2024年12月16日，Czech Journal of Genetics and Plant Breeding雜志在線發表了美國加州大學戴維斯分校Jan Dvorak教授聯合美國明尼蘇達大學和加拿大農業及農業食品部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，嚴重影響小麥的產量與品質，培育抗病品種是應對該病害的關鍵舉措。Fhb1來自于蘇麥3號等，廣泛應用于小麥育種改良，Fhb7是源于長穗偃麥草7E染色體長臂的主效優異抗病基因，其在二倍體長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構建雜交組合，回交后獲得Rollag-DA和MN-Washburn-DTA兩個品系，在這兩個品系中，Fhb1和Fhb7The2基因均為純合，經過基因檢測和染色體分析等方法驗證了其穩定性和基因組成。在溫室條件下，對上述品系以及對照品種進行了多次赤霉病抗性評估試驗，結果顯示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。研究結果：1. Fhb7The2基因特異性引物的開發該研究在Fhb7基因序列上開發了一個新的標記UCD-Fhb7-3F3R，其在DS系7E(7A)、7E(7B)和7E(7D)中均能擴增出333bp的產物，但在CS、Rollag(Fhb1)和MN-Washburn(Fhb1)中無擴增產物。在IL45497×MN-Washburn回交后代的檢測中，該引物檢測結果與細胞學觀察到的染色體情況相符，證實其可特異性的檢測7EL染色體上的Fhb7The2基因(圖1)。圖1.使用UCD-Fhb7-3F3R引物擴增Fhb7The22. Fhb1與Fhb7The2的基因聚合及檢測通過IL45497(Fhb7The2)分別與Rollag(Fhb1)和MN-Washburn(Fhb1)雜交的F?代根尖染色體數目符合預期的44條，但回交后代在減數分裂中期I呈現出復雜的染色體配對行為。通過多次回交和自交，成功獲得了Rollag-DA和MN-Washburn-DTA兩個品系。Rollag-DA含有一對2ES-7EL染色體，MN-Washburn-DTA含有一對7EL端著絲粒染色體。對這些品系后代的染色體分析表明，其染色體狀態相對穩定(圖2)。對Rollag-DA和MN-Washburn-DTA品系中Fhb1和Fhb7The2基因的檢測結果顯示，兩個品系中Fhb1與Fhb7The2基因均為純合，這為后續研究基因聚合效應提供了穩定的遺傳材料。圖2. Rollag - DA和MN - Washburn - DTA品系的創制與特征表1. MN - Washburn - DTA的兩個家系和Rollag - DA的一個家系中的染色體數目3. Fhb1與Fhb7The2聚合系赤霉病抗性鑒定在2022年春秋季于美國明尼蘇達大學進行的溫室試驗中，對Rollag-DA、MN-Washburn-DTA和親本品種(Rollag、MN-Washburn)以及對照品種進行了單花滴注法赤霉病抗性評估。結果顯示，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。表明兩個基因聚合后顯著提高了小麥對赤霉病的抗性(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計通過比例優勢模型分析，進一步明確了基因組合對感染率的影響。模型結果顯示Rollag-DA和MN-Washburn-DTA聯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赤霉病的抗性。總結與討論：該研究通過將含有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兩個聚合了Fhb1和Fhb7The2基因的新品系。赤霉病抗性評估試驗表明，兩個品系的赤霉病病小穗率顯著低于單基因品系，比例優勢模型分析也證實了基因聚合后小麥對赤霉病的抗性顯著增強。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，整合不同品種來源的抗病基因，通過基因聚合累加的方式，為小麥抗赤霉病研究帶來新的契機。
