北京大学现代农业研究院陈时盛团队和合作者揭示小麦抗条锈病基因Yr34和Yr48来源于栽培一粒小麦T. monococcum
2021-04-21
小麦是人类最重要的粮食作物之一，条锈病是小麦的重大病害，长期以来严重威胁着我国以及世界60多个国家和地区的小麦安全生产。培育和推广抗病品种是防治小麦条锈病最为经济有效的方法，但优异的抗性基因缺乏是制约培育抗条锈病小麦新品种的瓶颈。抗条锈病基因Yr34和Yr48分别来源于澳大利亚和国际玉米小麦改良中心的六倍体小麦材料，数十年来一直对美国、澳大利亚、墨西哥等多个国家的条锈菌小种表现出广谱抗性。但它们对我国条锈菌生理小种的抗性情况尚不清楚，且由于缺乏系统的研究和高效的选择性分子标记制约了这两个基因在小麦育种中的利用。
研究团队及成果
2021年3月31日，北京大学现代农业研究院陈时盛实验室和美国加州大学戴维斯分校（UC Davis）Jorge Dubcovsky实验室在Theoretical and Applied Genetics杂志在线发表了题为“Stripe rust resistance gene Yr34 (synonym Yr48) is located within a distal translocation of Triticum monococcum chromosome 5AmL into common wheat”的研究论文。
本研究首次证明Yr34和Yr48都来自栽培一粒小麦T. monococcum，这两个基因通过染色体易位进入到普通小麦，易位的外源染色体片段大小分别为9.5Mb和17.5Mb。序列分析表明最初的易位片段是17.5Mb，在漫长的育种过程中发生重组，产生了9.5Mb的片段，因此，Yr34和Yr48应该是同一个抗病基因。利用已有的1442份来自于全球不同国家的普通小麦品种或品系的外显子组测序数据，分析发现其中大约17.5%的小麦材料含有该易位染色体片段，特别是欧洲地区的小麦，其出现频率达到34.4%，且该易位染色体片段在现代小麦品种中出现的频率不断升高。利用系谱分析结合测序验证，我们确定200多年之前的一个欧洲小麦品种“Mediterranean”含有该17.5Mb的外缘染色体片段，可能是该易位片段的最初六倍体供体材料，也表明Yr34/Yr48已经被育种利用超过200年，具有持久、广谱的抗性。对32份来自全球不同国家地区的T. monococcum材料进行测序，聚类分析表明来自欧洲的T. monococcum材料与Yr34/Yr48易位片段具有最高的序列相似性。最后，将Yr34和Yr48单基因系接种我国的条锈菌生理小种“条中34”（CYR34），结果表明Yr34和Yr48在成株期对CYR34表现出良好的抗性。本研究开发了特异性的诊断性分子标记，将促进Yr34/Yr48在小麦抗病育种中的利用，为小麦持久抗条锈病育种提供理论依据和材料基础。
作者及单位
北京大学现代农业研究院陈时盛、沈涛和美国加州大学戴维斯分校Joshua Hegarty为该论文的共同第一作者，陈时盛和Jorge Dubcovsky为共同通讯作者，北京大学现代农业研究院为论文第一单位。