来自栽培二系小麦的白粉病抗性基因 PmCWI16926 的精细定位

为何小麦病害抗性至关重要

小麦是人类饮食的基石，但其产量一直受到病害的威胁。最具破坏性的病害之一是白粉病，这种白色绒状生长会覆盖叶片并削弱植株。农民常依赖杀菌剂，但这既耗资又可能影响环境。本研究发掘了一种隐藏在古老二系小麦中的天然防护形式，旨在帮助现代小麦更可靠地抵御该病害。

叶片洁净的耐病古老小麦

研究人员关注的是一个名为 CWI16926-4Y 的栽培二系小麦系。与普通商品小麦不同，这种古老近缘具有植株高、穗密且单产较低的特征，但它对白粉病表现出显著的抗性。在多年田间观察和温室试验中，当暴露于多种白粉菌株时，CWI16926-4Y 始终未出现可见病斑，而一株常见的现代品种则被严重感染。与一个感病的二系品系进行的精细杂交实验表明，这种强抗性主要由一个显性基因控制，该基因被命名为 PmCWI16926。

定位抗性区段

在庞大的小麦基因组中找到一个有用基因的确切位置，就像在大城市中找到一栋房子。为缩小范围，研究团队结合经典遗传学与 RNA 测序策略。他们将明显抗病和明显感病的植株分别混池，读取基因表达并搜寻与抗性关联的小型DNA差异。这将他们引导至2B染色体短臂上的一个特定区段。通过在数千株植物中设计并检测大量DNA标记，他们将搜索区缩小到大约59万碱基对的一个小片段，这在小麦遗传学上是非常精细的解析度。

锁定可能的防御基因

在这段狭窄的DNA区间内，仅预测出三个位高可信度的基因。其中两个很有希望，因为它们属于常参与植物免疫的基因家族。科学家随后观察这些基因在遭受白粉菌感染后的表达情况。其中一个在感病植株中被更强地激活，提示它可能与病害相关而非防御。另一个名为 TRITD2Bv1G010140 的基因在抗病二系中迅速且强烈上调，但在感病系中保持沉默。将其DNA序列在多株抗性和感病材料间比较时，研究人员在 CWI16926-4Y 中发现了一个独特等位型，在蛋白质的四个关键位点存在差异，使其成为PmCWI16926实际抗性基因的有力候选者。

为育种者提供的工具，而不仅限于实验室

这样的发现要对育种者有用，必须能方便地转入高产品系中。为此，团队开发了若干紧邻 PmCWI16926 的DNA标记，以及一个直接追踪该候选基因的标记。这些标记如同条形码，可在幼苗期检测，允许育种者在不必等待病害发生的情况下选择带有抗性的植株。在对数十个中国常用小麦品种的测试中，这些标记能够清楚地区分抗源与当前感病小麦，表明它们已可在育种项目中应用。

对未来小麦作物的意义

对非专业读者而言，主要结论是：一种古老类型的小麦提供了保护现代作物的一种强有力新工具。该研究识别出一个紧凑的遗传区间和一个非常可能的单一基因，能在白粉病扩展之前阻止其侵袭。由于该基因提供广谱且稳定的抗性，并来源于近缘小麦，结合其他性状进行育种应更为容易。随着时间推移，将此抗性与其他抗性基因共同使用，可能减少对杀菌剂的依赖，并有助于在不断变化的病害压力下保持小麦收成的稳定。

引用: Xu, X., Li, D., Wang, F. et al. Fine mapping of a powdery mildew resistance gene PmCWI16926 from cultivated emmer wheat. Commun Biol 9, 717 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09944-w

关键词: 小麦 白粉病, 病害抗性基因, 二系小麦, 标记辅助选择, PmCWI16926