中國小麥抗條銹病基因育種利用現狀與策略

劉志勇，張懷志，白斌，李俊，黃林，徐智斌，陳永興，劉旭，曹廷杰，李淼淼，陸平，吳秋紅，董玲麗，韓玉林0，殷貴鴻，胡衛國，王西成，趙虹，閆素紅，楊兆生，暢志堅2，王濤?，楊武云?，劉登才?，李洪杰3?，杜久元?

1 中國科學院遺傳與發育生物學研究所/植物細胞與染色體工程國家重點實驗室/種子創新研究院，北京 100101；2 中國科學院大學現代農業科學學院，北京 100049；3 海南崖州灣種子實驗室，海南三亞 572024；4 甘肅省農業科學院小麥研究所，蘭州 730070；5 四川省農業科學院作物研究所，成都 610066；6 四川農業大學小麥研究所，四川溫江 611130；7 中國科學院成都生物研究所，成都 610041；8 中國農業科學院棉花研究所，河南安陽 455000；9 河南省農業科學院小麥研究所，鄭州 450002；10 周口市農業科學院，河南周口 466001；11 河南農業大學農學院，鄭州 450046；12 山西農業大學農學院/作物科學研究所，太原 030801；13 中國農業科學院作物科學研究所，北京 100081

0 引言

小麥條銹病是嚴重危害小麥生產的重要流行性病害，在中國已發生多次大流行，對國家糧食安全造成嚴重威脅，歷史上條銹病大流行區域造成的小麥產量損失可達25%—40%[1]。選育和推廣抗條銹病品種是小麥遺傳改良的重要目標，也是保證糧食安全、維持農業綠色和安全的最經濟有效的措施。由于小麥條銹菌變異頻繁，新強毒性小種的不斷出現和流行，導致選育和推廣的小麥品種條銹病抗性快速喪失，為小麥育種和生產帶來嚴峻的挑戰。20 世紀50 年代，條中1號（CYR1）上升為優勢小種，造成主栽品種碧螞1號喪失抗銹性；20 世紀60 年代，CYR8 和CYR10 使碧玉麥、陜農系列、甘肅96 和西北612 等品種喪失抗病性；CYR13 和CYR16 號小種導致南大2419 等喪失抗病性；1965 年出現的CYR18 引起Yr1抗病性喪失，1985 年流行的CYR29 造成洛類抗源（1BL/1RS 易位系）中的Yr9喪失抗病性，1991 年出現的CYR32 導致繁6 及其衍生系中Yr3和Yr4喪失抗病性[2]，2008年CYR34 的出現和流行導致近年來育種中廣泛利用的92R 系、貴農系和川麥系中Yr24/Yr26/YrCH42喪失抗病性[3]。究其原因，主要是由于同一時期不同地區不同育種單位大量使用同一類抗源或單一抗條銹病基因，育成新品種的大面積推廣對條銹菌造成強大的選擇壓力，有利于條銹菌新毒性小種的產生和流行并成為優勢小種，克服抗條銹病基因的抗性，最終導致品種喪失抗病性。目前，中國小麥條銹菌主要以CYR32、CYR33 和CYR34 為主，大批攜帶Yr10和Yr24/Yr26/YrCH42的小麥品種喪失了條銹病抗性[4]（圖1），因此，需要對當前及今后一段時期小麥育種中的抗條銹病基因利用現狀進行科學評估，以期為廣譜持久多抗小麥品種的培育提供依據。

1 小麥抗條銹病基因發掘與種質創新

為了拓寬和豐富小麥抗條銹病基因資源庫，國內外科技工作者不斷從小麥推廣品種、地方品種（農家種）、野生親緣種及遠緣物種中發掘抗條銹病基因，至今正式命名的抗條銹病基因已有86 個（Yr1—Yr86）[5-6]（表1），另有眾多臨時命名的抗條銹病基因或等位基因[5]。小麥抗條銹病基因按其抗性特點可以分為兩大類：全生育期抗性（all stage resistance，ASR）和成株期抗性（adult plant resistance，APR）[7]。全生育期抗性通常表現苗期和成株期均對同一條銹菌小種抗病，如抗條銹病基因Yr5、Yr9和Yr15等，而成株期抗性通常表現苗期感病，而成株期抗病，如Yr18、Yr29、Yr30和Yr46等[8]。有些抗條銹病基因的抗性表現受溫度調控，在成株期溫度升高的時候抗性增強，表現為溫度依賴抗性（high-temperature adult plant resistance，HTAP），如Yr36[9]。雖然許多抗條銹病基因已經“喪失”了對其毒性小種的抗性，但對其他部分流行條銹菌仍具有不同程度的抗性，這些抗條銹病基因也可以用于小麥抗條銹病遺傳改良。

表1 正式命名的小麥抗條銹病基因Table 1 Cataloged wheat stripe rust resistance genes

盡管發掘到的抗條銹病基因很多，但育種工作者最偏愛的是已經存在于高產抗病主栽品種中的抗條銹病基因，期望用其為親本配制雜交組合，從后代中選出新的高產抗病品種。但眾所周知，推廣的高產品種中不管是抗病基因，還是其他的優異基因，遺傳多樣性都比較低，只含有極少數抗條銹病基因，抗病性比較脆弱，因此，利用高產抗病品種為親本配制雜交組合，往往辛苦選育5—8 年，剛剛育成的新品種（系）又喪失了抗性。近年來，最典型的案例就是攜帶Yr24/Yr26/YrCH42抗條銹病基因品種的大面積推廣使用[4]。

為改變這種局面，從地方品種（農家種）、野生親緣種以及遠緣物種中發掘抗條銹病基因是有效的途徑。這些種質資源雖然抗病性非常突出，但農藝性狀，尤其是產量、株型和品質等性狀難以媲美當前的高產推廣品種，需要花費多年的時間和精力進行改造，利用高產推廣品種與其進行雜交和連續多代的回交和選育，創制出綜合農藝性狀顯著改良的抗病新種質和中間親本材料，再用于配制新的雜交組合，選育高產抗病新品種（系）。在此期間，為了防止抗病基因的丟失，需要進行抗病性鑒定來確保選擇的后代攜帶需要的目標抗病基因。近年來，開發了許多抗條銹病基因的功能標記，或其緊密連鎖的分子標記，可以在回交轉育和后代選擇過程中進行分子標記輔助選擇，顯著提高了育種選擇效率。但目前育種中可用的具有功能標記的抗條銹病基因較少，而緊密連鎖的分子標記在某些品種的遺傳背景中可能出現目標抗病基因丟失的風險。此類原始創新工作在許多研究單位和育種企業科研人員，甚至個人長期不懈的努力下，創制出不同類型的育種中間材料提供給育種工作者使用，部分材料已經可以直接用作親本配制雜交組合選育新品種（系），但大部分中間材料可能還具有不同程度的缺陷，需要大家協同努力繼續改造。

2 抗條銹病基因在小麥育種中的利用

部分種質資源、中間材料和品種中的抗條銹病基因比較明確，育種工作者在配制雜交組合時目標性就會很強，知道使用了什么基因（表2）。后續的衍生品種（系）若表現抗病，也多數會攜帶這些已知的抗病基因。但更多的情況是育種家對部分所用材料中含有的抗條銹病基因不太清楚，因此，使用一些抗病的親本配制雜交組合后，后代材料到底攜帶哪個抗條銹病基因？共有幾個抗條銹病基因？針對這些問題，如果沒有可靠的追蹤技術和手段，往往難以明確！一些有經驗的育種家根據育種材料在田間的抗性表現可以判斷抗條銹病基因的有無、多少和基因聚合情況，但受年度間條銹菌群體結構和毒性頻率的影響，單純依靠表型鑒定可能存在一定的誤差，需要根據多年多點的抗性表現加以判斷。目前，多數育種單位都有條件開展分子標記輔助選擇育種，結合田間抗病性鑒定結果，可顯著提高選擇效率和準確性。

近年來，苗期和田間成株期抗性鑒定結果表明，單個基因抗性最強且穩定的是Yr5和Yr15等少數具有全生育期抗性的抗條銹病基因（圖2）。Yr5是目前國內外少有的對幾乎所有條銹病菌系具有抗性的抗條銹病基因[10]；Yr15自發現以來表現出對條銹病的廣譜抗性，對世界各地采集的3 000 多個條銹菌系均表現高抗，歐洲和澳大利亞曾經發現個別對Yr15致病的條銹菌，但2003 年之后國際上未發現能克服Yr15抗性的條銹菌系[12]。含Yr5和Yr15的材料引入中國后，許多育種單位都有利用，根據基因功能標記檢測，確定四川省審定的蜀麥1868、川育29 和川輻8 號等均含有Yr15[18]。近年來，參加四川省區試的102 份新品系中約20%含有Yr15，表明該基因已成為四川品種的主流抗條銹病基因之一。但對近年來78 份四川省小麥育成品種（系）的分子標記檢測未發現Yr5的利用[19]。抗條銹病基因Yr5和Yr15曾應用于西北麥區的小麥育種中，但蘭天系列等抗條銹病品種中未檢測到Yr5和Yr15[20]。黃淮麥區的抗條銹病品種中均未見確切的攜帶Yr5和Yr15這兩個優異抗條銹病基因的報道。

圖2 部分抗條銹病基因的成株期抗性表現（成都，2022）Fig.2 Adult plant resistance of several stripe rust resistance genes (Chengdu, 2022)

抗條銹病基因Yr17來自偏凸山羊草（Aegilops ventricosa）的2N 染色體，育種家將Yr17轉移到小麥背景中，育成了著名的VPM 1[21]。VPM 1 已在國外小麥育種中得到廣泛應用，美國小麥品種Jagger 攜帶Yr17[22-23]。中國農業科學院作物科學研究所培育的中麥175 也含有該基因[24]，抗病基因來源于中國農業大學楊作民教授創制的抗病中間材料BPM27；曾經參加過河南省品比試驗的小麥品系孟麥58 和淮陽1 號[25]，以及來自陜西的品種陜農33[26]也攜帶Yr17，說明國內主產區的育種家已經成功利用該基因培育新品種（系）。近年來，Yr17對中國條銹菌主要流行小種表現成株期中抗至高抗，但達不到免疫程度，部分年份在條銹菌毒性較強時，葉片呈現較多的銹病菌侵染條紋斑和明顯的褪綠抗性反應。

目前，黃淮麥區小麥品種中利用較多的幾個抗條銹病基因來源于原周口市農業科學院鄭天存研究員創制的骨干親本周8425B。研究表明，周8425B 攜帶至少4 個抗條銹病基因，其中，1BL/1RS 易位染色體上的抗條銹病基因可能不同于廣泛利用的洛類抗源Yr9，有可能是周8425B 親本之一六倍體小黑麥中黑麥1RS 染色體上Yr9的新等位基因，表現為對部分條銹菌小種全生育期抗性，但對目前流行的CYR33 和CYR34 表現為抗性減弱或喪失。3BS 上可能攜帶成株期持久多抗基因Yr30/Lr27/Sr2/Pm70[27]，同時對成株期白粉病表現一定的抗性[28-29]。Yr30/Lr27/Sr2/Pm70最早來源于美國小麥品種資源Hope 及其衍生品種[7,30]。4BL 上的抗條銹病基因YrZH22最早發現于周麥22[31]，分子標記檢測發現周8425B 中也含有該基因。YrZH22表現成株期抗性，苗期感病，是目前周麥衍生品種中對成株期條銹病抗性貢獻最大的主效抗性位點。從周8425B 中鑒定出的抗條銹病基因YrZH84表現苗期抗性[32]，但由于條銹菌毒性變異，目前已喪失苗期抗性，但該基因累加其他抗條銹病基因，在成株期仍然具有一定的抗性。

中國農業科學院棉花研究所楊兆生研究員課題組培育的許多品種（系）表現較好的條銹病抗性，且使用了一些不同于其他育種單位所用的抗條銹病基因。如曾參加河南省品比試驗的新品系中育1152 的5BL染色體上有一個新的抗條銹病基因位點Yr1152[33]。河南省農業科學院培育的鄭麥103 也表現比較突出的條銹病抗性，其中一個抗條銹病基因YrZM103位于7BL染色體上，但與YrZH84的關系尚不清楚[34]。在黃淮北部麥區主栽品種濟麥22 中曾經定位到一個抗條銹病基因YrJ22，位于2AL 染色體上[35]，但該基因在成株期對CYR34 等條銹菌優勢流行小種已經喪失抗性。在小麥品系長武357-9 的2AL 染色體上定位到抗條銹病的位點[36]，具有中等的抗條銹病效應；近期在中麥175 的2AL 長臂末端也發現一個抗條銹病的主效基因YrZM175[37]，進一步豐富了小麥抗條銹病基因資源。

Yr18/Lr34/Sr57/Pm38是中國地方小麥品種中分布頻率較高的持久多抗基因，中國春等小麥地方品種攜帶該多抗位點，成株期表現為對條銹病、葉銹病、稈銹病和白粉病的部分抗性，同時伴隨生理性干葉尖的表型[8]。中國春可能還含有除Yr18/Lr34/Sr57/Pm38之外的其他成株期抗條銹病基因，在成都平原一直保持良好的成株期條銹病持久抗性，值得進一步研究。Yr29/Lr46/Sr58/Pm39是另一個持久多抗基因，也具有干葉尖的表型[8]，很早之前便得到中國小麥育種家的利用。如，河南科技學院培育的百農64（豫麥54，1998年通過河南省審定）對當時的條銹菌生理小種22-31號、多個葉銹菌小種和白粉病、葉枯病及土傳花葉病表現高抗，是多抗、廣適、優質、高產、穩產小麥品種[38]。另外，在四川省農業科學院培育的小麥品系SW8588[39]和川麥42[40]及四川農業大學培育的蜀麥830 和蜀麥126[41]中均定位到位于Yr29/Lr46區間的成株期抗條銹病QTL 位點。HUANG 等[36]利用開發的Yr29/Lr46/Sr58/Pm39連鎖KASP 標記對當前中國420份品種（系）進行檢測，發現約7.6%的材料含有該標記的等位基因，特別是一些來自陜西省和四川省的品種，說明在條銹病常發區，該基因一直得到利用。另一個持久多抗基因是Yr46/Lr67/Sr55/Pm46/Ltn3，最初在巴基斯坦地方品種（PI 250413）中發現，經轉育導入小麥品種Thatcher[42]。攜帶Yr46/Lr67/Sr55/Pm46/Ltn3與攜帶Yr18/Lr34/Sr57/Pm38/Ltn1的小麥品種具有類似的多病害抗性和干葉尖表型，起初被認為是同一個基因，但后來發現兩者位于不同的染色體上，其中，Yr18/Lr34/Sr57/Pm38/Ltn1位于7DS，而Yr46/Lr67/Sr55/Pm46/Ltn3位于4DL[8,42]。Yr18/Lr34/Sr57/Pm38/Ltn1、Yr29/Lr46/Sr58/Pm39/Ltn2和Yr46/Lr67/Sr55/Pm46/Ltn3持久多抗基因在成株期對3 種銹病和白粉病的抗性表現類似，均有不同程度的干葉尖表型，單純從表型上很難區分這3 個不同的基因。

許多育種家掌握的種質資源和中間材料，甚至育成品種（系）中還含有許多已知、未知或不明確的抗條銹病基因。山西農業大學暢志堅研究員創制的攜帶抗條銹病新基因Yr50[43]和Yr69[44]的新種質具有突出的條銹病抗性（圖3）。此外，一些來自小麥親緣種的抗條銹病基因在四川省得到了成功應用，如，小麥新品系蜀麥1701 導入了野生二粒小麥抗條銹病基因Yr36[45]，新品種蜀麥1675 導入了節節麥的抗條銹病基因Yr28[15]。隨著研究技術的進步和水平的提高，越來越多的種質資源、中間材料和育成品種（系）中的抗條銹病基因將被逐漸明確，逐步從抗源水平提高到基因水平，使抗條銹病育種親本選配增強目標性，減少盲目性，更好地利用現有的抗條銹病基因資源，培育高產多抗小麥新品種。

圖3 抗條銹病基因Yr69、Yr50 和YrZM103 的成株期抗性表現（甘肅省清水縣，2021 年）Fig.3 Adult plant resistance of stripe rust resistance genes Yr69, Yr50 and YrZM103 (Qingshui, Gansu, 2021)

3 小麥抗條銹病基因利用的策略

抗病基因布局是由中國老一輩科學家提出在全國范圍內防控條銹病危害的策略。提倡在中國西南、西北條銹菌易變區，以及黃淮海和華北麥區的小麥育種中使用不同的抗條銹病基因，以防止全國范圍內的抗條銹病基因單一化，延緩生產上推廣品種的條銹病抗性喪失進程[1-2]。但隨著種質資源的引進、交流和交換日益頻繁，全國不同麥區的抗條銹病基因布局正在逐漸被打破，育種家都會優先選擇農藝性狀優良和條銹病抗性突出的抗源作親本進行新品種的培育。如1BL/1RS易位系、攜帶Yr24/Yr26/YrCH42的貴農系列、92R 系列和川麥42 系列抗病品種（系）被全國小麥育種家廣泛利用，育成品種得以大面積推廣利用。但隨著新毒性生理小種CYR34 的出現和流行，導致這些品種中大量使用的抗條銹病基因喪失抗性。近年來，以周麥22 為代表的周麥系列品種，因其綜合農藝性狀優良和突出的條銹病抗性，在黃淮麥區廣泛被用作親本，僅周麥22 的衍生品種已超過100 多個[46]，還有眾多的后裔品種衍生系正在參加國家和省級的各類品種比較試驗。尤其值得引起重視的是周麥22等周麥系列品種在西南麥區和西北麥區也被大量用作抗病親本，育成品種已經在生產上被推廣利用，為周麥系列抗條銹病基因的抗病功效帶來了潛在風險。在當前倡導商業化育種的大環境下，育種工作者都會優先使用高產抗病品種（如周麥系列）中的抗條銹病基因，以便快出品種、多出品種。發掘和利用多樣化的抗條銹病基因資源，開展抗條銹病基因布局依然任重道遠。

抗病基因多樣化是防止育成品種中抗條銹病基因單一化，延緩品種抗病性喪失，延長其生產利用時間的有效策略[47-48]。如果主栽小麥品種中攜帶多個不同的抗條銹病基因，新的毒性條銹菌同時克服多個抗條銹病基因的可能性很低。因此，早在20 世紀80—90年代全國小麥育種中都大量使用洛類抗源時，楊作民教授就大聲疾呼多樣化抗源的使用，并身體力行地收集、鑒定、研究和改造抗病資源，建立“第二線抗源”，以備洛類抗源喪失抗性時小麥育種中有可用的抗病資源[47]。楊作民教授創制并免費分發給全國育種單位的“第二線抗源”待Yr9/Pm8/Lr26喪失抗性后，在國內小麥抗病育種中發揮了重要作用。早期的抗病基因多樣化實際上是抗源多樣化，在育種中使用不同的抗源配制雜交組合選育抗病新品種。但不同的抗源可能攜帶相同的抗條銹病基因，如92R 系列、貴農系列和川麥42 中的Yr26、Yr24和YrCH42是相同的抗條銹病基因，均來源于四倍體硬粒小麥的1B染色體[4]。配制抗病材料間的雜交組合進行等位性測驗是判斷抗病基因是否相同的經典方法，現在普遍采用分子標記檢測手段推斷某個抗條銹病基因的有無，但對于尚未克隆和不具有功能標記的抗病基因，一些連鎖的分子標記在不同的遺傳背景中存在誤判的可能，還需要借助系譜分析和抗病性鑒定的結果加以綜合研判。

抗病基因聚合是培育持久多抗小麥品種的重要途徑。在單一的抗病基因抗性脆弱和難以持久的基礎上，嘗試以多種形式聚合不同抗病種質中的多個抗病基因，以提高抗性的程度和持久性。在抗病基因聚合的策略上，國外的育種家，尤其是以國際玉米小麥改良中心（CIMMYT）為代表的育種家認為全生育期抗條銹病基因的抗病性或早或晚都會被克服，主張盡量少用，甚至不用全生育期抗條銹病基因，而是倡導聚合多個成株期抗條銹病基因，并育成了一些聚合3—4 個成株期抗條銹病基因的品種，達到成株期高抗甚至免疫程度的條銹病抗性[49]。有研究發現Yr29/Lr46/Sr58/Pm39/Ltn2的抗病效應比Yr46/Lr67/Sr55/Pm46高，2 個基因的聚合體表現出一定的加性效應[50]。

Yr18、Yr29、Yr30和Yr46等成株期持久多抗基因苗期表現出對條銹菌高感，單個基因效應不強，在中國的小麥抗病育種中，可以將多個成株抗病基因進行聚合，通過基因間的效應累加提高植株整體條銹病抗性。近期研究發現，在四川小麥品種（系）中聚合Yr18、Yr28和Yr36等抗性基因，獲得的改良品系在四川田間表現出對條銹菌的高水平抗性，苗期鑒定Yr28也具有很好的條銹病抗性，表明成株期抗性基因在我國條銹菌策源地具有潛在應用價值。此外，全生育期抗性基因也是重要的抗源類型，雖然其抗性容易被新出現的毒性小種所克服，結合中國小麥條銹菌傳播的特點和育種實踐，在中國不應該摒棄全生育期抗條銹病基因。可以利用分子標記輔助選擇，通過在成株期持久多抗基因的基礎上聚合全生育期抗條銹病基因的策略，使育成品種在苗期和成株期均保持充足的條銹病抗性，減少條銹病的危害。同時，在育種實踐中，也發現一些原已喪失抗性的全生育期抗條銹病基因（如Yr9）在某些年份由于條銹菌群體的毒性結構和頻率的變化，又表現出一定程度的抗性，而且這些抗條銹病基因聚合到成株期持久多抗基因的遺傳背景下，還具有一定的加性效應。

已克隆的小麥全生育期抗病基因多編碼具有核苷酸結合位點與亮氨酸富集重復類型的受體蛋白（nucleotidebinding domain leucine-rich-repeat-containing receptor），這種類型的抗病基因通常與病原菌中對應的致病效應因子（effector）存在基因對基因的互作關系，病原菌中新的毒性基因（virulence gene）突變會克服掉原來抗病NLR 基因的抗病性[51]，導致抗病基因與病原菌毒性基因的興衰循環。已克隆的成株期持久多抗基因Yr18/Lr34/Sr57/Pm38和Yr46/Lr67/Sr55/Pm46編碼非NLR 類型的跨膜轉運蛋白[13,16]，成株期高溫抗性基因Yr36編碼Kinase-START 類型抗病蛋白[9]，具有持久抗性；Yr5編碼NLR 整合BED 結構域抗病蛋白[10]，BED 結構域是否與其廣譜抗性有關尚未可知；Yr15編碼一種新型的串聯激酶WTK 蛋白[12]，已知具有該種蛋白結構域的幾個抗病基因（如大麥抗稈銹病基因Rph1[52]和小麥抗白粉病基因Pm24[53]）都具有廣譜的抗病性。目前，已經發現條銹病抗性突出的全生育期抗條銹病基因Yr5的條銹菌致病類型[54]，另一個抗性突出的Yr15是否能保持持久的條銹病抗性？還需要在育種和生產實踐中加以檢驗，但在目前中國小麥抗條銹病育種中，聚合Yr5和Yr15到一些成株期持久多抗基因（如Yr18、Yr29、Yr30和Yr46等）遺傳背景中，是切實有效可行的育種策略。

中國小麥育種家在抗條銹病基因聚合種質創新和育種中已經取得突出的成效。黃淮麥區骨干親本周8425B 聚合了至少4 個抗條銹病基因（Yr9、Yr30、YrZH22和YrZH84），而且是在近40 年前利用不同類型的抗性種質資源進行基因聚合，單純依靠田間鑒定和育種經驗創制出來的種質材料，奠定了中國黃淮小麥主產區高產抗病育種的種質基礎。中國西北麥區甘肅條銹菌越夏菌源區的育種家們提出選育抗條銹病基因聚合品種、進行不同抗條銹病基因的品種布局、實現抗條銹病基因/資源多樣化利用的有效持續控制西北越夏菌源區小麥條銹病策略，通過大量引進國內外抗源材料，建立抗條銹病基因庫，提高生產品種抗條銹病基因遺傳多樣性以實現該區域的條銹病持續控制[55-56]。經過多年的努力，利用多個國內外抗條銹病基因載體品種和抗源作為親本，育成了蘭天系、天選系和中梁系等系列抗病品種，許多品種（如蘭天15 號、蘭天20 號、蘭天31 號）為含有成株期抗性基因、慢病性基因和其他全生育期抗條銹病基因的聚合體，對條銹菌致病小種表現抗病至輕微感病，且嚴重度低，為西北麥區小麥條銹病的有效控制做出了重要貢獻[20,57]。西南麥區小麥品種中也具有豐富的抗源，已實現了條銹病抗性的多基因布局。正式命名的抗條銹病基因Yr15、Yr28、Yr29、Yr36、Yr41和部分暫命名抗性基因/QTL 位點已分散存在于四川不同小麥品種（系）中。如近年審定的小麥品種蜀麥126 即聚合了Yr29和Yr69，以及多個微效抗條銹病位點[41,58]。

聚合多個抗病基因無疑會提高品種抗性的程度和持久性，但抗病基因表達防御反應往往是消耗寄主自身能量的過程，在目前已有較多的抗病基因（包括功能標記）及其載體品系可供選擇的情況下，利用分子標記輔助選擇聚合不同的抗病基因時，究竟需要累加多少個抗病基因才能實現持久和廣譜的抗性，而又盡量減少對產量和品質等農藝性狀的影響？如Yr18/Lr34/Sr57/Pm38/Ltn1、Yr29/Lr46/Sr58/Pm39/Ltn2和Yr46/Lr67/Sr55/Pm46/Ltn3都表現干葉尖[8]，聚合這些基因會不會導致更嚴重的葉片干尖？還是在1 或2 個持久多抗基因的基礎上累加一些主效的抗病基因效果更好？目前，在中國育種實踐中，攜帶Yr30/Lr27/Sr2/Pm70的許多品種（系），如周麥系列品種[27-29,31,46]，并未表現出如其他幾個持久多抗基因類似的干葉尖現象，而且許多攜帶該持久多抗基因的部分品種是生產上的主栽品種，具有優異的綜合農藝性狀，是進一步聚合抗病基因創制持久多抗品種的首選底盤抗性基因。在Yr30/Lr27/Sr2/Pm70提供基礎條銹病、葉銹病、稈銹病和白粉病抗性的基礎上，聚合成株期抗條銹病基因YrZH22和全生育期抗條銹病基因YrZH84，可以實現成株期條銹病中抗-高抗的水平，進一步累加其他的ASR 和APR 主效或微效抗條銹病基因/QTL 位點，可望達到苗期和成株期高抗至免疫的抗性水平。

盡管許多抗條銹病基因已經喪失了對當前流行優勢條銹菌系的抗性，但依然有大量的抗條銹病基因還具有各種各樣的抗性，可以應用于今后的抗條銹病育種中。在中國今后的抗條銹病育種策略中，新育成品種應該具有一定的“基礎抗性”，攜帶Yr30/Lr27/Sr2/Pm70、Yr18/Lr34/Sr57/Pm38/Ltn1、Yr29/Lr46/Sr58/Pm39/Ltn2和Yr46/Lr67/Sr55/Pm46等持久多抗基因中的1—2 個基因，對幾種主要的銹病和白粉病都提供抗性基礎，在此基礎抗性底盤的基礎上，積聚其他抗條銹病基因。在條銹病的流行區和多發區，新育成品種都要具有一定的抗條銹性。由歷史的經驗得知，僅僅控制條銹病發生源頭是不夠的，而且也不可能完全控制這些源頭地區。近十年來，甘肅隴南地區并沒有大流行條銹病，但下游地區仍然發生一定的流行就是明證。只有所有推廣品種都具有一定的基礎抗性，才能保證生產不受或少受損失。對條銹菌傳播下游地區的小麥品種可不做過高的抗性要求，具有一定程度的基礎抗性即可，在條銹病流行年份可有效減少損失，并且避免育種上過于強調抗性突出而增加選擇難度，還可以在此基礎上累加其他抗性基因。在綜合考慮產量和品質等農藝性狀的情況下，綜合利用持久抗性（水平抗性）和垂直抗性基因進行種質創新和新品種選育，使新育成品種抗性穩定且持久，解決中國條銹病的危害。

4 小麥育種中抗條銹病基因的精準鑒定與選擇

抗病品種的選育伴隨抗病性鑒定和選擇，通常需要有發病充分的鑒定條件和穩定可靠的鑒定體系。小麥條銹病抗性鑒定一般分溫室苗期鑒定和田間成株期鑒定，苗期鑒定需要人工接種條銹菌，待高感對照品種充分發病時對測試材料進行鑒定，通常采取單孢菌系分小種鑒定，考察所鑒定品種（系）的反應型。在田間成株期鑒定中，為了保證鑒定的可靠性和穩定性，需要種植高度感病的人工接種誘發行，或誘發單株，在春季起身期之前適當的時期利用誘發行人工接種條銹菌混合小種孢子，待誘發行植株充分發病時鑒定測試品種（系）的反應型和發病嚴重度，而且需要從發病初期到高峰期進行多次鑒定，綜合評價測試材料的條銹病抗性程度和發生快慢。在每年都發生條銹病的地區也可以依靠自然發病進行抗條銹病鑒定，但遇到發病不利的氣候和生態條件時往往影響鑒定結果的準確性。由于條銹菌群體復雜多變，群體結構和毒性頻率在年度間會存在差異，因此，利用條銹菌混合小種（如CYR32+CYR33+CYR34）進行田間抗性鑒定時，不同年份間條銹病鑒定的結果可能會存在一定的差異。如，2021年度的條銹菌混合小種成株期鑒定，許多抗條銹病基因抗性表現較差；而2022 年度條銹菌混合小種成株期鑒定，相同的抗條銹病基因抗性表現比2021 年要好，這可能與不同年度條銹菌小種的毒性頻率有關，也可能與2 年間小麥生長發育過程條銹菌侵染時的溫度和濕度等環境條件差異有關。對于抗條銹病單基因系來說，年度間雖然抗性表現會有一定的差異，但總體上抗性表現趨勢比較一致，除非新出現的強毒性條銹菌系克服了某個主效抗條銹病基因。但在聚合多個抗條銹病基因時，單純依靠田間的抗性表現判斷某個品種（系）是否含有某個抗條銹病基因？以及含有幾個抗條銹病基因的難度較大，因此，需要借助分子標記輔助選擇進行抗條銹病基因的精準鑒定。

目前，在正式命名的86 個抗條銹病基因，以及臨時命名的抗條銹病基因中，只有Yr5/YrSp[10]、Yr7[10]、Yr10[11]、Yr15[12]、Yr18[13]、Yr27[14]、Yr28/YrAs2388[15]、Yr36[9]、Yr46[16]和YrU1[17]被克隆[59]，明確了抗病位點和感病位點間的核苷酸序列變異特征，開發出穩定可靠的功能標記。盡管這些基因的功能標記有很好的檢測能力，但在具體應用中往往還需要進行優化和重新設計，才能保證在不同的遺傳背景中檢測結果穩定可靠。位于1BL/1RS 易位染色體上的Yr9分子標記檢測比較容易，多個黑麥染色質特異分子標記（如AF1/AF4 引物）都可以準確可靠地檢測Yr9[60]。除了YrU1尚未在中國小麥育成品種（系）中檢測到外，其余已經克隆的抗條銹病基因均在中國小麥品種（系）和種質資源中被檢測到，部分結果還進行了分子標記檢測，但未把檢測結果與苗期和田間成株期條銹病抗性表現進行綜合分析。在利用與抗條銹病基因連鎖分子標記對尚未克隆基因進行檢測時，一定要考慮遺傳背景影響，并需要與陽性對照品種（系）對比，分析標記檢測基因型與條銹病抗性表型的一致性。如果某個抗病基因連鎖標記檢測結果與陽性對照品種（系）擴增結果一致，但并未表現出相同的抗性，可以判定并不含有該抗病基因，或者該品種遺傳背景中存在該基因的抑制基因。位于同一染色體臂上部分抗條銹病基因，如Yr10、Yr15和Yr24/Yr26/YrCH42都在1BS 染色體上，Yr9位于1BL/1RS 易位染色體上，通常不會同時出現在一個品種（系）中。因此，分子標記檢測結果還要與系譜追蹤和遺傳分析相結合，判斷育種材料中是否含有使用過的抗病基因。如對周8425B 及其部分衍生品種進行抗條銹病基因的分子檢測，發現周8425B 攜帶的抗條銹病基因最多，其衍生品種周麥12、周麥17、周麥22、周麥38、周麥40 和周麥42 可能聚合了周8425B 中的4 個抗條銹病基因，其他品種則缺少其中的一個或多個抗病基因，抗病基因的遺傳構成與其田間成株期的條銹病抗性表現一致（圖4 和圖5）。

圖4 利用分子標記對周麥系列品種及周8425B 衍生品種中抗條銹病基因的檢測（甘肅省清水縣，2021 年）Fig.4 Molecular marker detection of stripe rust resistance genes in Zhoumai series and Zhou 8425B’s derivatives (Qingshui, Gansu, 2021)

圖5 小麥品種聚合抗條銹病基因的效應Fig.5 Pyramiding stripe rust resistance genes effects in wheat cultivars

5 展望

小麥與條銹菌的協同進化已經歷了上萬年，甚至幾十萬年，經過相互選擇與適應，條銹菌不斷變異產生新的毒性菌系，克服了小麥中的對應抗條銹病基因；而小麥野生種和栽培品種面對條銹菌的侵染，抗病基因也在不斷發生突變，產生新的抗病基因和等位基因，以應對新的毒性菌系。在傳統育種中，一般利用抗病基因（R）培育抗病品種[61]，然而，相較于R基因，感病基因（S）突變介導的抗性常具持久性與廣譜性[62]。最近，西北農林科技大學獨辟蹊徑通過對小麥感條銹病基因進行基因組編輯遺傳操作，創制出廣譜持久抗條銹病小麥新品系[63]。因此，隨著人們對小麥抗病生物學研究的日益深入和對小麥與病原菌互作本質認識的不斷了解，未來可以發掘、設計、改造和創制新的有效抗源基因類型，以應對病原菌的變異和流行。

在當前小麥育種中，為了更加合理有效地利用多樣化的抗條銹病基因，進行高產持久多抗新品種設計（圖6），還需要開展以下研究：

圖6 小麥抗條銹病基因利用和高產持久多抗新品種設計策略Fig.6 Strategy for wheat stripe rust resistance genes utilization and molecular design of high-yielding new cultivars with durable and multiple disease resistance

1）持續收集、鑒定、研究各類種質資源（推廣品種、育種品系、地方品種、野生親緣種和遠緣種）的條銹病抗性，明確其抗性遺傳特性和抗性特點。只有掌握眾多的抗條銹病種質資源，才能進行多樣化的抗病基因發掘、克隆、布局和聚合利用。

2）構建各種遺傳群體和自然群體，利用現在的小麥SNP 芯片、各種DNA 和RNA 測序平臺，開展抗條銹病基因和QTL 的定位，開發育種中可用，且簡便、準確、可靠的分子標記及其檢測技術體系。

3）以Yr30/Lr27/Sr2/Pm70、Yr18/Lr34/Sr57/Pm38/Ltn1、Yr29/Lr46/Sr58/Pm39/Ltn2和Yr46/Lr67/Sr55/Pm46等持久多抗基因為基礎抗性底盤，利用聚合雜交和回交選育，結合分子標記輔助選擇和加代選育技術，將不同抗條銹病基因積聚到具有較好基礎抗性的高產品種遺傳背景，創制出高產多抗育種新材料。在此基礎上針對抗病基因聚合組配不同雜交組合，培育高產和持久多抗新品種，以便更好地應對中國小麥生產上條銹病的危害。

4）精細定位和克隆抗（感）條銹病基因/QTL，研究小麥-條銹菌互作機理，解析抗性調控網絡，明確抗條銹病基因單倍型變異特征，開發育種可用功能標記，鑒定抗（感）病基因上決定抗、感變異的關鍵核苷酸位點，開展基因組精準編輯育種，在高產品種基礎上直接創制出高產持久多抗小麥新品種。