小麦黄锈病（由条形柄锈菌小麦专化型 Puccinia striiformis f. sp. tritici, Pst 引起）是全球小麦生产的主要威胁之一，其广泛传播导致严重的产量损失。近几十年来，更具侵略性和遗传多样性的Pst生理小种在全球多个地区出现，加剧了病害的流行。因此，鉴定和利用新的持久抗性基因资源对于培育抗黄锈病小麦品种至关重要。近喜马拉雅地区被认为是Pst病原体的起源中心之一，该地区具有强大且多样的病害压力，使得当地的小麦品种可能携带了丰富的抗性基因。然而，亚洲的种质资源在现代小麦育种中的利用程度仍然不足。

瑞士苏黎世大学进化生物学与环境研究所的Kentaro K. Shimizu团队与日本京都大学、国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）等机构的研究人员合作，在《Theoretical and Applied Genetics》杂志发表了题为“Unveiling yellow rust resistance in the near-Himalayan region: insights from a nested association mapping study”的论文。该研究利用一个包含亚洲传统和现代小麦品种的巢式关联定位（Nested Association Mapping, NAM）群体，在多点人工诱发病害条件下，旨在发掘近喜马拉雅地区小麦品种中新的黄锈病抗性基因位点，并分析抗性基因的分布特征。研究成功鉴定了两个已知的广谱抗病基因Lr67/Yr46/Sr55和Lr34/Yr18/Sr57，以及两个潜在的新的黄锈病抗性位点。这些发现为小麦抗黄锈病育种提供了有价值的遗传资源和见解。

亚洲NAM群体的构建与表型鉴定

本研究使用的亚洲NAM群体由一个共同父本——日本优良品种“农林61号”（Norin 61, N61）与来自尼泊尔、巴基斯坦、中国和日本的24个传统和现代小麦品种（母本）杂交构建而成。从中选取了代表该群体遗传和地理多样性的13个家系（共1060个重组自交系，RILs）进行研究。这些家系及其亲本在墨西哥（Toluca和Ciudad Obregón）和瑞士（Zurich）等多个环境下，在人工接种黄锈病（YR）、叶锈病（LR）和秆锈病（SR）的条件下进行了抗病性表型鉴定（图1, 图2）。 结果显示，亲本间对黄锈病的抗性存在广泛变异。来自喜马拉雅山脉南麓（巴基斯坦的PK1，尼泊尔的NP2, NP4）和中国四川盆地（CS, CN4）等高病害压力区的传统品种表现出较强的抗性，而一些日本现代品种和中国西藏高原的品种则表现感病。NAM群体在家系内和家系间均表现出显著的抗性分离。

黄锈病抗性QTL的定位与特征

通过对NAM群体进行联合QTL定位分析，共检测到9个与锈病抗性相关的QTL，其中4个为主效QTL（图3，表3）：

QLrYrSr.uzh-7D：位于7D染色体长臂，与已知的广谱慢锈基因Lr34/Yr18/Sr57（编码一个ABC转运蛋白）共定位（图4a）。该QTL对三种锈病均表现出抗性。其抗病等位基因主要存在于日本和中国低地品种中，而在喜马拉雅山脉南麓的品种中缺失（图5a）。

QLrYrSr.uzh-4D：位于4D染色体长臂，与已知的广谱抗病基因Lr67/Yr46/Sr55（编码一个己糖转运蛋白）共定位（图4b）。该QTL也对三种锈病均表现出抗性。其抗病等位基因主要在来自巴基斯坦的PK1家系中稳定表达（图5b）。

QYr.uzh-5B：位于5B染色体长臂，是一个对黄锈病具有专化抗性的QTL，在苏黎世和托卢卡环境下均能被检测到，解释了高达28%的表型变异（图4c）。该QTL的抗病等位基因广泛分布于喜马拉雅山脉两侧的高病害压力区品种中，表明其可能是一个持久的抗性来源（图5c）。该位点与已报道的一些Yr基因（如Yr74）部分重叠，但其独特性仍需进一步验证。

QYr.uzh-3D.1：位于3D染色体短臂近着丝粒区，也是一个对黄锈病具有专化抗性的QTL，在苏黎世和托卢卡环境下均能被稳定检测到，解释了约9-26%的表型变异（图4d）。该QTL的抗病等位基因仅在来自尼泊尔的一个传统品种NP4的家系中被发现，表明其可能是一个新的、具有地理特异性的抗性位点（图5d）。

新抗性位点的潜在价值与分布特征

QYr.uzh-5B和QYr.uzh-3D.1是两个潜在的新的黄锈病抗性位点。QYr.uzh-5B的广泛分布表明其可能经历了长期的病原菌选择压力，并具有较好的持久性。而QYr.uzh-3D.1的独特性（仅在尼泊尔品种中发现）可能与喜马拉雅地区独特的地理和生态环境限制了基因交流有关。这两个新位点，特别是那些与现代栽培品种“农林61号”杂交后仍能稳定表达的，可以直接用于育种项目，且由于连锁累赘较小，更易于利用。

多基因聚合效应与持久抗性

研究发现，许多来自高病害压力区的传统小麦品种表现出近乎免疫的强抗性，这很可能是多个抗病基因（主效基因和小效基因）累加效应的结果。这种多基因聚合的抗性策略被认为是获得持久抗性的有效途径。本研究中检测到的QTL与黄锈病抗性的关联为小麦品种的长期抗锈育种提供了宝贵的资源。

全文总结与展望

本研究利用亚洲小麦NAM群体，结合多环境表型鉴定和QTL定位，成功发掘了位于近喜马拉雅地区这一黄锈病起源和高压流行区的传统小麦品种中的黄锈病抗性遗传资源。研究不仅确认了两个已知重要广谱抗病基因Lr34/Yr18/Sr57和Lr67/Yr46/Sr55在亚洲种质中的作用，更重要的是鉴定出两个位于5B和3D染色体上的潜在新黄锈病抗性位点（QYr.uzh-5B和QYr.uzh-3D.1）。 这些新位点，特别是QYr.uzh-5B的广泛分布和QYr.uzh-3D.1的独特性，为小麦抗黄锈病育种提供了有价值的新基因源。研究强调了保护和利用高病害压力区传统地方品种遗传多样性的重要性，这些品种是持久抗性基因的宝贵“储藏库”。同时，研究也提示通过基因聚合策略，将多个具有不同作用机制的抗病基因导入优良小麦品种，是实现对黄锈病持久抗性的有效途径。未来的研究应进一步精细定位和克隆这两个新QTL，并阐明其抗病机制，以便更有效地应用于小麦育种实践中。

本文的通讯作者是Shuhei Nasuda和Kentaro K. Shimizu。作者团队来自瑞士苏黎世大学、日本京都大学、国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）和日本国际农林水产业研究中心（JIRCAS）等机构。

该研究得到了欧盟“地平线2020”研究与创新计划玛丽·居里行动（MSCA）基金、苏黎世大学全球战略与合作基金、JSPS国际领导研究项目、JST CREST项目、瑞士国家科学基金以及JSPS科研费和MEXT-NBRP-wheat项目的资助。

https://doi.org/10.1007/s00122-025-04886-z

小麦族多组学网站：http://wheatomics.sdau.edu.cn

投稿、合作等邮箱：shengweima@icloud.com

（转自：小麦研究联盟）