中国小麦抗条锈病基因育种利用现状与策略

刘志勇，张怀志，白斌，李俊，黄林，徐智斌，陈永兴，刘旭，曹廷杰，李淼淼，陆平，吴秋红，董玲丽，韩玉林0，殷贵鸿，胡卫国，王西成，赵虹，闫素红，杨兆生，畅志坚2，王涛✉，杨武云✉，刘登才✉，李洪杰3✉，杜久元✉

1 中国科学院遗传与发育生物学研究所/植物细胞与染色体工程国家重点实验室/种子创新研究院，北京 100101；2 中国科学院大学现代农业科学学院，北京 100049；3 海南崖州湾种子实验室，海南三亚 572024；4 甘肃省农业科学院小麦研究所，兰州 730070；5 四川省农业科学院作物研究所，成都 610066；6 四川农业大学小麦研究所，四川温江 611130；7 中国科学院成都生物研究所，成都 610041；8 中国农业科学院棉花研究所，河南安阳 455000；9 河南省农业科学院小麦研究所，郑州 450002；10 周口市农业科学院，河南周口 466001；11 河南农业大学农学院，郑州 450046；12 山西农业大学农学院/作物科学研究所，太原 030801；13 中国农业科学院作物科学研究所，北京 100081

0 引言

小麦条锈病是严重危害小麦生产的重要流行性病害，在中国已发生多次大流行，对国家粮食安全造成严重威胁，历史上条锈病大流行区域造成的小麦产量损失可达25%—40%[1]。选育和推广抗条锈病品种是小麦遗传改良的重要目标，也是保证粮食安全、维持农业绿色和安全的最经济有效的措施。由于小麦条锈菌变异频繁，新强毒性小种的不断出现和流行，导致选育和推广的小麦品种条锈病抗性快速丧失，为小麦育种和生产带来严峻的挑战。20 世纪50 年代，条中1号（CYR1）上升为优势小种，造成主栽品种碧蚂1号丧失抗锈性；20 世纪60 年代，CYR8 和CYR10 使碧玉麦、陕农系列、甘肃96 和西北612 等品种丧失抗病性；CYR13 和CYR16 号小种导致南大2419 等丧失抗病性；1965 年出现的CYR18 引起Yr1抗病性丧失，1985 年流行的CYR29 造成洛类抗源（1BL/1RS 易位系）中的Yr9丧失抗病性，1991 年出现的CYR32 导致繁6 及其衍生系中Yr3和Yr4丧失抗病性[2]，2008年CYR34 的出现和流行导致近年来育种中广泛利用的92R 系、贵农系和川麦系中Yr24/Yr26/YrCH42丧失抗病性[3]。究其原因，主要是由于同一时期不同地区不同育种单位大量使用同一类抗源或单一抗条锈病基因，育成新品种的大面积推广对条锈菌造成强大的选择压力，有利于条锈菌新毒性小种的产生和流行并成为优势小种，克服抗条锈病基因的抗性，最终导致品种丧失抗病性。目前，中国小麦条锈菌主要以CYR32、CYR33 和CYR34 为主，大批携带Yr10和Yr24/Yr26/YrCH42的小麦品种丧失了条锈病抗性[4]（图1），因此，需要对当前及今后一段时期小麦育种中的抗条锈病基因利用现状进行科学评估，以期为广谱持久多抗小麦品种的培育提供依据。

1 小麦抗条锈病基因发掘与种质创新

为了拓宽和丰富小麦抗条锈病基因资源库，国内外科技工作者不断从小麦推广品种、地方品种（农家种）、野生亲缘种及远缘物种中发掘抗条锈病基因，至今正式命名的抗条锈病基因已有86 个（Yr1—Yr86）[5-6]（表1），另有众多临时命名的抗条锈病基因或等位基因[5]。小麦抗条锈病基因按其抗性特点可以分为两大类：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现苗期和成株期均对同一条锈菌小种抗病，如抗条锈病基因Yr5、Yr9和Yr15等，而成株期抗性通常表现苗期感病，而成株期抗病，如Yr18、Yr29、Yr30和Yr46等[8]。有些抗条锈病基因的抗性表现受温度调控，在成株期温度升高的时候抗性增强，表现为温度依赖抗性（high-temperature adult plant resistance，HTAP），如Yr36[9]。虽然许多抗条锈病基因已经“丧失”了对其毒性小种的抗性，但对其他部分流行条锈菌仍具有不同程度的抗性，这些抗条锈病基因也可以用于小麦抗条锈病遗传改良。

表1 正式命名的小麦抗条锈病基因Table 1 Cataloged wheat stripe rust resistance genes

尽管发掘到的抗条锈病基因很多，但育种工作者最偏爱的是已经存在于高产抗病主栽品种中的抗条锈病基因，期望用其为亲本配制杂交组合，从后代中选出新的高产抗病品种。但众所周知，推广的高产品种中不管是抗病基因，还是其他的优异基因，遗传多样性都比较低，只含有极少数抗条锈病基因，抗病性比较脆弱，因此，利用高产抗病品种为亲本配制杂交组合，往往辛苦选育5—8 年，刚刚育成的新品种（系）又丧失了抗性。近年来，最典型的案例就是携带Yr24/Yr26/YrCH42抗条锈病基因品种的大面积推广使用[4]。

为改变这种局面，从地方品种（农家种）、野生亲缘种以及远缘物种中发掘抗条锈病基因是有效的途径。这些种质资源虽然抗病性非常突出，但农艺性状，尤其是产量、株型和品质等性状难以媲美当前的高产推广品种，需要花费多年的时间和精力进行改造，利用高产推广品种与其进行杂交和连续多代的回交和选育，创制出综合农艺性状显著改良的抗病新种质和中间亲本材料，再用于配制新的杂交组合，选育高产抗病新品种（系）。在此期间，为了防止抗病基因的丢失，需要进行抗病性鉴定来确保选择的后代携带需要的目标抗病基因。近年来，开发了许多抗条锈病基因的功能标记，或其紧密连锁的分子标记，可以在回交转育和后代选择过程中进行分子标记辅助选择，显著提高了育种选择效率。但目前育种中可用的具有功能标记的抗条锈病基因较少，而紧密连锁的分子标记在某些品种的遗传背景中可能出现目标抗病基因丢失的风险。此类原始创新工作在许多研究单位和育种企业科研人员，甚至个人长期不懈的努力下，创制出不同类型的育种中间材料提供给育种工作者使用，部分材料已经可以直接用作亲本配制杂交组合选育新品种（系），但大部分中间材料可能还具有不同程度的缺陷，需要大家协同努力继续改造。

2 抗条锈病基因在小麦育种中的利用

部分种质资源、中间材料和品种中的抗条锈病基因比较明确，育种工作者在配制杂交组合时目标性就会很强，知道使用了什么基因（表2）。后续的衍生品种（系）若表现抗病，也多数会携带这些已知的抗病基因。但更多的情况是育种家对部分所用材料中含有的抗条锈病基因不太清楚，因此，使用一些抗病的亲本配制杂交组合后，后代材料到底携带哪个抗条锈病基因？共有几个抗条锈病基因？针对这些问题，如果没有可靠的追踪技术和手段，往往难以明确！一些有经验的育种家根据育种材料在田间的抗性表现可以判断抗条锈病基因的有无、多少和基因聚合情况，但受年度间条锈菌群体结构和毒性频率的影响，单纯依靠表型鉴定可能存在一定的误差，需要根据多年多点的抗性表现加以判断。目前，多数育种单位都有条件开展分子标记辅助选择育种，结合田间抗病性鉴定结果，可显著提高选择效率和准确性。

近年来，苗期和田间成株期抗性鉴定结果表明，单个基因抗性最强且稳定的是Yr5和Yr15等少数具有全生育期抗性的抗条锈病基因（图2）。Yr5是目前国内外少有的对几乎所有条锈病菌系具有抗性的抗条锈病基因[10]；Yr15自发现以来表现出对条锈病的广谱抗性，对世界各地采集的3 000 多个条锈菌系均表现高抗，欧洲和澳大利亚曾经发现个别对Yr15致病的条锈菌，但2003 年之后国际上未发现能克服Yr15抗性的条锈菌系[12]。含Yr5和Yr15的材料引入中国后，许多育种单位都有利用，根据基因功能标记检测，确定四川省审定的蜀麦1868、川育29 和川辐8 号等均含有Yr15[18]。近年来，参加四川省区试的102 份新品系中约20%含有Yr15，表明该基因已成为四川品种的主流抗条锈病基因之一。但对近年来78 份四川省小麦育成品种（系）的分子标记检测未发现Yr5的利用[19]。抗条锈病基因Yr5和Yr15曾应用于西北麦区的小麦育种中，但兰天系列等抗条锈病品种中未检测到Yr5和Yr15[20]。黄淮麦区的抗条锈病品种中均未见确切的携带Yr5和Yr15这两个优异抗条锈病基因的报道。

图2 部分抗条锈病基因的成株期抗性表现（成都，2022）Fig.2 Adult plant resistance of several stripe rust resistance genes (Chengdu, 2022)

抗条锈病基因Yr17来自偏凸山羊草（Aegilops ventricosa）的2N 染色体，育种家将Yr17转移到小麦背景中，育成了著名的VPM 1[21]。VPM 1 已在国外小麦育种中得到广泛应用，美国小麦品种Jagger 携带Yr17[22-23]。中国农业科学院作物科学研究所培育的中麦175 也含有该基因[24]，抗病基因来源于中国农业大学杨作民教授创制的抗病中间材料BPM27；曾经参加过河南省品比试验的小麦品系孟麦58 和淮阳1 号[25]，以及来自陕西的品种陕农33[26]也携带Yr17，说明国内主产区的育种家已经成功利用该基因培育新品种（系）。近年来，Yr17对中国条锈菌主要流行小种表现成株期中抗至高抗，但达不到免疫程度，部分年份在条锈菌毒性较强时，叶片呈现较多的锈病菌侵染条纹斑和明显的褪绿抗性反应。

目前，黄淮麦区小麦品种中利用较多的几个抗条锈病基因来源于原周口市农业科学院郑天存研究员创制的骨干亲本周8425B。研究表明，周8425B 携带至少4 个抗条锈病基因，其中，1BL/1RS 易位染色体上的抗条锈病基因可能不同于广泛利用的洛类抗源Yr9，有可能是周8425B 亲本之一六倍体小黑麦中黑麦1RS 染色体上Yr9的新等位基因，表现为对部分条锈菌小种全生育期抗性，但对目前流行的CYR33 和CYR34 表现为抗性减弱或丧失。3BS 上可能携带成株期持久多抗基因Yr30/Lr27/Sr2/Pm70[27]，同时对成株期白粉病表现一定的抗性[28-29]。Yr30/Lr27/Sr2/Pm70最早来源于美国小麦品种资源Hope 及其衍生品种[7,30]。4BL 上的抗条锈病基因YrZH22最早发现于周麦22[31]，分子标记检测发现周8425B 中也含有该基因。YrZH22表现成株期抗性，苗期感病，是目前周麦衍生品种中对成株期条锈病抗性贡献最大的主效抗性位点。从周8425B 中鉴定出的抗条锈病基因YrZH84表现苗期抗性[32]，但由于条锈菌毒性变异，目前已丧失苗期抗性，但该基因累加其他抗条锈病基因，在成株期仍然具有一定的抗性。

中国农业科学院棉花研究所杨兆生研究员课题组培育的许多品种（系）表现较好的条锈病抗性，且使用了一些不同于其他育种单位所用的抗条锈病基因。如曾参加河南省品比试验的新品系中育1152 的5BL染色体上有一个新的抗条锈病基因位点Yr1152[33]。河南省农业科学院培育的郑麦103 也表现比较突出的条锈病抗性，其中一个抗条锈病基因YrZM103位于7BL染色体上，但与YrZH84的关系尚不清楚[34]。在黄淮北部麦区主栽品种济麦22 中曾经定位到一个抗条锈病基因YrJ22，位于2AL 染色体上[35]，但该基因在成株期对CYR34 等条锈菌优势流行小种已经丧失抗性。在小麦品系长武357-9 的2AL 染色体上定位到抗条锈病的位点[36]，具有中等的抗条锈病效应；近期在中麦175 的2AL 长臂末端也发现一个抗条锈病的主效基因YrZM175[37]，进一步丰富了小麦抗条锈病基因资源。

Yr18/Lr34/Sr57/Pm38是中国地方小麦品种中分布频率较高的持久多抗基因，中国春等小麦地方品种携带该多抗位点，成株期表现为对条锈病、叶锈病、秆锈病和白粉病的部分抗性，同时伴随生理性干叶尖的表型[8]。中国春可能还含有除Yr18/Lr34/Sr57/Pm38之外的其他成株期抗条锈病基因，在成都平原一直保持良好的成株期条锈病持久抗性，值得进一步研究。Yr29/Lr46/Sr58/Pm39是另一个持久多抗基因，也具有干叶尖的表型[8]，很早之前便得到中国小麦育种家的利用。如，河南科技学院培育的百农64（豫麦54，1998年通过河南省审定）对当时的条锈菌生理小种22-31号、多个叶锈菌小种和白粉病、叶枯病及土传花叶病表现高抗，是多抗、广适、优质、高产、稳产小麦品种[38]。另外，在四川省农业科学院培育的小麦品系SW8588[39]和川麦42[40]及四川农业大学培育的蜀麦830 和蜀麦126[41]中均定位到位于Yr29/Lr46区间的成株期抗条锈病QTL 位点。HUANG 等[36]利用开发的Yr29/Lr46/Sr58/Pm39连锁KASP 标记对当前中国420份品种（系）进行检测，发现约7.6%的材料含有该标记的等位基因，特别是一些来自陕西省和四川省的品种，说明在条锈病常发区，该基因一直得到利用。另一个持久多抗基因是Yr46/Lr67/Sr55/Pm46/Ltn3，最初在巴基斯坦地方品种（PI 250413）中发现，经转育导入小麦品种Thatcher[42]。携带Yr46/Lr67/Sr55/Pm46/Ltn3与携带Yr18/Lr34/Sr57/Pm38/Ltn1的小麦品种具有类似的多病害抗性和干叶尖表型，起初被认为是同一个基因，但后来发现两者位于不同的染色体上，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对3 种锈病和白粉病的抗性表现类似，均有不同程度的干叶尖表型，单纯从表型上很难区分这3 个不同的基因。

许多育种家掌握的种质资源和中间材料，甚至育成品种（系）中还含有许多已知、未知或不明确的抗条锈病基因。山西农业大学畅志坚研究员创制的携带抗条锈病新基因Yr50[43]和Yr69[44]的新种质具有突出的条锈病抗性（图3）。此外，一些来自小麦亲缘种的抗条锈病基因在四川省得到了成功应用，如，小麦新品系蜀麦1701 导入了野生二粒小麦抗条锈病基因Yr36[45]，新品种蜀麦1675 导入了节节麦的抗条锈病基因Yr28[15]。随着研究技术的进步和水平的提高，越来越多的种质资源、中间材料和育成品种（系）中的抗条锈病基因将被逐渐明确，逐步从抗源水平提高到基因水平，使抗条锈病育种亲本选配增强目标性，减少盲目性，更好地利用现有的抗条锈病基因资源，培育高产多抗小麦新品种。

图3 抗条锈病基因Yr69、Yr50 和YrZM103 的成株期抗性表现（甘肃省清水县，2021 年）Fig.3 Adult plant resistance of stripe rust resistance genes Yr69, Yr50 and YrZM103 (Qingshui, Gansu, 2021)

3 小麦抗条锈病基因利用的策略

抗病基因布局是由中国老一辈科学家提出在全国范围内防控条锈病危害的策略。提倡在中国西南、西北条锈菌易变区，以及黄淮海和华北麦区的小麦育种中使用不同的抗条锈病基因，以防止全国范围内的抗条锈病基因单一化，延缓生产上推广品种的条锈病抗性丧失进程[1-2]。但随着种质资源的引进、交流和交换日益频繁，全国不同麦区的抗条锈病基因布局正在逐渐被打破，育种家都会优先选择农艺性状优良和条锈病抗性突出的抗源作亲本进行新品种的培育。如1BL/1RS易位系、携带Yr24/Yr26/YrCH42的贵农系列、92R 系列和川麦42 系列抗病品种（系）被全国小麦育种家广泛利用，育成品种得以大面积推广利用。但随着新毒性生理小种CYR34 的出现和流行，导致这些品种中大量使用的抗条锈病基因丧失抗性。近年来，以周麦22 为代表的周麦系列品种，因其综合农艺性状优良和突出的条锈病抗性，在黄淮麦区广泛被用作亲本，仅周麦22 的衍生品种已超过100 多个[46]，还有众多的后裔品种衍生系正在参加国家和省级的各类品种比较试验。尤其值得引起重视的是周麦22等周麦系列品种在西南麦区和西北麦区也被大量用作抗病亲本，育成品种已经在生产上被推广利用，为周麦系列抗条锈病基因的抗病功效带来了潜在风险。在当前倡导商业化育种的大环境下，育种工作者都会优先使用高产抗病品种（如周麦系列）中的抗条锈病基因，以便快出品种、多出品种。发掘和利用多样化的抗条锈病基因资源，开展抗条锈病基因布局依然任重道远。

抗病基因多样化是防止育成品种中抗条锈病基因单一化，延缓品种抗病性丧失，延长其生产利用时间的有效策略[47-48]。如果主栽小麦品种中携带多个不同的抗条锈病基因，新的毒性条锈菌同时克服多个抗条锈病基因的可能性很低。因此，早在20 世纪80—90年代全国小麦育种中都大量使用洛类抗源时，杨作民教授就大声疾呼多样化抗源的使用，并身体力行地收集、鉴定、研究和改造抗病资源，建立“第二线抗源”，以备洛类抗源丧失抗性时小麦育种中有可用的抗病资源[47]。杨作民教授创制并免费分发给全国育种单位的“第二线抗源”待Yr9/Pm8/Lr26丧失抗性后，在国内小麦抗病育种中发挥了重要作用。早期的抗病基因多样化实际上是抗源多样化，在育种中使用不同的抗源配制杂交组合选育抗病新品种。但不同的抗源可能携带相同的抗条锈病基因，如92R 系列、贵农系列和川麦42 中的Yr26、Yr24和YrCH42是相同的抗条锈病基因，均来源于四倍体硬粒小麦的1B染色体[4]。配制抗病材料间的杂交组合进行等位性测验是判断抗病基因是否相同的经典方法，现在普遍采用分子标记检测手段推断某个抗条锈病基因的有无，但对于尚未克隆和不具有功能标记的抗病基因，一些连锁的分子标记在不同的遗传背景中存在误判的可能，还需要借助系谱分析和抗病性鉴定的结果加以综合研判。

抗病基因聚合是培育持久多抗小麦品种的重要途径。在单一的抗病基因抗性脆弱和难以持久的基础上，尝试以多种形式聚合不同抗病种质中的多个抗病基因，以提高抗性的程度和持久性。在抗病基因聚合的策略上，国外的育种家，尤其是以国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）为代表的育种家认为全生育期抗条锈病基因的抗病性或早或晚都会被克服，主张尽量少用，甚至不用全生育期抗条锈病基因，而是倡导聚合多个成株期抗条锈病基因，并育成了一些聚合3—4 个成株期抗条锈病基因的品种，达到成株期高抗甚至免疫程度的条锈病抗性[49]。有研究发现Yr29/Lr46/Sr58/Pm39/Ltn2的抗病效应比Yr46/Lr67/Sr55/Pm46高，2 个基因的聚合体表现出一定的加性效应[50]。

Yr18、Yr29、Yr30和Yr46等成株期持久多抗基因苗期表现出对条锈菌高感，单个基因效应不强，在中国的小麦抗病育种中，可以将多个成株抗病基因进行聚合，通过基因间的效应累加提高植株整体条锈病抗性。近期研究发现，在四川小麦品种（系）中聚合Yr18、Yr28和Yr36等抗性基因，获得的改良品系在四川田间表现出对条锈菌的高水平抗性，苗期鉴定Yr28也具有很好的条锈病抗性，表明成株期抗性基因在我国条锈菌策源地具有潜在应用价值。此外，全生育期抗性基因也是重要的抗源类型，虽然其抗性容易被新出现的毒性小种所克服，结合中国小麦条锈菌传播的特点和育种实践，在中国不应该摒弃全生育期抗条锈病基因。可以利用分子标记辅助选择，通过在成株期持久多抗基因的基础上聚合全生育期抗条锈病基因的策略，使育成品种在苗期和成株期均保持充足的条锈病抗性，减少条锈病的危害。同时，在育种实践中，也发现一些原已丧失抗性的全生育期抗条锈病基因（如Yr9）在某些年份由于条锈菌群体的毒性结构和频率的变化，又表现出一定程度的抗性，而且这些抗条锈病基因聚合到成株期持久多抗基因的遗传背景下，还具有一定的加性效应。

已克隆的小麦全生育期抗病基因多编码具有核苷酸结合位点与亮氨酸富集重复类型的受体蛋白（nucleotidebinding domain leucine-rich-repeat-containing receptor），这种类型的抗病基因通常与病原菌中对应的致病效应因子（effector）存在基因对基因的互作关系，病原菌中新的毒性基因（virulence gene）突变会克服掉原来抗病NLR 基因的抗病性[51]，导致抗病基因与病原菌毒性基因的兴衰循环。已克隆的成株期持久多抗基因Yr18/Lr34/Sr57/Pm38和Yr46/Lr67/Sr55/Pm46编码非NLR 类型的跨膜转运蛋白[13,16]，成株期高温抗性基因Yr36编码Kinase-START 类型抗病蛋白[9]，具有持久抗性；Yr5编码NLR 整合BED 结构域抗病蛋白[10]，BED 结构域是否与其广谱抗性有关尚未可知；Yr15编码一种新型的串联激酶WTK 蛋白[12]，已知具有该种蛋白结构域的几个抗病基因（如大麦抗秆锈病基因Rph1[52]和小麦抗白粉病基因Pm24[53]）都具有广谱的抗病性。目前，已经发现条锈病抗性突出的全生育期抗条锈病基因Yr5的条锈菌致病类型[54]，另一个抗性突出的Yr15是否能保持持久的条锈病抗性？还需要在育种和生产实践中加以检验，但在目前中国小麦抗条锈病育种中，聚合Yr5和Yr15到一些成株期持久多抗基因（如Yr18、Yr29、Yr30和Yr46等）遗传背景中，是切实有效可行的育种策略。

中国小麦育种家在抗条锈病基因聚合种质创新和育种中已经取得突出的成效。黄淮麦区骨干亲本周8425B 聚合了至少4 个抗条锈病基因（Yr9、Yr30、YrZH22和YrZH84），而且是在近40 年前利用不同类型的抗性种质资源进行基因聚合，单纯依靠田间鉴定和育种经验创制出来的种质材料，奠定了中国黄淮小麦主产区高产抗病育种的种质基础。中国西北麦区甘肃条锈菌越夏菌源区的育种家们提出选育抗条锈病基因聚合品种、进行不同抗条锈病基因的品种布局、实现抗条锈病基因/资源多样化利用的有效持续控制西北越夏菌源区小麦条锈病策略，通过大量引进国内外抗源材料，建立抗条锈病基因库，提高生产品种抗条锈病基因遗传多样性以实现该区域的条锈病持续控制[55-56]。经过多年的努力，利用多个国内外抗条锈病基因载体品种和抗源作为亲本，育成了兰天系、天选系和中梁系等系列抗病品种，许多品种（如兰天15 号、兰天20 号、兰天31 号）为含有成株期抗性基因、慢病性基因和其他全生育期抗条锈病基因的聚合体，对条锈菌致病小种表现抗病至轻微感病，且严重度低，为西北麦区小麦条锈病的有效控制做出了重要贡献[20,57]。西南麦区小麦品种中也具有丰富的抗源，已实现了条锈病抗性的多基因布局。正式命名的抗条锈病基因Yr15、Yr28、Yr29、Yr36、Yr41和部分暂命名抗性基因/QTL 位点已分散存在于四川不同小麦品种（系）中。如近年审定的小麦品种蜀麦126 即聚合了Yr29和Yr69，以及多个微效抗条锈病位点[41,58]。

聚合多个抗病基因无疑会提高品种抗性的程度和持久性，但抗病基因表达防御反应往往是消耗寄主自身能量的过程，在目前已有较多的抗病基因（包括功能标记）及其载体品系可供选择的情况下，利用分子标记辅助选择聚合不同的抗病基因时，究竟需要累加多少个抗病基因才能实现持久和广谱的抗性，而又尽量减少对产量和品质等农艺性状的影响？如Yr18/Lr34/Sr57/Pm38/Ltn1、Yr29/Lr46/Sr58/Pm39/Ltn2和Yr46/Lr67/Sr55/Pm46/Ltn3都表现干叶尖[8]，聚合这些基因会不会导致更严重的叶片干尖？还是在1 或2 个持久多抗基因的基础上累加一些主效的抗病基因效果更好？目前，在中国育种实践中，携带Yr30/Lr27/Sr2/Pm70的许多品种（系），如周麦系列品种[27-29,31,46]，并未表现出如其他几个持久多抗基因类似的干叶尖现象，而且许多携带该持久多抗基因的部分品种是生产上的主栽品种，具有优异的综合农艺性状，是进一步聚合抗病基因创制持久多抗品种的首选底盘抗性基因。在Yr30/Lr27/Sr2/Pm70提供基础条锈病、叶锈病、秆锈病和白粉病抗性的基础上，聚合成株期抗条锈病基因YrZH22和全生育期抗条锈病基因YrZH84，可以实现成株期条锈病中抗-高抗的水平，进一步累加其他的ASR 和APR 主效或微效抗条锈病基因/QTL 位点，可望达到苗期和成株期高抗至免疫的抗性水平。

尽管许多抗条锈病基因已经丧失了对当前流行优势条锈菌系的抗性，但依然有大量的抗条锈病基因还具有各种各样的抗性，可以应用于今后的抗条锈病育种中。在中国今后的抗条锈病育种策略中，新育成品种应该具有一定的“基础抗性”，携带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 个基因，对几种主要的锈病和白粉病都提供抗性基础，在此基础抗性底盘的基础上，积聚其他抗条锈病基因。在条锈病的流行区和多发区，新育成品种都要具有一定的抗条锈性。由历史的经验得知，仅仅控制条锈病发生源头是不够的，而且也不可能完全控制这些源头地区。近十年来，甘肃陇南地区并没有大流行条锈病，但下游地区仍然发生一定的流行就是明证。只有所有推广品种都具有一定的基础抗性，才能保证生产不受或少受损失。对条锈菌传播下游地区的小麦品种可不做过高的抗性要求，具有一定程度的基础抗性即可，在条锈病流行年份可有效减少损失，并且避免育种上过于强调抗性突出而增加选择难度，还可以在此基础上累加其他抗性基因。在综合考虑产量和品质等农艺性状的情况下，综合利用持久抗性（水平抗性）和垂直抗性基因进行种质创新和新品种选育，使新育成品种抗性稳定且持久，解决中国条锈病的危害。

4 小麦育种中抗条锈病基因的精准鉴定与选择

抗病品种的选育伴随抗病性鉴定和选择，通常需要有发病充分的鉴定条件和稳定可靠的鉴定体系。小麦条锈病抗性鉴定一般分温室苗期鉴定和田间成株期鉴定，苗期鉴定需要人工接种条锈菌，待高感对照品种充分发病时对测试材料进行鉴定，通常采取单孢菌系分小种鉴定，考察所鉴定品种（系）的反应型。在田间成株期鉴定中，为了保证鉴定的可靠性和稳定性，需要种植高度感病的人工接种诱发行，或诱发单株，在春季起身期之前适当的时期利用诱发行人工接种条锈菌混合小种孢子，待诱发行植株充分发病时鉴定测试品种（系）的反应型和发病严重度，而且需要从发病初期到高峰期进行多次鉴定，综合评价测试材料的条锈病抗性程度和发生快慢。在每年都发生条锈病的地区也可以依靠自然发病进行抗条锈病鉴定，但遇到发病不利的气候和生态条件时往往影响鉴定结果的准确性。由于条锈菌群体复杂多变，群体结构和毒性频率在年度间会存在差异，因此，利用条锈菌混合小种（如CYR32+CYR33+CYR34）进行田间抗性鉴定时，不同年份间条锈病鉴定的结果可能会存在一定的差异。如，2021年度的条锈菌混合小种成株期鉴定，许多抗条锈病基因抗性表现较差；而2022 年度条锈菌混合小种成株期鉴定，相同的抗条锈病基因抗性表现比2021 年要好，这可能与不同年度条锈菌小种的毒性频率有关，也可能与2 年间小麦生长发育过程条锈菌侵染时的温度和湿度等环境条件差异有关。对于抗条锈病单基因系来说，年度间虽然抗性表现会有一定的差异，但总体上抗性表现趋势比较一致，除非新出现的强毒性条锈菌系克服了某个主效抗条锈病基因。但在聚合多个抗条锈病基因时，单纯依靠田间的抗性表现判断某个品种（系）是否含有某个抗条锈病基因？以及含有几个抗条锈病基因的难度较大，因此，需要借助分子标记辅助选择进行抗条锈病基因的精准鉴定。

目前，在正式命名的86 个抗条锈病基因，以及临时命名的抗条锈病基因中，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]，明确了抗病位点和感病位点间的核苷酸序列变异特征，开发出稳定可靠的功能标记。尽管这些基因的功能标记有很好的检测能力，但在具体应用中往往还需要进行优化和重新设计，才能保证在不同的遗传背景中检测结果稳定可靠。位于1BL/1RS 易位染色体上的Yr9分子标记检测比较容易，多个黑麦染色质特异分子标记（如AF1/AF4 引物）都可以准确可靠地检测Yr9[60]。除了YrU1尚未在中国小麦育成品种（系）中检测到外，其余已经克隆的抗条锈病基因均在中国小麦品种（系）和种质资源中被检测到，部分结果还进行了分子标记检测，但未把检测结果与苗期和田间成株期条锈病抗性表现进行综合分析。在利用与抗条锈病基因连锁分子标记对尚未克隆基因进行检测时，一定要考虑遗传背景影响，并需要与阳性对照品种（系）对比，分析标记检测基因型与条锈病抗性表型的一致性。如果某个抗病基因连锁标记检测结果与阳性对照品种（系）扩增结果一致，但并未表现出相同的抗性，可以判定并不含有该抗病基因，或者该品种遗传背景中存在该基因的抑制基因。位于同一染色体臂上部分抗条锈病基因，如Yr10、Yr15和Yr24/Yr26/YrCH42都在1BS 染色体上，Yr9位于1BL/1RS 易位染色体上，通常不会同时出现在一个品种（系）中。因此，分子标记检测结果还要与系谱追踪和遗传分析相结合，判断育种材料中是否含有使用过的抗病基因。如对周8425B 及其部分衍生品种进行抗条锈病基因的分子检测，发现周8425B 携带的抗条锈病基因最多，其衍生品种周麦12、周麦17、周麦22、周麦38、周麦40 和周麦42 可能聚合了周8425B 中的4 个抗条锈病基因，其他品种则缺少其中的一个或多个抗病基因，抗病基因的遗传构成与其田间成株期的条锈病抗性表现一致（图4 和图5）。

图4 利用分子标记对周麦系列品种及周8425B 衍生品种中抗条锈病基因的检测（甘肃省清水县，2021 年）Fig.4 Molecular marker detection of stripe rust resistance genes in Zhoumai series and Zhou 8425B’s derivatives (Qingshui, Gansu, 2021)

图5 小麦品种聚合抗条锈病基因的效应Fig.5 Pyramiding stripe rust resistance genes effects in wheat cultivars

5 展望

小麦与条锈菌的协同进化已经历了上万年，甚至几十万年，经过相互选择与适应，条锈菌不断变异产生新的毒性菌系，克服了小麦中的对应抗条锈病基因；而小麦野生种和栽培品种面对条锈菌的侵染，抗病基因也在不断发生突变，产生新的抗病基因和等位基因，以应对新的毒性菌系。在传统育种中，一般利用抗病基因（R）培育抗病品种[61]，然而，相较于R基因，感病基因（S）突变介导的抗性常具持久性与广谱性[62]。最近，西北农林科技大学独辟蹊径通过对小麦感条锈病基因进行基因组编辑遗传操作，创制出广谱持久抗条锈病小麦新品系[63]。因此，随着人们对小麦抗病生物学研究的日益深入和对小麦与病原菌互作本质认识的不断了解，未来可以发掘、设计、改造和创制新的有效抗源基因类型，以应对病原菌的变异和流行。

在当前小麦育种中，为了更加合理有效地利用多样化的抗条锈病基因，进行高产持久多抗新品种设计（图6），还需要开展以下研究：

图6 小麦抗条锈病基因利用和高产持久多抗新品种设计策略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）持续收集、鉴定、研究各类种质资源（推广品种、育种品系、地方品种、野生亲缘种和远缘种）的条锈病抗性，明确其抗性遗传特性和抗性特点。只有掌握众多的抗条锈病种质资源，才能进行多样化的抗病基因发掘、克隆、布局和聚合利用。

2）构建各种遗传群体和自然群体，利用现在的小麦SNP 芯片、各种DNA 和RNA 测序平台，开展抗条锈病基因和QTL 的定位，开发育种中可用，且简便、准确、可靠的分子标记及其检测技术体系。

3）以Yr30/Lr27/Sr2/Pm70、Yr18/Lr34/Sr57/Pm38/Ltn1、Yr29/Lr46/Sr58/Pm39/Ltn2和Yr46/Lr67/Sr55/Pm46等持久多抗基因为基础抗性底盘，利用聚合杂交和回交选育，结合分子标记辅助选择和加代选育技术，将不同抗条锈病基因积聚到具有较好基础抗性的高产品种遗传背景，创制出高产多抗育种新材料。在此基础上针对抗病基因聚合组配不同杂交组合，培育高产和持久多抗新品种，以便更好地应对中国小麦生产上条锈病的危害。

4）精细定位和克隆抗（感）条锈病基因/QTL，研究小麦-条锈菌互作机理，解析抗性调控网络，明确抗条锈病基因单倍型变异特征，开发育种可用功能标记，鉴定抗（感）病基因上决定抗、感变异的关键核苷酸位点，开展基因组精准编辑育种，在高产品种基础上直接创制出高产持久多抗小麦新品种。