，因此确定其是否与7BL上的其他Yr基因不同非常重要。8个Yr基因位于7B染色体上，其中6个已命名（Yr2、Yr6、Yr39、Yr52、Yr59和Yr67 [=YrC591]），2个暂时命名（YrZH84和YrMY37）。为了确定QyrPI182103.wgp-7BL与这些Yr基因的关系，除了没有可用的YrMY37系外，携带7BL基因的小麦基因型在幼苗LT（4至20°C）和成株HT（10至30°C）条件下与PST-78、PST-100、PST-116和PST-127一起进行了测试，测试对象包括PI 182103、一个F8 RIL（AvS/PI182103 F8-226）和AvS。在苗期试验中，PI 182103对PST-78、PST-100和PST-116高度抗性（IT 2），但对PST-127表现出中抗反应（IT 5）。携带Yr67（YrC591）的PI 189747（C591）对PST-78、PST-100和PST-127高度抗性（IT 2），但对PST-116表现出中抗反应（IT 4）。其他所有系，包括AvS/PI182103 F8-226（QyrPI182103.wgp7BL）、Kalyansona（Yr2）、AvSYr6NIL（Yr6）、Alpowa（Yr39）、PI 183527（Yr52）、PI 178759（携带Yr59）、Zhou 8425B（携带YrZH84）和AvS对所有四个菌株均高度易感（IT 8）。在PST-100和PST-127的成株测试中，Kalyansona（Yr2）和AvSYr6NIL（Yr6）在LT（4至20°C）和HT（10至30°C）条件下均表现为易感。这两个全阶段抗性基因对任何测试的四个菌株均无效。在LT（4至20°C）测试中，Alpowa（Yr39）、PI 183527（Yr52）、PI 178759（Yr59）和Zhou 8425B（YrZH84）的成株均表现为易感（IT 8），而PI 182103和PI 189747（Yr67）表现为抗性（IT 2或3），AvS/PI182103 F8-226表现为中等（IT 5）。在HT测试中，这些系均表现为抗性（IT 2或3），但严重程度不同。苗期和成株阶段对不同菌株的差异反应模式以及LT与HT的比较表明，PI 182103和选定的F8系在7BL染色体上的QTL在特异性上与该染色体上的其他基因不同。
表5 在受控条件下，不同7BL染色体上Yr基因的小麦基因型对不同Puccinia striiformis f. sp. tritici菌株的条锈病反应。
为了验证QyrPI182103.wgp-7BL与其他基因的关系，使用PI 182103与Alpowa（Yr39）、PI 183527（Yr52）、PI
178759（Yr59）、PI 189747（Yr67）和Zhou 8425B（YrZH84）的杂交F2群体在2013年Pullman自然发生病害的田间进行了等位基因测试。所有杂交组合均分离出易感植株，估计的遗传距离从QyrPI182103.wgp-7BL与Yr59之间的5.84 cM到QyrPI182103.wgp-7BL与Yr39之间的9.57 cM。所有易感和选定抗性F2植株的反应在2014年的田间后代测试中得到了确认。基于这些测试的结果和这些基因连锁图谱中共同标记的位置，基因的可能顺序为：Yr39 ̶ 9.57cM ̶ QyrPI182103.wgp-7BL ̶ 5.84cM ̶ Yr59 ̶ Yr52 ̶ YrZh84
̶ Yr67。抗性类型和等位基因测试的遗传距离提供了证据，表明QyrPI182103.wgp-7BL与之前报道的7BL染色体上的Yr基因不同。
表6 在Pullman自然感染条件下，测试PI 182103(QYrPI182103.wgp-7BL)与携带7BL染色体上Yr基因的小麦系的F1和F2植株杂交的条锈病抗性和易感植株的观察数量
QyrPI182103.wgp-7BL侧翼分子标记的多态性
对来自美国太平洋西北地区的72个小麦品种和育种系进行了多态性测试，以确定QyrPI182103.wgp-7BL两侧的SSR标记Xbarc72和Xgwm335在标记辅助选择中的价值。Xbarc72的多态性率为86.1%，Xgwm335的多态性率为93.1%。没有任何系同时具有这两个标记，这表明这些标记可以可靠地组合用于标记辅助选择。
