小麦秆锈病是由禾柄锈菌引起的一种真菌性病害，严重影响小麦的产量和品质。1998年，科学家在非洲乌干达发现了破坏农作物的变种秆锈菌Ug99，该小种不断突变产生毒力谱更宽的新菌系，迅速向世界其它国家蔓延与爆发，对世界粮食生产造成了严重威胁。因此，急需发现新的抗源，创制新的抗病材料，来防止这种破坏性病原菌的爆发及流行。黑麦是小麦的近缘种之一，天然异花授粉，携带丰富的遗传变异，是小麦改良的重要遗传资源。小黑麦是由普通小麦和黑麦经过属间杂交，应用杂种染色体加倍和染色体工程育种方法人工培育的第一个新物种。小麦与黑麦的杂交工作始于19世纪70年代，小黑麦结合了小麦的高产、优质和黑麦的优点，育种家和遗传学家看到小黑麦的优良性状，一百多年来，一直进行小麦与小黑麦的回交、自交来进行新品种选育。通过远缘杂交转移和利用小麦近缘种属的优异基因，可以有效的拓宽小麦的遗传基础，增加抗源的多样性。因此，新的抗病基因发现及利用是我们进行小麦与黑麦杂交的主要目的。
中国科学院遗传与发育生物学研究所韩方普研究组长期从事小麦远缘杂交及染色体工程育种研究，从2010年开始，韩方普研究组筛选了几百份全世界推广的黑麦材料，发现四份黑麦材料对Ug99表现为高抗或免疫。通过远缘杂交的方法将黑麦中的优异抗病基因转移到小麦中，与普通小麦杂交及染色体加倍获得两个新的八倍体小黑麦843-61和843-42 (AABBDDRR)，利用亲本小麦进行回交并连续自交，后代中成功筛选到两套完整的小麦-黑麦二体附加系材料。在单体附加系后代中，通过细胞学检测及系统选育，获得一套单端体附加系新材料。通过抗病性鉴定、细胞学分析和分子标记检测发现小麦-黑麦3RL附加系高抗秆锈病，且3RL染色体臂存在新的抗Ug99基因，为小麦抗病育种提供了新的种质资源。研究组正在筛选含有3RL染色体的易位系并希望获得含有抗病基因的新材料。
小麦与黑麦远缘杂交诱导了广泛的染色体和着丝粒变异，我们也发现在小麦与黑麦单体附加系后代中，观察到环染色体、小染色体、双着丝粒染色体、多着丝粒染色体和无着丝粒染色体等新材料，增加了小麦-黑麦杂交后代的遗传多样性，同时也为研究着丝粒结构与功能及着丝粒失活提供了新的优异材料。
该论文于2022年6月8日在线发表于Theoretical and Applied Genetics (DOI:10.1007/s00122-022-04127-7)，韩方普研究组博士研究生刘畅、石家庄农业资源研究中心王婧博士和四川农业大学符书兰教授为该文章的共同第一作者，韩方普研究员和张晶博士为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、基金委重点项目和科技部资助。
图：小麦-黑麦附加系核型图及抗病性鉴定
(a) 小麦-黑麦1R-7R附加系核型图; (b) 小麦-黑麦1RS-7RL附加系核型图; (c) 小麦秆锈病小种Ug99接种后叶片表型图; 1-2: 黑麦PI 613196和PI 428373, 3-4: 小麦-黑麦双二倍体, 5: 小麦-黑麦3R附加系, 6: 小麦-黑麦3RL附加系, 7: 小麦-黑麦3RS附加系, 8: 小麦843, 9: Federation*4/Kavkaz, 10: line 37.
