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基于Heyne×Lakin群体的小麦成株抗条锈QTL定位及遗传效应深度剖析

一、引言

1.1研究背景与意义

小麦是世界上最重要的粮食作物之一，为全球约35%-40%的人口提供主食，在保障粮食安全方面发挥着举足轻重的作用。然而，小麦生产面临着诸多生物和非生物胁迫的挑战，其中小麦条锈病是一种极具破坏力的全球性小麦病害，严重威胁着小麦的产量与质量。小麦条锈病是由条形柄锈菌小麦专化型（PucciniastriiformisWestend.f.sp.tritici，Pst）引起的气传性真菌病害，具有流行速度快、发生范围广、危害损失重等特点。该病害主要侵害小麦叶片，也会影响叶鞘、茎秆、穗部等部位，发病初期叶片上会出现鲜黄色、呈虚线状排列的小长条状孢子堆，与叶脉平行，发病后期会散出鲜黄色粉状物。小麦感染条锈病后，叶片功能受损，光合作用效率大幅降低，导致小麦生长发育受阻，分蘖减少，成穗率降低，灌浆不充分，千粒重下降，严重时甚至会导致绝收。在历史上，小麦条锈病曾多次大规模爆发，给全球小麦生产带来了巨大损失，如中国小麦条锈病在1950年、1964年、1990年和2002年的严重流行，分别造成约600万吨、320万吨、180万吨和140万吨的产量损失，对粮食安全构成了严重威胁。

为了有效控制小麦条锈病的危害，保障小麦的安全生产，寻找和利用小麦自身的抗条锈基因，开展抗病育种是最为经济、环保且有效的策略。然而，由于条锈病菌生理小种的不断变异和进化，新的毒性小种频繁出现，使得原本具有抗性的小麦品种逐渐丧失抗性，给抗病育种工作带来了极大的挑战。因此，持续挖掘新的抗条锈基因，深入研究其遗传机制，对于培育具有持久抗性的小麦新品种至关重要。

数量性状位点（QuantitativeTraitLocus，QTL）定位技术的发展，为小麦抗条锈病遗传研究提供了有力的工具。通过QTL定位，可以确定控制小麦成株抗条锈性状的基因在染色体上的位置及效应，深入分析其遗传效应以及与环境的互作关系，从而为小麦抗条锈病分子标记辅助选择育种和基因克隆提供坚实的理论基础和技术支持。本研究以小麦Heyne×Lakin群体为材料，开展成株抗条锈QTL定位及遗传效应分析，旨在挖掘新的抗条锈QTL位点，明确其遗传特性，为小麦抗条锈病育种提供新的基因资源和理论依据，对于提高小麦的抗病能力，保障小麦的产量和质量，维护全球粮食安全具有重要的现实意义。

1.2国内外研究现状

1.2.1小麦条锈病研究进展

小麦条锈病作为一种严重威胁小麦生产的病害，一直是国内外研究的重点。其病原菌条形柄锈菌小麦专化型具有高度的变异性，这使得小麦条锈病的防治工作面临着巨大的挑战。小麦条锈病在世界各小麦产区广泛分布，尤其在中国、印度、美国、欧洲等地区频繁发生且危害严重。在中国，小麦条锈病的流行呈现出明显的区域性和季节性特点，从西南麦区开始发生，逐渐向西北、华北等麦区蔓延，严重影响了不同生态区的小麦生产。

针对小麦条锈病的防治，目前主要采取综合防治措施，包括选用抗病品种、农业防治和化学防治等。选用抗病品种是防治小麦条锈病的最有效手段，但由于条锈病菌生理小种的不断变异，抗病品种的抗性容易丧失，需要持续不断地选育新的抗病品种。农业防治措施如合理密植、科学施肥、及时清除病残体等，可以改善麦田生态环境，降低病害发生的几率。化学防治则是在病害发生严重时的重要应急手段，常用的杀菌剂如三唑酮、戊唑醇、己唑醇等能够有效控制病害的发展，但长期大量使用化学农药会带来环境污染和病原菌抗药性增强等问题。

在小麦成株抗性的研究方面，成株抗性是指小麦在生长后期表现出的对条锈病的抗性，具有抗性持久、不易被病原菌克服等优点，成为近年来研究的热点。许多研究表明，小麦成株抗性受多个基因控制，表现为数量性状遗传特征。通过对不同小麦品种成株抗性的鉴定和分析，发现了一些具有潜在应用价值的抗源材料，为抗病育种提供了丰富的资源。同时，对于小麦条锈病成株抗性的鉴定方法也在不断完善，从传统的田间自然发病鉴定，逐渐发展到人工接种鉴定、分子标记辅助鉴定等多种方法相结合，提高了鉴定的准确性和效率。在小麦成株抗条锈基因研究方面，目前已经定位和克隆了多个抗条锈基因，如Yr5、Yr10、Yr15、Yr26等，但由于条锈病菌的不断进化，仍需要不断挖掘新的抗条锈基因，以满足抗病育种的需求。尽管在小麦条锈病的研究方面取得了一定的进展，但对于其遗传机制的深入理解仍有待加强，尤其是在多基因互作和环境因素对条锈病抗性的影响方面，还需要进一步的研究和探索。

1.2.2QTL定位技术在小麦研究中的应用

QTL定位技术作为研究数量性状遗传基础的重要手段，在小麦抗条锈研究中得到了广泛的应用。通过构建遗传连锁图谱，利用分子标记对控制小麦抗