美国农业研究局 (ARS) 和大学科学家组成的团队发布了两种新的燕麦种质系，以增强谷物作物对最具破坏性的真菌疾病“冠锈病”的防御能力。

该团队专门培育了燕麦品系，以便与优良商业品种杂交，从而获得新的抗冠锈病基因源。冠锈病是由真菌 Puccinia coronata f. sp. avenae 引起的。冠锈病是全球范围内的燕麦灾害，在未受保护的作物中可导致高达 50% 的谷物产量损失。

该团队在 2024 年 5 月的《植物登记杂志》上宣布开发出抗性燕麦种质系(称为 CDL-111 和 CDL-167)，这是经过 25 多年的种质筛选、植物基因图谱、选择性育种以及温室和田间试验评估后取得的成果。

“目前，大多数具有抗锈病的燕麦品种都携带一个或两个抗性基因(通常称为幼苗抗性)，可抵抗特定的冠锈病分离株，”该期刊论文的共同作者兼明尼苏达州圣保罗 ARS 谷物疾病实验室的研究负责人 Shahryar Kianian 说道。

然而，冠锈病菌是一种遗传多样性病原体，非常善于进化成新的致命形态，即所谓的“品系”。这种进化速度非常快，以至于具有抗性幼苗的燕麦品种的平均生产寿命为 3 至 5 年，因此必须在传统生产系统中使用化学杀菌剂。

如果不加以控制，这种真菌会感染脆弱的燕麦植株的下部叶片，有时还会感染植株的茎秆，形成圆形至椭圆形的脓疱，里面充满了大量橙色孢子，这些孢子可以被风或雨吹走。叶片受损会降低光合作用，并破坏糖分从叶片向发育中的谷粒的移动，导致谷粒枯萎并降低饲料价值。

为了增加燕麦植物的获胜几率，研究小组采用了一种名为“基因堆叠”(或“金字塔”)的植物育种策略。该策略的一个关键部分是，在栽培的燕麦品种和野生亲缘品种(一种称为不对称燕麦的品种)之间进行一系列杂交，这种品种携带“成年植物抗性”基因。

“成年植物抗性，有时被称为‘缓慢生锈’，为燕麦植物提供了一定的免疫力，但不是完全的免疫力，”Kianian 说。“在这种情况下，病原体改变的选择压力会降低，植物不会受到太大的损害，因此它仍然可以生产并为种植者提供谷物。”

总而言之，该团队将杂交产生的后代植物与三种成年植物抗冠锈病的基因叠加在一起。然后，从 2020 年开始，他们让这些后代植物接受一场类似“火的考验”的考验。本质上，这涉及将它们种植在沙棘苗圃中，沙棘是冠锈病的第二宿主，也是已知的爆发源。在这些地块中，在疾病的巨大压力下，两种后代植物品系 CDL-111 和 CDL-167 的表现始终优于其他植物。

Kianian 表示，这些坚韧的燕麦品系此后被繁殖，用于种子生产，这些种子可根据与 ARS 签订的材料转让协议用于品种开发计划。这是为了确保如果燕麦品系与商业品种杂交，基因堆叠策略的有效性——无论它们是否已经具有抗冠锈病的幼苗。

通过遵守这一要求，植物育种者可以为适应特定生产区域的优良燕麦品种提供对抗冠锈病真菌的一二连击——通过幼苗抗性进行“猛击”和通过成年植物抗性进行“右勾拳”。

“为此，我们还提供了与这三种基因相关的分子标记，可用于选择携带这些基因的品系，”Kianian 补充道，他与 Eric Nazareno 和 Kevin Smith(均来自明尼苏达大学)以及 Melanie Caffe(南达科他州立大学)、Roger Caspers(ARS)、Howard Rines(ARS，已故)和 Marty Carson(ARS，已故)合作。Kianian 指出，Carson 20 年前开始从事一些燕麦研究工作，退休后仍继续从事大部分工作。