小麦叶锈病是一种由小麦叶锈菌[Puccinia triticina Eriks. （Pt）]引起的、在小麦中传播较广、危害较严重的真菌性病害之一。其可造成小麦减产5%～20%，在叶锈病大流行年份减产可达50%左右。目前的小麦栽培品种一般携带一种或多种叶锈病抗性（Leaf rust resistance，Lr）基因，以对抗区域内流行的叶锈菌小种。研究表明，特定Lr基因的持续抗性不会超过5~7年，因此，新Lr基因的挖掘与应用是目前小麦育种的重要目标之一[1]。
基因定位技术，如数量性状位点定位（Quantitative trait loci，QTL）和全基因组关联研究（Genome-wide association studies，GWAS）在抗病育种中发挥重要作用，其能帮助研究者快速、精准地鉴定抗病基因，并开发分子标记用于育种实践。Zhang等[2]利用GWAS技术，鉴定出与小麦苗期抗性相关的22个位点，并将12个相关单核苷酸多态性（Single nucleotide polymorphism，SNP）转化为竞争性等位基因特异性PCR（Kompetitive allele-specific PCR，KASP）标记用于标记辅助小麦育种。Gebrewahid等[3]从Fuyu 3/Zhengzhou 5389群体中检测到11个条锈抗性QTL和5个叶锈抗性QTL，所开发的QYr.hebau-7DL的SSR标记在不同遗传背景中均有效，可用于标记辅助育种。Zhang等[4]通过分子标记辅助早代回交聚合了3个抗赤霉病基因（Fhb1、Fhb4和Fhb5），得到14个抗病性显著提升的导入系。
随着测序技术的发展，直接选择特定抗性基因或QTL辅助育种可克服常规育种的局限性。因此，本研究系统综述了小麦Lr基因的定位方法与QTL定位的研究进展，以及实际育种的局限性和对未来的展望，以期为小麦抗叶锈病育种提供参考。
1 小麦Lr基因的定位方法
1.1 常规遗传连锁图谱构建及QTL定位
构建遗传图谱首先需要有分离群体。初级作图群体包括F2群体及其衍生的F3、F4后代家系群体、双单倍体群体、重组自交系群体等，只能用于全基因组QTL初定位。次级作图群体包括近等基因系和剩余杂合体等群体，其具有一致的遗传背景，可对特定的QTL进行精细定位。
F2群体能最大限度提供遗传信息，且构建相对简单，但不能重复试验。双单倍体群体的基因重合度高，可重复试验，然而其重组信息较少，易出现偏分离现象。重组自交系群体由于进行了多次重组和染色体片段的交换，不同位点间的重组率加大，可以更加准确地评估连锁基因的遗传距离，但其构建需时较长。近等基因系可以消除主效QTL对微效QTL的遮掩作用，从而对QTL进行精细定位，但其构建耗时长且工作量大[5]。
基于双亲杂交的分离群体可检测到的QTL数量有限，限制了其应用价值。基于单一群体的QTL检测不可重复，受到一定程度的质疑。用不同作图群体构建的遗传图谱间共有位点有限，不利于不同群体间QTL检测结果的比较。近年来，巢式关联作图群体、多亲本高代互交系群体等基于多亲本开展的遗传交配设计的遗传群体开始受到重视。
1.2 基于GWAS的基因定位
GWAS以连锁不平衡为基础，鉴定群体中控制目标性状的基因和功能位点。GWAS一般采用包含广泛遗传变异的自然群体为材料，使得定位精度大幅提升[6]。用于GWAS分析的群体需具备丰富的表型变异和较高的遗传重组，不能有明显的群体结构，且样本间不能存在近源关系。GWAS通常采用一般线性模型和混合线性模型进行分析。一般线性模型通过主成分分析校正群体结构以减少假阳性，混合线性模型则进一步整合亲缘关系矩阵来控制假阳性的发生。
综上，GWAS技术通过连锁不平衡分析和混合线性模型的应用，有效克服了群体结构干扰，实现小麦抗叶锈病基因的高精度定位。目前该技术不仅验证了Yr15和Yr36等已知抗性基因，还发掘出80余个抗病QTL位点，其多模型联用的策略进一步提升了标记筛选的可靠性。这些成果为小麦多基因聚合育种提供了坚实的分子基础，未来结合功能验证将加速广谱抗病品种的选育进程。
1.3 基于突变体库的基因定位
利用诱变技术产生突变体是扩大种质资源的重要方法。可利用物理和化学诱变剂对种子和部分器官进行诱变处理以产生突变体材料。
辐射突变育种包括辐射能量对DNA分子结构和功能的改变，以及水分子与电离辐射相互作用产生的自由基对DNA分子的间接损伤。细胞可通过修复机制来处理DNA损伤以保持基因组的完整性。基因突变是DNA损伤修复过程中的“错误”结果，这些突变在随后的细胞分裂过程得以保留并传递给后代，成为突变性状的来源。目前，在国际原子能机构（IAEA）突变品种数据库中已登记有3 365个突变品种，1 000多个新品种得到应用和推广[10]。Cheng等[11]利用γ辐射诱导小麦突变时，鉴定到1个千粒重QTL QTkw.cau-5D。Shabani等[12]采用不同剂量的γ辐射处理小麦种子并对选定的M5和M6代系进行评价，发现诱导面包小麦发生理想变化的最佳辐射剂量在100～200 Gy，此时籽粒损失降低，籽粒产量、产量组成、可育小花数、生物产量、株高、收获指数和旗叶面积增加，部分突变系的光合速率、气孔导度、水分利用效率和叶绿素含量等生理特性也有所提高。此外，化学诱变是通过化学诱变剂产生突变的方法。常用的甲基磺酸乙酯（EMS）是一种高效且稳定的化学诱变剂，可诱导植物产生大量单碱基突变。Lethin等[13]用1%EMS处理种子，筛选得到了70个耐盐性增强的品系。
综上，物理诱变（如γ辐射）和化学诱变（如EMS处理）技术能有效创制小麦突变体材料，不仅可诱导产量、抗逆性等关键性状的改良，还能为QTL定位和功能基因挖掘提供重要资源。随着诱变技术的优化与突变体库的扩大，结合基因组学分析，将进一步推动小麦精准育种的发展。
1.4 基于转录组测序的基因定位
集团分离分析法（Bulked segregation analysis，BSA）利用目标性状表型对分离群体中的个体分别进行分组混合以形成对应的DNA混合池，随后通过筛选亲本混池和子代混池之间的多态性标记进行基因定位。Klymiuk等[14]通过BSA-seq技术在小麦染色体1BS上鉴定出1个2.3～3.3 Mb的抗病相关区段，该区段包含34个编码抗病反应蛋白结构域的候选基因，并开发了可用于标记辅助选择的KASP标记。此外，Zhao等[15]结合外显子组捕获测序和55K SNP阵列进行基因分型，通过BSA分析和遗传连锁图谱定位，发现了1个稳定的成株期抗性基因LrYang16G216，其连锁标记同样适用于小麦抗病育种的标记辅助选择。
2 小麦Lr基因和QTL定位成果
明晰小麦Lr基因及QTL的定位方法后，学界围绕不同染色体位点、遗传群体开展了大量研究，取得了丰硕的定位成果，以下是对这些核心成果的系统梳理。
2.1 小麦Lr基因定位成果
目前，已有较多Lr基因被鉴定，其中部分来源于小麦近缘物种，例如从二粒小麦中鉴定的Lr14a，以及从硬粒小麦中发现的Lr10、Lr3a和Lr16等[16]。与A亚基因组和D亚基因组相比，大多数Lr基因分布在B亚基因组上，其中2B染色体携带的Lr基因数量较多。
2.2 小麦叶锈病抗性QTL定位成果
通过对相关研究汇总分析，共得到252个抗性QTL。其中，34项研究使用了重组自交系群体。例如，Zhang等[19]利用周8425B×中国春杂交构建的244个重组近交系，确定了8个小麦抗叶锈病QTL，其中周8425B中的QLr.hebau-2BS可能与周麦22中的LrZH22相同；QLr.hebau-4B可能是Lr12的剩余抗性，QLr.hebau-7DS对应Lr34。QLr.hebau-2AL、QLr.hebau-3BS、QLr.hebau-4AL和QLr.hebau-5BL可能是抗叶锈病的新QTL。
多亲本高级世代交替群体（Multi-parent advanced generation intercross，MAGIC）因其独特的遗传结构，在抗性基因定位研究中展现出较大优势。这类群体通过多代重组积累的丰富遗传变异，可产生广泛的表型多样性，适用于QTL的精细定位[20]。例如，Rollar等[21]利用由394个F6：8重组自交系组成的小麦MAGIC群体进行叶锈病抗性分析，成功鉴定出19个QTL，这些QTL分别定位在1A、4A、4D等染色体上。此外，Rosa等[22]通过Toropi-6.4 × Thatcher杂交构建的双单倍体群体，定位到6个叶锈病抗性QTL，其中位于1BL和5AL染色体上的QTL表现出较强的叶锈病抗性效应。这些研究成果不仅丰富了小麦抗病遗传资源，其开发的紧密连锁标记更为小麦分子标记辅助育种和抗病基因克隆提供了重要工具。
3 小麦Lr基因定位挑战与展望
3.1 当前研究面临的挑战
新致病小种的不断出现，要求不断开发新品种或使用新的抗性基因改良旧品种。而挖掘新的抗性基因是克服新病原体小种并在田间获得持久抗性的重要方法。
目前已鉴定出的小麦Lr基因中多数被病原菌克服或伴有其他不良性状，其引入还可能会对小麦的产量、品质等农艺性状产生负面影响。如Lr34是具广谱抗性的基因，但其抗性水平较低，且与晚熟性状连锁，限制了其在育种中的应用[18]。育种中需综合考虑抗病性和农艺性状以选择最优基因组合。
抗病基因的实际应用还存在局限性，许多抗病基因尚未开发出有效的分子标记，或标记与目标基因之间存在连锁不平衡，限制了分子标记辅助选择技术的应用。基因编辑技术为小麦抗锈病育种提供了新的工具，但小麦基因组庞大且复杂，基因编辑效率较低，存在脱靶的风险。
温度、湿度和光照等环境因素会影响小麦抗病基因表达和病原菌侵染能力。研究发现，低温（18～25 ℃）、高湿（80%以上）和高降水量增加了病害发生率[26]。此外，气候变化可能改变病原菌的分布和毒性谱发生变化，进一步增加抗病育种的难度。
3.2 展望
为应对叶锈菌跨区域传播，需加强区域性抗病基因资源协作共享。建议依托相关协作平台，分区域整合抗病种质，构建动态更新的抗病基因库，并利用数字农业技术（如抗病性预测模型）加速抗病品种选育。未来，通过融合传统育种经验、分子设计育种和智能栽培技术，有望培育出兼具广谱抗病性、高产稳产性和优良品质性状的小麦品种。
4 结语
近年来，随着测序技术的发展，小麦抗叶锈病育种领域取得了显著进展。本研究综述了小麦抗叶锈病基因的定位及其研究进展。小麦Lr的定位方法包括常规遗传连锁图谱构建及QTL定位、基于GWAS的基因定位、基于突变体库的基因定位及基于转录组测序的基因定位等，且在以上方法的基础上鉴定出了较多的小麦Lr和QTL基因。当前小麦抗性基因鉴定过程面临新致病小种不断出现，已鉴定出的Lr基因在实践中逐渐被病原菌克服，分子标记技术应用开发存在一定局限等挑战，未来，可综合应用分子生物学和基因组学等技术进一步培育小麦抗性优质品种。