摘要：小麦（Triticum aestivumL.）是全球最重要的谷物之一，为人类提供必需的食物和营养。白粉病是由专性寄生真菌白星（Blumeria graminisf. sp.tritici, Bgt）引起的严重病害，严重威胁小麦产量和品质，全球范围内可造成近5%

小麦（Triticum aestivumL.）是全球最重要的谷物之一，为人类提供必需的食物和营养。白粉病是由专性寄生真菌白星（Blumeria graminisf. sp.tritici, Bgt）引起的严重病害，严重威胁小麦产量和品质，全球范围内可造成近5%的产量损失。利用有效的白粉病抗性（Pm）基因培育抗病品种是控制该病害最经济有效的策略。然而，Bgt病原菌新致病小种的不断出现，使得许多已知的Pm基因（如Pm1Pm2Pm3Pm4Pm5和Pm8）在生产上逐渐失去或几乎失去抗性。因此，持续发掘新的、有效的Pm基因对于小麦抗病育种至关重要。

江苏大学的Huagang He团队联合河南大学等单位，在《Molecular Breeding》期刊发表了题为“Fine mapping of PmL270, a new powdery mildew resistance gene on chromosome 7AL in wheat”（小麦7AL染色体上一个新的白粉病抗性基因PmL270的精细定位）的研究论文。该研究从一份小麦种质资源L270中鉴定出一个新的显性白粉病抗性基因，并将其命名为PmL270。通过结合集团分离分析-转录组测序（BSR-Seq）和分子标记分析，研究团队成功将PmL270精细定位到小麦7AL染色体上一个0.1 cM的遗传区间内，两侧翼标记为X7AL07和X7AL09，该区间对应于中国春参考基因组上约630 kb的物理区域。比较分析表明PmL270与已报道的位于7AL染色体臂上的其他Pm基因不同。研究还从一个候选的NLR基因开发了一个与PmL270共分离的共显性分子标记X7AL08，并在供试群体中表现出对该基因的高度特异性。这项工作不仅为PmL270的克隆奠定了基础，也为其在小麦抗白粉病育种中的快速应用提供了有力工具。

研究首先对小麦种质PI 596533（系谱：Nuy Bay/‘2375’//Marshall）进行白粉病抗性鉴定。接种中国扬州流行的Bgt小种BgtYZ01后，发现约50株PI 596533幼苗中仅有一株表现免疫（IT 0），其余均完全感病（IT 4），表明该原始种质不纯。选取该抗病单株进行连续三代自交，获得了稳定的抗病株系L270。L270对BgtYZ01表现出稳定抗性（图1），并且对来自中国不同麦区的另外14个Bgt小种也表现出抗性（表1）。

将L270（抗病）与感病小麦品种扬麦23（YM23）杂交，其F₁代植株对BgtYZ01表现出抗性（IT 0）（图1）。在L270/YM23的BC₄F₂群体（共958株）中，抗病（IT 0）和感病（IT 4）植株的分离比例为715:243，符合孟德尔3:1的显性单基因分离模式（χ² = 0.068, P = 0.794）。这些结果表明，L270的白粉病抗性由一个显性单基因控制，该基因被临时命名为PmL270。

为了快速定位PmL270，研究人员利用L270/YM23的BC₄F₂群体进行了BSR-Seq分析。分别选取50株抗病和50株感病植株构建抗性池（R池）和感性池（S池）。转录组测序和生物信息学分析结果显示，在7A染色体长臂（7AL）上存在一个与PmL270抗性显著关联的信号峰（图2）。

根据BSR-Seq结果，研究人员在7AL染色体上684.56 Mb至710.05 Mb区间内（中国春参考基因组v2.1）的InDel（插入/缺失）及其侧翼序列开发分子标记。共设计了44对引物，其中12对（X7AL01至X7AL12，表2）在亲本L270和YM23之间表现出多态性，并且能够区分纯合抗病、杂合抗病和纯合感病植株（图3）。

首先，利用这12个多态性标记对BC₄F₂群体中的40个感病单株进行基因型分析，初步筛选连锁标记。随后，利用最远端的两个标记X7AL01和X7AL12对整个BC₄F₂群体（958个单株）进行重组子筛选，共获得71个重组单株。再利用其余10个共显性标记对这些重组单株进行基因型分析。最终，PmL270基因被精细定位在标记X7AL07和X7AL09之间，两侧标记与PmL270的遗传距离均为0.05 cM（图4a）。

根据中国春参考基因组v2.1，标记X7AL07和X7AL09分别对应于基因TraesCS7A03G1211200（物理位置694.04 Mb）和TraesCS7A03G1212800（物理位置694.67 Mb）。因此，PmL270基因被定位于7AL染色体上一个约630 kb的物理区间内（694.04 Mb - 694.67 Mb）。

对该物理区间的基因注释信息进行分析，发现其中包含5个注释基因：TraesCS7A03G1211600（编码细胞色素P450）、TraesCS7A03G1212000（编码倍半萜合酶）、TraesCS7A03G1212400（编码蛋白质转运蛋白Sec61 γ亚基）、TraesCS7A03G1212600（编码B3结构域蛋白）和TraesCS7A03G1212700（编码抗病蛋白RPM1）。其中，TraesCS7A03G1212700编码一个典型的NLR（核苷酸结合位点-富含亮氨酸重复）免疫受体，被认为是PmL270的候选基因。

研究人员克隆并测序了L270和YM23中TraesCS7A03G1212700的同源基因，分别命名为TraesCS7A03G1212700-L270（2823 bp）和TraesCS7A03G1212700-YM23（2817 bp）。序列分析表明，TraesCS7A03G1212700-YM23与中国春的参考序列完全一致，而TraesCS7A03G1212700-L270与TraesCS7A03G1212700-YM23之间存在95.8%的核苷酸同源性和91.9%的氨基酸同源性。系统发育分析显示，TraesCS7A03G1212700-L270与来自Mace、Norin61、SY_Mattis和Jagger等品种的同源基因聚为一类，而与YM23、中国春及其他已发表基因组中的同源基因差异较大（图5）。

此前已报道多个位于7AL染色体上的白粉病抗性基因，包括Pm1（及其等位基因Pm1b-Pm1e）、Pm9、Pm37、Pm59和Pm60。

Pm1a基因位于7AL染色体732.92 Mb处，与PmL270的物理位置（694.04–694.67 Mb）相距甚远。

Pm9基因位于距Pm1基因座约8.5 cM的位置，且为隐性遗传，而PmL270为显性遗传。

Pm37基因（源自提莫非维小麦G2211）位于Pm1基因座的近端，侧翼SSR标记Xgwm332和Xwmc790将其定位于7AL染色体686.02–688.71 Mb的物理区间，表明PmL270位于Pm37的远端。

Pm59基因（源自阿富汗地方种PI 181356）位于标记Xmag1759和Xmag1714之间，对应7AL染色体730.46–730.51 Mb的区域。

Pm60基因（源自乌拉尔图小麦PI 428309）位于7AL染色体733.18 Mb处。

以上比较分析表明，PmL270与已报道的位于7AL染色体上的五个Pm基因在物理位置或遗传特性上均存在显著差异（图4b），因此PmL270最可能是一个新的白粉病抗性基因。

基于TraesCS7A03G1212700-L270和TraesCS7A03G1212700-YM23之间的序列差异，研究人员开发了共显性分子标记X7AL08。该标记在L270/YM23的BC₄F₂定位群体中与PmL270的抗性表型完全共分离（图3，图4a）。

为了评估X7AL08在分子标记辅助选择（MAS）中的应用价值，研究人员利用该标记对一个包含157个小麦品种/品系的测试小组进行了筛选。该小组包括来自中国不同麦区的50个品种/品系、来自美国国家植物种质系统（NPGS）的92个种质以及15个已发表基因组的品系。L270作为阳性对照，YM23作为阴性对照。结果显示，在所有157个测试材料中，均未检测到与PmL270抗性连锁的特异性条带，仅在L270中出现（图7）。这证实了标记X7AL08对PmL270具有高度特异性，可作为在这些小麦背景中进行PmL270分子标记辅助选择的有效工具。

此外，携带PmL270的纯合抗病BC₄F₃株系在成株期也表现出对BgtYZ01的抗性，且其穗部和籽粒形态以及千粒重与感病亲本YM23相似（图6），表明PmL270的抗性没有明显的连锁累赘效应。

本研究成功鉴定并精细定位了一个来自小麦品系L270的新的显性白粉病抗性基因PmL270。该基因被定位于7AL染色体一个约630 kb的物理区间内，与已知的位于同一染色体臂上的其他Pm基因明显不同，表明其是一个新的抗性基因。候选基因分析指向一个编码NLR免疫受体的基因TraesCS7A03G1212700可能是PmL270。基于该候选基因开发的共分离分子标记X7AL08在测试群体中表现出对PmL270的高度特异性，证明其在分子标记辅助育种中具有重要应用价值。

小麦品系L270对测试的15个Bgt小种均表现出免疫，显示了PmL270作为小麦白粉病抗性育种宝贵资源的巨大潜力。PmL270的精细定位和共分离标记的开发，将有力推动该基因的克隆和功能验证，并加速其在小麦抗病育种计划中的应用，为培育广谱持久抗白粉病的小麦新品种提供新的基因资源。

该研究由江苏大学的Huagang He教授、Shanying Zhu副教授和Hongjie Li博士共同指导完成。Qianyuan Zhang和Anli Gao为共同第一作者。

本研究得到了国家自然科学基金（32171990）、江苏省自然科学基金（BK20231321）和江苏大学研究生创新基金（KYCX24-3920）的资助。

来源：老猫不吃鱼