小麦白粉病(powderymildew)严重威胁小麦的安全生产。当前生产上小麦品种同质化加重，优异基因匮乏，亟需不断开发新的抗病基因资源以应对不断变异的白粉病菌。通过远缘杂交转移和利用小麦近缘种属内的优异基因，可有效拓宽小麦的遗传基础，增加抗源的多样性。黑麦(SecalecerealeL.,2n=2x=14)是小麦近缘属，天然异花授粉，携带丰富的遗传变异，是小麦抗性改良的重要基因供体之一。六倍体小黑麦(×TriticosecaleWittmack,2n=6x=42,AABBRR)是由普通小麦和黑麦经远缘杂交育成的新物种，具有抗病、抗寒、耐旱、小穗多等优异性状。将小黑麦中优异基因导入普通小麦，对小麦遗传改良具有重要意义。
近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心小麦种质资源创新团队在PlantDisease在线发表了题为“Anovelwheat-rye2R(2D)disomicsubstitutionlinepyramidstwotypesofresistancetopowderymildew”的研究论文。该研究描述了小麦-黑麦2R(2D)异代换系AL69的创制过程与分子细胞遗传学鉴定结果，对其携带的白粉病抗性进行了遗传分析，并开展了农艺性状评价和转育利用，为小麦白粉病抗性的遗传改良提供了新的种质基因资源。
研究材料AL69为六倍体小黑麦中饲与小麦品种淄麦17杂交、回交并经多代自交选育出的新种质。通过基因组原位杂交(GISH)、多色荧光原位杂交(mc-FISH)、非变性荧光原位杂交(ND-FISH)、多色基因组原位杂交(mc-GISH)鉴定和黑麦染色体臂特异分子标记分析，证明AL69是一个稳定的小麦-黑麦2R(2D)异代换系(图1)。
图1.AL69的GISH(a)、mc-FISH(b)、ND-FISH(c)及mc-GISH(d)鉴定
利用24个不同的白粉病菌株对AL69进行苗期抗谱分析，并利用AL69与感病主栽品种石新构建的F2分离群体进行苗期和成株期抗性遗传分析。分子标记检测、GISH鉴定结合系谱分析表明，AL69的苗期抗性由来源于小麦亲本淄麦17的抗白粉病基因Pm4b控制；成株抗性基因来源于小黑麦亲本中饲的黑麦2R染色体，且不同于Rosen黑麦2RL染色体上抗白粉病基因Pm7。农艺性状分析表明，AL69的小穗数、千粒重和单株产量等性状均优于小麦亲本淄麦17(图2)。因此，AL69是聚合了成株和全生育期两种白粉病抗性、综合农艺性状优良的新种质。对AL69进行转育，获得了抗性聚合且农艺性状优良的新种质S。本研究创制的染色体工程新种质，可应用于小麦白粉病持久抗性的遗传改良。
图2.AL69及其小麦亲本淄麦17的植株(a)、穗子(b、c)及种子(d)特征
作者和基金项目
中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心的韩帼豪博士为该论文的第一作者，安调过研究员为通讯作者，中国科学院遗传与发育生物学研究所李宏伟副研究员创制了材料，中国农业科学院植物保护研究所周益林研究员进行了苗期多菌株的抗白粉病鉴定。该研究得到国家重点研发计划项目(YFD)、中科院战略性先导科技专项(XDA)和国家自然科学基金面上项目()的资助。