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解析CIMMYT小麦品系：苗期抗叶锈基因的探索与分子作图策略

一、引言

1.1研究背景

小麦作为全球最重要的粮食作物之一，其产量和质量直接关系到全球粮食安全。然而，小麦生产面临着多种病害的威胁，其中小麦叶锈病是一种分布广泛且危害严重的世界性病害。小麦叶锈病由小麦叶锈菌（Pucciniatriticina）侵染引起，主要侵害小麦叶片，也可侵染叶鞘和茎秆。发病初期，叶片表面产生圆形或近圆形的橙黄色夏孢子堆，随着病情发展，夏孢子堆破裂，散出大量黄褐色粉末状的夏孢子，严重影响小麦的光合作用，导致叶片早衰、枯黄，进而降低小麦的产量和品质。在适宜的气候条件下，叶锈病传播迅速，可在短时间内造成大面积流行，给小麦生产带来巨大损失。据统计，在病害流行年份，小麦叶锈病可导致小麦减产20%-30%，严重时甚至绝收。

长期以来，化学防治在小麦叶锈病的防控中发挥了重要作用。然而，化学农药的大量使用不仅增加了生产成本，还带来了环境污染和食品安全等问题，同时也容易导致叶锈菌产生抗药性，降低防治效果。相比之下，利用小麦自身的抗病基因培育抗病品种是防治小麦叶锈病最为经济、有效和环保的措施。抗病品种能够在不依赖化学农药的情况下，有效地抵御叶锈菌的侵染，减少病害发生，保障小麦的安全生产。

国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）在全球小麦遗传育种领域具有重要地位，其培育的小麦品系具有丰富的遗传多样性和优良的农艺性状，在世界范围内得到了广泛的种植和应用。许多CIMMYT小麦品系对多种小麦病害表现出良好的抗性，包括叶锈病。对CIMMYT小麦品系进行深入研究，挖掘其中的抗叶锈基因，对于丰富小麦抗叶锈病基因资源库，为小麦抗病育种提供新的基因来源具有重要意义。通过对这些抗叶锈基因进行分子作图，可以准确地确定基因在染色体上的位置，为进一步开展基因克隆、功能验证以及分子标记辅助选择育种提供坚实的基础，从而加速小麦抗病新品种的培育进程，提高小麦的抗病能力，保障全球小麦生产的稳定和可持续发展。

1.2研究目的与意义

本研究旨在深入探究两个CIMMYT小麦品系的苗期抗叶锈基因，通过遗传分析和分子标记技术，明确其携带的抗叶锈基因数量、类型以及基因间的相互作用关系，并对这些基因进行精确的分子作图，确定其在染色体上的具体位置。

对CIMMYT小麦品系抗叶锈基因进行研究和分子作图具有重要的理论和实践意义。在理论层面，有助于深入了解小麦抗叶锈病的遗传机制，揭示抗病基因与叶锈菌之间的互作关系，丰富植物抗病遗传学的理论知识体系，为进一步研究小麦与病原菌的协同进化提供理论依据。在实践应用方面，挖掘出的抗叶锈基因可以为小麦抗病育种提供宝贵的基因资源，通过分子标记辅助选择技术，将这些优良基因导入到现有小麦品种中，能够加速抗病新品种的培育进程，提高育种效率和准确性，从而增强小麦对叶锈病的抗性，减少病害损失，保障小麦的产量和质量，对于维护全球粮食安全具有重要的现实意义。

1.3国内外研究现状

国内外学者在小麦抗叶锈基因研究方面取得了丰硕的成果。截至目前，已正式命名了85个小麦抗叶锈病基因，这些基因多为小种专化抗病基因。早期的研究主要集中在利用传统的遗传分析方法，通过杂交、回交等手段，对小麦抗叶锈病基因进行定位和遗传效应分析。随着分子生物学技术的飞速发展，分子标记技术如RFLP、RAPD、SSR等被广泛应用于小麦抗叶锈基因的研究中，大大提高了基因定位的准确性和效率。利用SSR标记技术，将小麦抗叶锈基因Lr34定位到了小麦染色体7DS上。

近年来，全基因组关联分析（GWAS）技术在小麦抗叶锈基因研究中得到了广泛应用。通过对大量小麦品种进行基因型和表型分析，能够快速、准确地鉴定出与抗叶锈病相关的基因位点。波兰植物育种与适应研究所国家研究院的Pawe?Cz.Czembor团队利用GWAS技术，对181份欧洲冬小麦品种进行苗期叶锈病抗性分析，鉴定出23个抗叶锈病QTL，其中包括3个已知的主效抗性基因Lr24、Lr26和Lr28，并发掘了6个具有高抗性效应的新颖抗性位点。

在CIMMYT小麦品系的研究方面，CIMMYT一直致力于小麦遗传育种研究，培育出了众多具有优良农艺性状和抗病性的小麦品系，并在全球范围内进行推广应用。许多研究对CIMMYT小麦品系的产量、品质、抗病性等性状进行了评价和分析，发现部分CIMMYT小麦品系对叶锈病表现出良好的抗性。在甘肃春麦区的研究中发现，CIMMYT小麦选种圃种质具有良好的耐旱、耐寒、抗病等特点，能够有效抵御当地常见的病害，包括叶锈病。然而，对于CIMMYT小麦品系中具体的抗叶锈基因及其分子机制的研究还相对较少，尤其是针对某些特定CIMMYT小麦品系的深入研究还存在不足。