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小麦抗病新希望：Pm57基因精细定位与候选基因的深度发掘

一、引言

1.1研究背景与意义

小麦作为全球重要的粮食作物之一，在人类饮食结构中占据着举足轻重的地位。据联合国粮食及农业组织（FAO）统计数据显示，全球小麦种植面积广泛，年产量在粮食总产量中占比颇高，是数十亿人口的主食来源。然而，在小麦的整个生长周期中，会面临诸多生物胁迫，其中小麦白粉病是影响小麦产量与品质的重要病害之一。

小麦白粉病是由禾本科布氏白粉菌小麦专化型（Blumeriagraminisf.sp.tritici，Bgt）引起的一种气传性真菌病害。这种病害在世界各小麦产区均有不同程度的发生，尤其在中国山东沿海、四川、贵州、云南等地发生普遍且危害严重。该病害主要侵害小麦叶片，发病严重时叶鞘、茎秆、穗部也难以幸免。发病初期，病部会出现黄色小点，随着病情的加重，这些小点逐渐发展为椭圆形或圆形的病斑，表面覆盖着一层白粉状霉层。在发病中期，霉层呈白灰色，后期则变为浅褐色，并产生闭囊壳。当病情较轻时，霉斑分散分布，而随着病情恶化，霉斑会逐渐扩大并相互连片，最终覆盖整个叶片。受感染的叶片，其下部及周围组织会褪绿，叶片发黄，提前枯萎。如果病害累及茎及叶鞘，还会导致植株整株倒伏。感染白粉病的小麦植株通常矮小细弱，穗小粒少，千粒重显著下降，进而严重影响小麦的产量和质量。相关研究表明，在适宜白粉病流行的年份，若未采取有效的防治措施，小麦的减产幅度可达20%-50%，甚至更高，给农业生产带来巨大的经济损失。

目前，防治小麦白粉病的方法主要包括农业防治、化学防治和生物防治。农业防治方面，通过合理密植、科学施肥、及时清除病残体等措施，在一定程度上可以减轻病害的发生，但难以从根本上解决问题；化学防治是当前控制小麦白粉病的常用手段，使用三唑酮、丙环唑、烯唑醇等杀菌剂进行喷雾防治，能够在短期内有效控制病情，但长期大量使用化学农药，不仅会导致病原菌产生抗药性，还会对环境造成污染，威胁生态平衡和食品安全；生物防治则利用有益微生物或其代谢产物来抑制病原菌的生长和繁殖，具有环保、可持续等优点，但目前生物防治手段的效果还不够稳定，难以满足大规模农业生产的需求。

鉴定和利用抗白粉病基因，培育抗病小麦品种，被公认为是防治小麦白粉病最经济、有效且环境友好的策略。截至目前，虽然已经发现了超过100个抗小麦白粉病基因或位点，其中20个基因已被克隆，但随着病原菌生理小种的不断变异和进化，许多已被利用的抗病基因逐渐丧失抗性，导致小麦品种对白粉病的抗性下降。因此，持续挖掘新的抗白粉病基因，并深入研究其抗病机制，对于小麦抗病育种工作至关重要。

Pm57基因是来自小麦野生近缘植物西尔斯山羊草的抗白粉病基因，对目前已知的所有小麦白粉菌表现出高抗或免疫特性，是一个具有重大应用价值的广谱抗病新基因。对Pm57基因进行精细定位和候选基因发掘，有助于深入了解其抗病分子机制，为小麦抗病育种提供理论基础和基因资源。通过将Pm57基因导入现有小麦品种，有望培育出具有持久、广谱抗性的小麦新品种，减少化学农药的使用，保障小麦的安全生产，对于维护全球粮食安全和生态环境稳定具有重要的现实意义。

1.2国内外研究现状

在小麦白粉病防治研究领域，国外起步较早，在病原菌生物学特性、病害流行规律以及防治技术等方面取得了较为系统的成果。美国、加拿大、澳大利亚等国家的科研团队通过长期监测，明确了当地小麦白粉病病原菌的生理小种组成及其变化动态，为病害的精准防治提供了依据。在防治技术方面，国外除了传统的化学防治和农业防治手段外，还在积极探索生物防治和基因工程防治等新方法。例如，利用一些生防菌如木霉菌、芽孢杆菌等对小麦白粉病进行生物防治的研究取得了一定进展，部分产品已进入田间试验阶段；在基因工程防治方面，通过基因编辑技术对小麦自身的抗病相关基因进行修饰和调控，以增强小麦对白粉病的抗性，也成为研究热点之一。

国内在小麦白粉病防治研究方面也取得了丰硕的成果。科研人员对我国小麦白粉病的发生规律、病原菌生理小种的分布和变异情况进行了全面深入的调查研究。明确了我国不同麦区白粉病病原菌生理小种的种类和优势小种，并发现近年来病原菌生理小种呈现出多样化和变异加快的趋势。在防治技术上，我国结合国情，形成了一套以农业防治为基础、化学防治为主要手段、生物防治为补充的综合防治技术体系。同时，加强了对新型杀菌剂的研发和推广应用，提高了防治效果和效率。

在抗小麦白粉病基因的挖掘和利用方面，国内外都开展了大量的研究工作。通过对普通小麦及其野生近缘种属的种质资源进行筛选和鉴定，陆续发现了众多抗白粉病基因。其中，一些来源于小麦野生近缘种属的基因，如来自山羊草属、偃麦草属等的基因，因其具有独特的抗病特性和广谱抗性，受到了广泛关注。在基因克隆和功能研究方面，随着分子