核心总结：四倍体和六倍体小麦抗赤霉病的比较研究
研究背景
- 小麦赤霉病（Fusarium head blight, FHB）由Fusarium graminearum引起，是全球范围内对小麦生产造成严重威胁的疾病。FHB感染不仅会显著降低粮食产量和质量，还会产生有害的真菌毒素如脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON），对动物和人类健康构成重大风险。
研究对象与方法
- 本研究评价了194个CIMMYT（国际玉米和小麦改良中心）春季合成六倍体衍生小麦（SHDW）品系在2017年至2019年间对FHB的反应。研究包括田间症状（发病率、严重程度和指数）和收获后特性（受损穗数和DON含量）。
- 使用Illumina的iSelect 90K SNP芯片对这些小麦品系进行了基因分型，鉴定了31K个多态性SNP标记，进行了全基因组关联研究（GWAS），以识别与FHB抗性相关的标记和候选基因。
主要发现
-
抗病性评价：
- SHDW品系显示出显著的表型变异，2017和2019年的FHB发病率、严重程度和指数之间存在显著差异。2018年由于降水少，FHB压力较低。
- 11个品系在2017和2019年的DON含量低于10 ppm。
-
标记-性状关联：
- GWAS分析识别出52个显著的标记-性状关联（MTAs），这些标记与DON含量、受损穗数、FHB指数、发病率和严重程度相关。
- 在D基因组上，也发现了多个与FHB抗性相关的MTAs。
-
候选基因：
- 在与FHB抗性相关的标记附近，共定位了395个候选基因，这些基因涉及多种生理过程，包括防御反应、DON解毒、糖转运、和蛋白质合成等。
- 特别值得注意的是，UDP-糖基转移酶（UGTs）、ABC转运蛋白、细胞色素P450、和Jacalin样凝集素等基因在FHB抗性中扮演重要角色。
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基因组多样性：
- SHDW品系中D基因组的多样性较高，显著贡献了FHB抗性，但大部分抗性基因集中在A和B基因组中。
结论与意义
- 本研究证明了合成六倍体小麦在FHB抗性育种中的潜力，通过引入新的抗病基因来源，可以显著提高普通小麦基因库的多样性和抗病能力。
- 研究中发现的抗病标记和候选基因为未来的标记辅助选择（MAS）提供了宝贵资源，有望提高小麦品种对FHB的抗性，减轻其对小麦生产的影响。
这项研究为小麦抗赤霉病育种提供了新的见解和工具，通过引入合成六倍体小麦，可以显著增强现有小麦品种的抗病能力，从而提高粮食安全性。
文献详细描述：二倍体、四倍体和六倍体小麦
二倍体小麦（Diploid Wheat）
- 物种：野生山羊草（Aegilops tauschii）
- 染色体组成：DD
- 研究中的角色：
- 二倍体小麦主要作为六倍体小麦的一个基因供体，通过与四倍体小麦杂交，形成合成六倍体小麦。Aegilops tauschii提供了D基因组，增加了六倍体小麦的基因多样性。
四倍体小麦（Tetraploid Wheat）
- 物种：硬粒小麦（Triticum turgidum）
- 染色体组成：AABB
- 研究中的角色：
- 四倍体小麦是六倍体小麦的另一个基因供体，与二倍体小麦杂交形成合成六倍体小麦。硬粒小麦（Triticum turgidum）提供了A和B基因组。
六倍体小麦（Hexaploid Wheat）
- 物种：合成六倍体小麦（Synthetic Hexaploid Wheat, SHW）
- 染色体组成：AABBDD
- 生成方法：
- 合成六倍体小麦是通过将四倍体小麦（Triticum turgidum, AABB）与二倍体野生山羊草（Aegilops tauschii, DD）杂交形成的。其目的是通过引入D基因组，增加小麦的基因多样性和抗逆性。
- 抗病性：
- 研究表明，合成六倍体小麦在对赤霉病的抗性上表现出显著的优势。相比于四倍体和二倍体亲本，合成六倍体小麦的疾病指数更低，表明其在抗病性方面更为优越。
- 育种改良：
- 通过合成六倍体小麦的育种方法，可以引入新的抗病基因，显著提高普通小麦的抗病能力。这些SHW品系通过回交育种方法进一步改良，克服了初代合成六倍体小麦如晚熟、高秆和难脱粒等不利性状。
研究发现
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抗病性评价：
- SHDW品系显示出显著的表型变异，2017和2019年的FHB发病率、严重程度和指数之间存在显著差异。2018年由于降水少，FHB压力较低。
- 11个品系在2017和2019年的DON含量低于10 ppm。
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标记-性状关联：
- GWAS分析识别出52个显著的标记-性状关联（MTAs），这些标记与DON含量、受损穗数、FHB指数、发病率和严重程度相关。
- 在D基因组上，也发现了多个与FHB抗性相关的MTAs。
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候选基因：
- 在与FHB抗性相关的标记附近，共定位了395个候选基因，这些基因涉及多种生理过程，包括防御反应、DON解毒、糖转运、和蛋白质合成等。
- 特别值得注意的是，UDP-糖基转移酶（UGTs）、ABC转运蛋白、细胞色素P450、和Jacalin样凝集素等基因在FHB抗性中扮演重要角色。
这些信息详细描述了二倍体、四倍体和六倍体小麦在研究中的角色及其对赤霉病抗性的影响。