本研究由Zhiqiang Tian、Wenjie Du等来自河南农业大学农学院（College of Agronomy, Henan Agricultural University）和河南省农业科学院植物保护研究所（Institute of Plant Protection, Henan Academy of Agricultural Sciences）的团队完成，成果发表于2022年7月的《Physiological and Molecular Plant Pathology》期刊（Volume 121, 101871）。论文题为《Genetic detection and identification of the candidate resistance gene for a major QTL resistant to Puccinia polysora in maize》，聚焦玉米抗南方锈病（Southern Corn Rust, SCR）的遗传机制解析。

学术背景

南方锈病由专性寄生真菌Puccinia polysora（P. polysora）引起，是威胁玉米生产的重大叶部病害，严重时可导致植株早衰甚至死亡，造成显著产量损失。传统化学防治成本高且易引发环境问题，因此挖掘抗病基因、培育抗性品种是更可持续的解决方案。尽管前人已鉴定出多个抗SCR的数量性状位点（Quantitative Trait Loci, QTL）和主效基因（如chr10.s区域的RppC），但RppC仅对中国优势小种PP⋅CN 1.0表现高抗性，对PP⋅CN 2.0和3.0的抗性有限。本研究旨在发现对多小种具有广谱抗性的新QTL/基因，为育种提供新资源。

研究流程与方法

1. 群体构建与表型分析

研究团队通过单粒传法构建了106个F6:7代重组自交系（Recombinant Inbred Line, RIL）群体，亲本为抗病材料975-12和感病材料LX9801。在河南长葛（2016、2017年）和海南乐东（2017年）三个环境中进行田间试验，采用随机区组设计（2次重复）。接种30天后按1-9级标准评估病害严重度（1为高抗，9为高感）。温室试验中验证了亲本对三个小种（PP⋅CN 1.0-3.0）的抗性差异。通过SAS软件分析表型变异，计算广义遗传力（H²=0.95），表明抗性主要受遗传因素调控。

2. 基因型分析与QTL定位

利用MaizeSNP9.4K芯片对RIL群体进行基因分型，筛选多态性标记后构建遗传图谱（总长1756.33 cM，平均标记间距1.33 cM）。采用复合区间作图法（Composite Interval Mapping, CIM）检测到4个QTL：
- qSCR1（chr5，解释表型变异4.2%）
- qSCR2-¹⁄₂（chr9，分别解释2.4%-6.5%）
- qSCR3（chr10，解释70.3%-78.4%）
其中qSCR3在三个环境中均被检测到，为主效QTL，其抗性等位基因来自975-12。

3. 精细定位与候选基因筛选

通过450株BCE1群体（（975-12×LX9801）×LX9801）筛选重组单株，结合新开发的分子标记（mr10-1/2/3）将qSCR3缩小至约225 kb区间（chr10:1.587-1.812 Mb，参考B73基因组AGPv4）。基于抗病亲本975-12及其感病突变体975-12s的转录组数据（Illumina NovaSeq 6000平台测序，Hisat2比对，Trinity组装），发现该区间内仅一个NLR基因Zm00025ab420970在抗/感材料中存在差异：其编码区序列差异1.89%，导致LRR结构域2.98%的氨基酸变异（Figs. S3-S4）。通过比对热带抗病材料CML322的基因组注释，排除了其他候选基因（如Zm00001d023265/267），确认Zm00025ab420970为qSCR3的候选基因。

主要结果与逻辑链条

1. 表型数据：975-12对所有测试小种表现高抗性，而LX9801均感病（Fig. S1-S2）。RIL群体抗性呈连续分布，符合多基因控制特征。
   
2. QTL定位：qSCR3的高贡献率（>70%）表明其为核心抗性位点，而其他QTL效应较弱且不稳定。
   
3. 精细定位：重组单株分析将qSCR3限定至225 kb，覆盖已知抗病基因簇区域，但通过转录组排除了已报道的RppM候选基因。
   
4. 候选基因验证：Zm00025ab420970的序列变异与抗性共分离，其LRR结构域变异可能影响病原识别能力。

结论与价值

本研究首次报道了qSCR3这一对多小种P. polysora具有广谱抗性的主效QTL，并鉴定出新型NLR类抗病基因Zm00025ab420970。其科学价值在于：
1. 丰富了玉米抗SCR的基因资源，为理解NLR基因的进化与功能分化提供案例；
2. 开发的分子标记（如mr10-2/3）可直接用于分子标记辅助育种；
3. 结合CML322基因组分析的策略，为复杂区域候选基因挖掘提供方法参考。

研究亮点

1. 创新性发现：qSCR3是首个被精细定位且对PP⋅CN 1.0-3.0均表现高抗性的QTL，其候选基因Zm00025ab420970为全新等位基因。
   
2. 方法学优化：联合多环境表型、高密度基因分型、抗/感材料转录组比对和近等基因系分析，提升了定位精度。
   
3. 应用潜力：qSCR3可被导入商业品种，增强对中国流行小种的持久抗性。
   

其他价值

研究获得中国国家重点研发计划（2016YFD0101803）和国家自然科学基金（31501326）支持，数据已通过Supplementary Material公开，包括QTL区间基因注释表（Table S2）和候选基因序列比对图（Figs. S3-S4）。