文献速览：
作者以铭贤169 × P9936为亲本构建了186个F6衍生的F7代重组自交系（RIL）群体。通过多年多点试验对RILs及其亲本P9936、MX169进行田间条锈病抗性评价，获取抗病表型数据；利用小麦55K SNP芯片对RILs和亲本进行基因分型。基于以上数据，构建的遗传连锁图谱包含8225个SNP标记，覆盖3593.37 cM的遗传连锁图谱，对小麦品系P9936进行条锈病抗性遗传解析。共检测到4个与抗病相关的QTL位点。位于3BS和7BL染色体臂上的QYr . nwafu - 3BS.2和QYr . nwafu - 7BL分别解释20.4%和38.9%的表型变异率，是2个主效QTL位点。其中QYr . nwafu - 3BS.2可能对应Yr30 / Sr2位点，QYr . nwafu - 7BL可能是在CIMMYT种质中鉴定到的位于7BL染色体上的抗病等位基因。其余2个QTL的效应值较低，但与其他抗病基因/QTL组合时抗性显著增强。将与QYr . nwafu - 7BL紧密连锁的标记转化为竞争性等位基因特异KASP标记，在一组小麦种质（361份普通小麦）中进行抗病性鉴定。基于SNP的单倍型分析结果表明，在目标SNP 位点上与 P9936 单倍型相同的小麦品种平均条锈病严重程度（DS）低于其他单倍型的平均严重程度。
研究背景：
小麦条锈病由条形柄锈菌小麦专化型（Puccinia striiformis f. sp. tritici, Pst）引起，是全世界范围流行的气传性真菌病害，常造成粮食产量降低和重大经济损失。培育抗病品种被认为是最有效的小麦条锈病防治措施。目前已有86个小麦抗条锈病基因被命名（截至2024年），此外超过200个抗病基因/QTL被鉴定，极大丰富了小麦条锈病抗性来源。然而许多基因具有小种专化抗性，伴随条锈菌生理小种变异，这类抗性基因逐渐被克服。APR基因表现为数量遗传，往往赋予小麦广谱抗性，具有较好的育种价值。然而并不是所有的抗病基因/QTL都包含预期紧密连锁的标记用于MAS，因此这类基因抗病育种潜力还有待开发。
小麦55K SNP芯片：利用分子标记进行QTL分析是解析复杂性状的有效途径之一。过去，高分辨率多态性标记的缺乏往往制约六倍体小麦的QTL定位，这导致目标QTL的候选区间往往对应较大的染色体区域。此外仅有少数经验证的准确性高的分子标记被用于MAS。近年来，伴随二代测序和高通量基因分型技术的发展，使得快速开发与目标性状紧密连锁的分子标记标记和高密度遗传连锁图谱的构建成为可能。根据单核苷酸多态性（SNP）开发的包含不同数量标记的SNP芯片，包括小麦9K，35K，90K和660K芯片等均已实现商业化。小麦55K SNP芯片中的53063个SNP探针均来源于小麦660K SNP芯片，具有成本低、"确定性偏差"小、标记位点多等优点。目前小麦55K SNP芯片已广泛应用于QTL定位研究。
小麦品种P9936：国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）是国际农业研究协商小组（CGIAR）下属16个国际农业研究中心之一，是一个非营利的国际农业研究和培训机构。CIMMYT的目标之一是加强其小麦种质抗性（抗病、抗虫以及其他逆境）的遗传多样性。该课题组在早期研究中，搜集超过1000个普通小麦品种（包含中国小麦主栽品种、农家种、地方品种、CIMMYT种质等），并对在苗期和成株期对这些小麦品种进行抗病性评价。其中，小麦品种P9936的系谱为Bluebird/Gallo × Cajeme//F35.70 × Kalyansona/Bluebird,该品种在成株期对条锈病表现为高抗。尽管P9936在田间具有良好的产量和抗病表现，仍缺乏对其抗性遗传基础的解析。
研究内容：
作者以铭贤169 × P9936为亲本构建了186个F6衍生的F7代RIL群体，基于小麦55K SNP芯片进行基因分型，通过多年多点试验鉴定RIL群体的抗病表型，从而构建高密度遗传连锁图谱，完成对P9936抗病位点的定位，在多个环境中鉴定到2个稳定存在的条锈病抗性基因/QTL和2个微效抗病QTL。此外，作者将与抗病QTL紧密连锁的侧翼SNP标记转化为KASP标记，对361份普通小麦品种进行基于SNP的单倍型分析。目的是开发与条锈病抗性QTL紧密连锁的SNP标记用于MAS。
研究结论：
1.P9936抗病表型评价：
作者使用条锈菌生理小种CYR32、CYR33和CYR34的混合菌接种RIL群体及其亲本。亲本P9936和MX169在苗期对条锈菌均表现感病（IT=8-9）。成株期试验中，在5个不同的环境里MX169均表现感病（IT=9，DS≥90%），而P9936则表现抗病（IT=1-2，DS≤20%）。说明P9936的条锈病抗性可能由APR基因控制。使用最大疾病严重程度（MDS）进行表型分析。2017年RIL群体在陕西杨凌（2017YL）、四川江油（2017JY）和甘肃天水（2017TS）的DS平均值分别为49、27和35.0 %；2018年在YL、JY、TS的DS平均值分别为40.6、42.0和38.9 %。DS值在所有环境中均表现为连续分布，表明群体表型符合数量遗传的特征。不同环境间DS值的Pearson相关系数在0.44-0.78 ( P < 0 . 01)。方差分析的P值表明，DS值在株系间、环境间和株系-环境互作间存在显著差异，而在重复间没有显著的变异。APR基因在所有环境中稳定存在，其广义遗传力在0.73-0.96间，表明基因是群体表型变异的主要来源。
图1 DS值的ANOVA方差分析结果及相关系数分析
2.SNP分型及遗传连锁图谱构建：
作者利用小麦55K SNP芯片对所有186个RIL和亲本进行基因分型。共有10133个SNP在RIL群体中表现出多态性。剔除1840个数据缺失或偏分离SNP及去除冗余SNP后挑选2075个SNP代表2075个bin，用于构建遗传连锁图谱。其中A基因组包含974个标记，B基因组包含915个标记，D基因组仅含有186个标记。将2075个SNP标记分为28个连锁群，代表了全部21条染色体。2B、2D、3D、4B、5D、6A和6D染色体包含2个或2个以上连锁群，其余14条染色体均由1个连锁群表示。遗传连锁图谱总长为3593.37cM，平均标记间隔为1.73cM。
图2 RIL群体遗传连锁图谱
3..QTL定位：
通过QTL定位，在3BS、3BL、3DS和7BL染色体臂上检测到4个抗条锈病QTL，分别命名为QYr . nwafu - 3BS、QYr . nwafu - 3BL、QYr . nwafu - 3DS、QYr . nwafu - 7BL。加性效应检测表型所有QTL均来源于抗病亲本P9936。QYr . nwafu - 3BS和QYr . nwafu - 7BL在所有环境中稳定存在，是主效抗病QTL。位于SNP标记AX - 111487728和AX - 109919508间的QYr . nwafu - 3BS对应染色体3BS上0.6cM的置信区间，解释了13.0%（ICIM）和20.4%（ICIM）的表型变异率。QYr . nwafu - 7BL，在不同环境下平均解释38.9 %（ICIM）和36.0 %（ICIM）的表型变异。作者通过检测在RIL群体中QYr . nwafu - 7BL连锁标记的存在，发现携带QYr . nwafu - 7BL的RILs（n=91）的平均DS为1 - 65 %，而不携带该等位基因的RILs（n=95）的平均DS为10 - 100 %。进一步说明QYr . nwafu - 7BL具有较高的效应（图5A和B）。其余两个效应较小（LOD<10 %）的QTL在所有环境中未被稳定检测，被认为不稳定或依赖环境的微效QTL。其中QYr . nwafu - 3BL在2017JY、2018JY两个环境中被检测到（LOD=3.5-4.1），位于标记AX - 109329844和AX - 111030999之间，可解释5.5%-6.2%的表型变异；而QYr . nwafu - 3DS在2017JY、2017TS、2018TS三个环境中被检测到（LOD=2.5-4.0），与标记AX109280169和AX - 110686188连锁，解释不同环境中3.3%-7.5%的表型变异率。
图3 QYr . nwafu - 3BS和QYr . nwafu - 7BL的物理图谱
图4 P9936的定位结果
为了确定互作效应，通过检测QTL连锁标记的存在，将RILs分为不同的基因型组合。由于QYr . nwafu-7BL是效应最大的QTL，因此将其单独与其他QTL组合。将RILs和亲本分为MX169、0、1、2、3、7B、7B+1、7B+2、7B+3、P9936共10个组合。当QYr . nwafu-7BL单独存在或与其QTL组合时，4个株系均具有较低的DS值，在所有环境中介于13.9 %-19.0 %，与抗病亲本相似。此外，当QYr . nwafu - 3BL和QYr . nwafu - 3DS（1、2）单独存在时，其DS值较高，在所有环境中介于40%-80%。而不含QTL的RILs（0）的DS值>80%，与感病亲本相似。
图5 QYr . nwafu-7BL效应分析和QTL聚合分析
4.主效QTL在7BL染色体上的定位：
QYr . nwafu - 7BL被定位在染色体7BL的SNP标记AX - 108819274和AX - 110470708间的1.0cM区间，对应2.0Mb的物理区间。与7B缺失bin图中表达序列标签的位置进行比对，发现7BL5 - 0.86 - 1.00缺失bin可能含有QYr . nwafu - 7BL。为了推断QYr . nwafu - 7BL相对于已定位的抗条锈病基因/QTL的位置，作者利用2张整合遗传图谱进行比较。基于基因/QTL的侧翼标记，将所有基因或QTL在整合遗传图谱中进行排列。结果表明已定位的大部基因/QTL集中分布在224.0-282.4cM和328.5-402.3cM（图谱总长455.8 cM）两个区间。QYr . nwafu - 7BL也在这两个区间内，区间总长度为341.4-344.2 cM。其中图A和图B分别为小麦7BL染色体的遗传连锁图谱和物理图谱；图C为小麦7BL染色体的缺失bin图谱；图D为整合遗传图谱，其中着丝粒区域显示为黑色，QTL置信区间用深灰色线表示。
图6 QYr . nwafu - 7BL在小麦7B染色体上的位置
5.与已知Yr基因研究的比较：
先前研究已在7B染色体上鉴定了几个Yr基因，包括Yr39、Yr52、Yr59、Yr67、Yr79和YrZH84。此外，还包括QYrtir . nsw - 7B（Tiritea）、QYratt . csiro - 7BL（Attila）、QYrkuk . sun - 7BL（Kukri）、QYrpas . cim7BL、QYrsha . caas - 7BL.1和QYrsha . caas - 7BL.2（Pastor）、QYrstr - 7BL（Strongfield）以及QYrchi . cim - 7BL（Chilero）等多个抗病QTL，和通过全基因组关联分析（GWAS）得到的2个抗病QTL。
基于整合遗传图谱分析，发现QYr . nwafu - 7BL位于与QYratt . csiro - 7BL、QYrchi . cim - 7BL和QYrpas . cim - 7BL相似的区域。利用根据QYr . nwafu - 7BL开发的KASP标记对小麦品种Attila、Pastor和Chilero进行分析时，发现他们与P9936具有共同的等位基因。此外，Pastor和Attila在7BL染色体末端都含有降低条锈病和叶锈病DS的QTL，而本试验定位到的QYr . nwafu - 7BL可以显著降低条锈病的DS。
系统发育分析表明，Attila与Pastor亲缘关系较近，具有共同的亲本Seri M82。Veery是Chilero的亲本之一，与Seri M82 ( Kavkaz / Buho / / Kalyansona /Bluebird)有共同的家系。P9936与Kalyansona/Bluebird相关，且Bluebird是已知的慢锈位点的来源之一。表明上述所有品种在7BL上的抗病QTL可能来源于Bluebird。尽管如此，对7BL染色体区域的解析以及抗条锈病基因/QTL之间的遗传关系还需要进一步的研究。
6.QYr . nwafu - 7BL紧密连锁标记的开发和验证：
作者将QYr . nwafu - 7BL的侧翼标记转化为KASP标记，在RIL群体和361份普通小麦群体中进行检测。利用2个KASP标记对不同的SNP进行双等位基因分型。结果显示在AX - 109317388位点，抗病株系携带T等位基因，感病株系携带C等位基因；在AX - 108987034位点，抗病株系携带A等位基因，感病株系仍携带C等位基因。表明这2个KASP标记可准确区分QYr . nwafu - 7BL两侧SNP位点对应的单倍型。并且AX - 109317388和AX108987034与小麦群体（P < 0.001）的DS值显著相关。一些已知在7BL上具有抗病QTL的CIMMYT小麦品系在两个SNP位点上都携带T/A单倍型。在小麦中两个位点的T/A单倍型都与抗性相关，表明基于两个标记的选择比单独基于任一标记的选择更准确。通过系谱分析表明，在这361份小麦群体中，许多小麦材料是CIMMYT衍生系，且与P9936具有相同的单倍型。上述研究表明，作者开发的2个KASP标记可用于分子标记辅助选择育种。
图8 361份小麦品种的单倍型分析
