Genetic mapping in two independent durum wheat accessions PI 244061 and PI 209274 identified shared loci for leaf rust resistance on chromosome 6BS
对两个独立的硬粒小麦种质进行的遗传图谱分析显示，两者的叶锈病抗性均受控于位于染色体 6BS 上同一 2.07 Mb 区间内的单个显性基因，其中 RGA5 和 WAK 基因被鉴定为潜在的候选基因。
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小麦是全球粮食安全的中流砥柱，每天供养着数十亿人。在众多的品种中，硬粒小麦（durum wheat）是专门用于制作意大利面、库斯库斯（couscous）和粗麦粉（semolina）的特定类型。与所有农作物一样，它面临着来自自然的持续威胁，尤其是能够摧毁收成的真菌病害。其中最顽固的敌人之一是叶锈病，这是一种攻击叶片、使植物变褐并消耗其能量的真菌。如果任其发展，这种病害可能会破坏超过一半的潜在产量。几十年来，农民和科学家一直依赖培育携带天然抗性基因的小麦品种来与之抗衡。然而，这种真菌非常聪明；它进化迅速，能够产生绕过旧品种防御机制的新菌株。这种不断的军备竞赛意味着科学家必须不断在野生植物和古老的地方品种中寻找新的抗性来源，以保持领先地位。
在最近的一项研究中，研究人员将注意力转向了两个特定的麦种，分别被称为 PI 244061 和 PI 209274。它们不是现代超市里的品种，而是遗传宝库：一个是来自也门的土地品种，另一个是来自澳大利亚的育种系。两者在之前的测试中都表现出了卓越的抗叶锈病能力。研究目标是找到这些抗性基因在 DNA 中的确切位置，并了解其工作原理。通过将这些抗性植物与感病植物进行杂交并研究其后代，该团队旨在精准定位允许小麦在真菌攻击下生存的遗传指令。
研究人员首先在受控的温室环境中种植了数千株小麦幼苗。他们将抗性亲本与感病亲本杂交以创建杂交家族，然后用一种特定的、具有侵略性的叶锈病菌株对幼苗进行接种。随着植物生长，科学家们密切观察哪些植株抵御了感染，哪些植株屈服了。结果非常明确：这两个原始品种中的抗性是由单个显性基因控制的。这意味着只要植物从其亲本那里继承了一个该基因的拷贝，它就会受到保护。随后，团队使用了一种称为大块分离 RNA 测序（bulked segregant RNA sequencing）的强大技术。他们提取了最具抗性的植物和最易感的植物的叶片，将其分别混合成两组，并分析了它们的遗传物质。通过比较“幸存者”与“受害者”之间的遗传差异，他们得以缩小寻找抗性基因的范围。
分析指向了染色体 6BS 上一个非常特定的位置，这是小麦基因组的一个独特片段。在也门土地品种和澳大利亚育种系中，抗性基因都位于该染色体末端的同一大致区域。为了绝对确定，团队开发了新的遗传标记，这些标记就像分子路标一样，用于在世代传递中追踪该基因。他们测试了数百株独立的植物，发现抗性与一段仅为 2.07 Mb 的微小 DNA 区域紧密连锁。在广袤的小麦基因组景观中，这是一个极其微小的目标。在这个狭窄的条带内，研究人员寻找可能负责防御的基因。他们发现了几个候选基因，包括产生已知能识别并对抗病原体蛋白质的基因。
在也门土地品种中最具潜力的候选基因之一是产生名为 RGA5 的蛋白质的基因，RGA5 充当检测真菌的传感器。在澳大利亚谱系中，证据则指向了另一种类型的基因，即产生细胞壁相关激酶（wall-associated kinase）的基因，这种蛋白质有助于植物感知细胞壁的损伤。有趣的是，尽管这两条谱系在染色体的同一位置表现出抗性，但它们在该区域的遗传代码略有不同，这表明它们可能是独立进化出防御机制的。该研究还回应了之前的一项发现，即此前曾将也门土地品种的一个抗性基因定位在染色体的不同部分。这项高分辨率的新数据证实，之前的定位是不正确的，真正的防御机制位于染色体 6BS 上。
这一发现为小麦育种家提供了精确的地图和工具，以便将这些强大的抗性基因转移到现代高产硬粒小麦品种中。通过使用本研究中确定的遗传标记，育种家可以快速筛选出携带抗性的幼苗，而无需等待植物生长并直接在田间面对病害。两个地理和历史背景迥异且互不相关的小麦来源，都在 DNA 的同一微小区域携带了防御机制，这一事实表明该染色体部分是对抗叶锈病的天然热点。虽然确切的基因身份仍需进一步的实验室工作来确认，但前进的道路已经清晰。这些发现为开发能够抵御不断演变的叶锈病威胁的新型小麦品种提供了坚实的基础，有助于保障这一世界上最重要的粮食作物之一的未来。
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