2024年12月16日，Czech Journal of Genetics and Plant Breeding雜志在線(xiàn)發(fā)表了美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校Jan Dvorak教授聯(lián)合美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)和加拿大農(nóng)業(yè)及農(nóng)業(yè)食品部George Fedak等合作的題為“High levels of type II Fusarium head blight resistance conferred in wheat by combining wheat gene Fhb1 with Lophopyrum elongatum gene Fhb7The2”的研究論文。該研究通過(guò)聚合抗赤霉病基因Fhb1和Fhb7，賦予小麥更高水平的II型赤霉病抗性。研究背景：小麥赤霉病(Fusarium head blight，FHB)是由禾谷鐮刀菌引起的真菌病害，嚴(yán)重影響小麥的產(chǎn)量與品質(zhì)，培育抗病品種是應(yīng)對(duì)該病害的關(guān)鍵舉措。Fhb1來(lái)自于蘇麥3號(hào)等，廣泛應(yīng)用于小麥育種改良，Fhb7是源于長(zhǎng)穗偃麥草7E染色體長(zhǎng)臂的主效優(yōu)異抗病基因，其在二倍體長(zhǎng)穗偃麥草中的等位基因被命名為Fhb7The2。為了探究Fhb1與Fhb7The2聚合后能否優(yōu)于單基因的赤霉病抗性，該研究以含有Fhb7The2的漸滲系IL45497分別和攜帶Fhb1的材料Rollag和MN-Washburn構(gòu)建雜交組合，回交后獲得Rollag-DA和MN-Washburn-DTA兩個(gè)品系，在這兩個(gè)品系中，Fhb1和Fhb7The2基因均為純合，經(jīng)過(guò)基因檢測(cè)和染色體分析等方法驗(yàn)證了其穩(wěn)定性和基因組成。在溫室條件下，對(duì)上述品系以及對(duì)照品種進(jìn)行了多次赤霉病抗性評(píng)估試驗(yàn)，結(jié)果顯示Rollag-DA和MN-Washburn-DTA的病小穗率顯著低于單基因品系，表明Fhb1和Fhb7The2聚合后顯著提高了小麥赤霉病抗性，該研究為小麥抗赤霉病育種提供了新的思路。研究結(jié)果：1. Fhb7The2基因特異性引物的開(kāi)發(fā)該研究在Fhb7基因序列上開(kāi)發(fā)了一個(gè)新的標(biāo)記UCD-Fhb7-3F3R，其在DS系7E(7A)、7E(7B)和7E(7D)中均能擴(kuò)增出333bp的產(chǎn)物，但在CS、Rollag(Fhb1)和MN-Washburn(Fhb1)中無(wú)擴(kuò)增產(chǎn)物。在IL45497×MN-Washburn回交后代的檢測(cè)中，該引物檢測(cè)結(jié)果與細(xì)胞學(xué)觀察到的染色體情況相符，證實(shí)其可特異性的檢測(cè)7EL染色體上的Fhb7The2基因(圖1)。圖1.使用UCD-Fhb7-3F3R引物擴(kuò)增Fhb7The22. Fhb1與Fhb7The2的基因聚合及檢測(cè)通過(guò)IL45497(Fhb7The2)分別與Rollag(Fhb1)和MN-Washburn(Fhb1)雜交的F?代根尖染色體數(shù)目符合預(yù)期的44條，但回交后代在減數(shù)分裂中期I呈現(xiàn)出復(fù)雜的染色體配對(duì)行為。通過(guò)多次回交和自交，成功獲得了Rollag-DA和MN-Washburn-DTA兩個(gè)品系。Rollag-DA含有一對(duì)2ES-7EL染色體，MN-Washburn-DTA含有一對(duì)7EL端著絲粒染色體。對(duì)這些品系后代的染色體分析表明，其染色體狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定(圖2)。對(duì)Rollag-DA和MN-Washburn-DTA品系中Fhb1和Fhb7The2基因的檢測(cè)結(jié)果顯示，兩個(gè)品系中Fhb1與Fhb7The2基因均為純合，這為后續(xù)研究基因聚合效應(yīng)提供了穩(wěn)定的遺傳材料。圖2. Rollag - DA和MN - Washburn - DTA品系的創(chuàng)制與特征表1. MN - Washburn - DTA的兩個(gè)家系和Rollag - DA的一個(gè)家系中的染色體數(shù)目3. Fhb1與Fhb7The2聚合系赤霉病抗性鑒定在2022年春秋季于美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)進(jìn)行的溫室試驗(yàn)中，對(duì)Rollag-DA、MN-Washburn-DTA和親本品種(Rollag、MN-Washburn)以及對(duì)照品種進(jìn)行了單花滴注法赤霉病抗性評(píng)估。結(jié)果顯示，Rollag-DA和MN-Washburn-DTA(聚合Fhb1和Fhb7The2)的病小穗率顯著低于僅含有Fhb1(Rollag和MN-Washburn)或僅含有Fhb7The2(DA 7E)的材料。表明兩個(gè)基因聚合后顯著提高了小麥對(duì)赤霉病的抗性(表2)。表2.含有Fhb1基因、Fhb7The2基因、Fhb1與Fhb7The2基因聚合的病小穗率統(tǒng)計(jì)通過(guò)比例優(yōu)勢(shì)模型分析，進(jìn)一步明確了基因組合對(duì)感染率的影響。模型結(jié)果顯示Rollag-DA和MN-Washburn-DTA聯(lián)合的感染率顯著低于親本品種(僅攜帶Fhb1或Fhb7The2)，Fhb1和Fhb7The2基因聚合后顯著提升了小麥對(duì)赤霉病的抗性。總結(jié)與討論：該研究通過(guò)將含有Fhb7The2的漸滲系IL45497與攜帶Fhb1的Rollag和MN-Washburn雜交和回交，獲得Rollag-DA和MN-Washburn-DTA兩個(gè)聚合了Fhb1和Fhb7The2基因的新品系。赤霉病抗性評(píng)估試驗(yàn)表明，兩個(gè)品系的赤霉病病小穗率顯著低于單基因品系，比例優(yōu)勢(shì)模型分析也證實(shí)了基因聚合后小麥對(duì)赤霉病的抗性顯著增強(qiáng)。該研究為小麥抗赤霉病研究提供了新的思路，即在單一抗病基因難以取得抗性突破的情況下，整合不同品種來(lái)源的抗病基因，通過(guò)基因聚合累加的方式，為小麥抗赤霉病研究帶來(lái)新的契機(jī)。
