2026年小麦抗病基因编辑技术突破：从基础研究到育种革新

2026/04/282026年小麦抗病基因编辑技术突破：从基础研究到育种革新汇报人:1234CONTENTS目录01

小麦病害威胁与防控现状02

抗病基因研究的关键突破03

基因编辑技术创新与应用04

抗病种质创新与品种培育CONTENTS目录05

田间表现与综合评价06

技术创新与未来展望07

研究团队与项目支持01小麦病害威胁与防控现状小麦条锈病的危害与分布全球小麦生产的重大威胁小麦条锈病被称为"小麦癌症"，是一种气传性真菌病害，传播迅速、极易流行，导致全球小麦年减产约10%。中国病害损失与防治挑战自新中国成立以来，小麦条锈病在我国已发生8次大流行，防治后的累计产量损失仍高达138亿公斤，农业农村部已将其列为一类农作物病害。病原菌变异加剧防控难度条锈菌小种变异频繁，全球各地相继出现新小种，致使大部分生产使用的抗病基因丧失抗性，对粮食安全构成严重且持续的威胁。小麦条锈病的“癌症”威胁小麦条锈病自新中国成立以来已发生8次大流行，防治后的累计产量损失仍高达138亿公斤，被我国农业农村部列为一类农作物病害，对小麦生产构成严重威胁。传统抗病育种的应用与挑战上世纪50年代起，我国通过利用Yr1、Yr9、Yr26等抗病基因培育主栽品种，成功抵御多轮病菌攻击。但随着病菌不断变异，抗病基因易被克服，病害防控难度加大，有效抗病基因数量逐渐减少。全球小麦病害的产量影响小麦条锈病作为全球性流行真菌病害，导致全球小麦年减产约10%。我国作为小麦生产大国，面临条锈菌小种变异频繁、新小种不断出现的严峻挑战，亟需持续创新防控技术。我国小麦病害防治历程与损失数据传统抗病育种的局限性分析01抗病基因依赖性强，易被病菌克服传统上主要依赖抗病基因培育品种，这种抗性虽强大，但往往容易被病菌变异克服，导致病害频繁爆发，如我国小麦主栽品种曾利用的Yr1、Yr9、Yr26等抗病基因，随着病菌变异，防控难度逐渐增加。02抗病基因资源日益减少，选择压力大随着病菌不断变异和升级，能够用来有效应对病害的抗病基因数量逐渐减少，难以满足长期抗病育种需求，亟需拓展新的基因资源类型。03抗性持久性不足，品种抗病寿命短传统抗病品种的抗性持久性有限，抗病寿命通常为3至5年，需要频繁更新品种以应对病害威胁，增加了育种成本和周期。04多效性限制应用，难以兼顾抗病与高产感病基因的持久性与多效性限制其应用，传统育种在追求抗病性的同时，易对小麦产量等农艺性状产生负面影响，难以实现抗病与高产的协同提升。02抗病基因研究的关键突破感病基因TaPsIPK1的发现与功能解析

01全球首个被条锈菌毒性蛋白利用的小麦感病基因西北农林科技大学植物免疫团队历经18年研究，在国际顶级期刊《细胞》发表重大发现，鉴定出小麦中协助条锈菌感染的感病基因TaPsIPK1，该基因编码胞质类受体蛋白激酶。

02TaPsIPK1的感病作用机制TaPsIPK1在基础免疫中扮演负调控角色，被条锈菌分泌的毒性蛋白PsSpg1劫持后从细胞质膜释放入细胞核，通过操纵转录因子TaCBF1抑制抗性相关基因转录，同时增强自身转录水平，放大感病效应。

03基因编辑靶向敲除TaPsIPK1的抗病效果研究团队利用基因编辑技术精准敲除TaPsIPK1基因，成功阻断毒性蛋白与感病基因的识别互作，使小麦获得对我国条锈菌三大主要流行小种的持久广谱抗性，同时有效抵御小麦叶锈病。

04TaPsIPK1研究的理论与应用价值该发现揭示了PsSpg1-TaPsIPK1-TaCBF1d磷酸化与转录调控级联途径介导的感病机制，打破传统小麦抗病基因育种思路，为抗病育种提供新基因选择，开辟小麦生物育种新途径，获多位院士高度评价。条锈菌-小麦互作机制：PsSpg1-TaCBF1调控通路

条锈菌毒性蛋白PsSpg1的劫持作用小麦感病基因TaPsIPK1编码胞质类受体蛋白激酶，在基础免疫中起负调控作用，会被条锈菌分泌的毒性蛋白PsSpg1劫持，从细胞质膜释放入细胞核。

PsSpg1对转录因子TaCBF1的操纵进入细胞核后，PsSpg1通过操纵转录因子TaCBF1来抑制抗性相关基因的转录，同时增强TaPsIPK1的转录水平，放大其介导的感病效应，加剧小麦感病程度。

磷酸化与转录调控级联途径的揭示该研究揭示了PsSpg1-TaPsIPK1-TaCBF1d磷酸化与转录调控级联途径介导的感病机制，为阻断病菌感染提供了明确的分子靶点。

基因编辑阻断互作实现广谱抗性利用基因编辑技术精准敲除感病基因TaPsIPK1，可阻断毒性蛋白与感病基因间的识别与互作，使小麦获得对条锈病的广谱抗性，在大田试验中表现显著。抗条锈病基因全景图谱绘制与分析

全球首张抗条锈病基因全景图谱的构建中国科学院遗传与发育生物学研究所联合西北农林科技大学等单位，历时5年，通过对近4.7万份田间数据的深度挖掘，构建了涵盖2191份全球小麦种质的“综合抗源”核心资源库，并首次绘制出覆盖431个遗传位点的小麦抗条锈病基因全景图谱。

抗病基因的时空分布特征解析该图谱清晰展现出抗性基因在全球麦区的时空分布特征，明确了抗病基因在各个锈病流行区的分布和利用规律，阐明了一个世纪以来小麦条锈病抗性基因选择特征和流行病学特征之间的关系。

突破性抗条锈病基因的功能验证在筛选后的559个与抗条锈病相关的候选基因中，研究团队成功验证了3个突破性抗条锈病基因的应用价值，包括对当前流行新型强毒菌株表现显著抗性的Yr5x基因，首次实现条锈病与白粉病双重防控的Yr6/Pm1基因，以及在抵御条锈病和叶锈病的同时实现抗病性与产量协同提升的YrKB基因。新型抗病基因Yr5x、Yr6/Pm5与YrKB的功能验证Yr5x基因：抵御新生理小种的关键抗性Yr5x基因对当前流行的新型强毒菌株表现出显著抗性，为应对条锈菌小种变异提供了重要基因资源。Yr6/Pm5基因：实现条锈病与白粉病双重防控Yr6/Pm5基因首次实现条锈病与白粉病的双重防控，其可能通过I366T和M1011I两个关键氨基酸位点实现病原菌特异性识别，揭示了作物广谱抗病的新机制。YrKB基因：抗病性与产量协同提升的突破YrKB基因在抵御条锈病和叶锈病的同时，首次实现了抗病性与产量的协同提升，且几乎无产量负效应，具有重要的生产应用价值。03基因编辑技术创新与应用Cas12i3-5M基因编辑系统的研发与效率提升01研发背景与挑战小麦作为全球重要粮食作物，因复杂六倍体基因组和较低遗传转化效率，基因编辑改良相对滞后。CRISPR/Cas12i3系统虽有应用潜力，但在植物中编辑效率较低，此前未见在小麦等多倍体农作物中成功应用的报道。02Cas12i3-5M变体的构建与效率优势中国农业科学院作物科学研究所团队基于Cas12i3/Cas12i3-5M变体，使用新策略重新构建新变体，显著提升基因编辑效率，且高于目前主流基因编辑工具LbCas12a。03高效小麦基因编辑系统的普适性表现该系统在优良品种“郑麦7698”稳定转化系中的平均编辑效率最高可达88.99%，在“郑麦1860”和“郑石9170”等不同优良小麦品种中，均实现了75%以上的编辑效率，展现出较强的普适性。04系统对多倍体小麦基因组编辑的突破该系统不仅显著提高了编辑效率，还诱导了更高比例的大片段缺失，有效克服了多倍体小麦基因组的微同源重组修复导致编辑效率降低的问题。多倍体小麦基因组编辑的技术突破新型高效基因编辑工具的研发与应用中国农业科学院作物科学研究所团队依托自主知识产权新工具Cas12i3-5M，成功研发新型高效小麦基因编辑系统，在优良品种“郑麦7698”稳定转化系中的平均编辑效率最高可达88.99%，且在“郑麦1860”和“郑石9170”等不同优良小麦品种中均实现75%以上的编辑效率，展现出较强的普适性。克服多倍体基因组编辑效率瓶颈该系统不仅显著提高了编辑效率，还诱导了更高比例的大片段缺失，有效克服了多倍体小麦基因组的微同源重组修复导致编辑效率降低的问题，为小麦及其它多倍体农作物的基因功能研究和遗传改良提供了重要技术支撑。病毒载体瞬时递送技术提升转化效率2025年已有研究采用病毒载体瞬时递送策略在小麦中获得基因编辑证据，显著提升了转化率，预计2026年编辑效率有望再翻两番，推动基因组编辑从实验室走向田间应用。感病基因敲除策略与抗病性实现

全球首个条锈菌感病基因的发现西北农林科技大学团队鉴定出全球首个被条锈菌毒性蛋白利用的小麦感病基因TaPsIPK1，该基因编码胞质类受体蛋白激酶，在基础免疫中扮演负调控角色。

感病基因作用机制解析条锈菌分泌的毒性蛋白PsSpg1劫持TaPsIPK1，使其从细胞质膜释放入细胞核，通过操纵转录因子TaCBF1抑制抗性相关基因转录，同时增强TaPsIPK1转录，放大感病效应。

基因编辑技术精准敲除实现抗病利用基因编辑技术精准敲除感病基因TaPsIPK1，阻断了毒性蛋白与感病基因间的识别与互作，使小麦获得对条锈病的广谱抗性，同时保持原有优良性状。

编辑后小麦品系的抗病表现经过编辑的小麦品系在田间表现出色，对我国条锈菌三大主要流行小种具有持久且广谱的抗性，同时还能有效抵御小麦叶锈病，为抗病育种提供全新思路。多世代遗传稳定性验证经基因编辑的小麦品系在连续多代种植中，其编辑位点未发生回复突变或其他遗传修饰，目标性状（如抗病性）能够稳定遗传给后代。基因组背景稳定性评估通过全基因组测序等手段，未发现基因编辑操作对小麦基因组其他非靶标区域造成显著影响，确保了编辑品系的遗传背景纯净。农艺性状稳定性表现在不同环境条件下的田间试验表明，基因编辑小麦品系在株高、分蘖数、产量等主要农艺性状上表现稳定，与未编辑的原品种无显著差异。基因编辑小麦品系的遗传稳定性分析04抗病种质创新与品种培育综合抗源核心资源库的构建

全球小麦种质资源征集与筛选研究团队在世界范围内征集了超过14000份普通小麦，包含国内外农家种、主栽品种、高代品系和核心种质等，根据来源、生长习性和多样性，并结合条锈病各流行区特点，挑选2191份作为多样性代表进行研究。

全基因组重测序与变异图谱绘制对筛选出的2191份小麦种质进行全基因组重测序，绘制了高密度基因组变异图谱，为后续抗性基因挖掘奠定了基础。

大规模田间抗性表型数据采集结合多年多点的近47000个条锈病抗性表型数据，通过全基因组关联荟萃分析，系统揭示了全球各个麦区抗条锈病的遗传基础。

抗条锈病基因全景图谱绘制成功绘制出包含431个QTL位点的小麦基因组抗条锈病基因全景图，明确了抗病基因在各个锈病流行区的分布和利用规律，阐明了一个世纪以来小麦条锈病抗性基因选择特征和流行病学特征之间的关系。抗病基因聚合与分子标记辅助选择多样化抗病基因资源发掘

研究团队从小麦野生种、地方品种和育成品种中发掘出抗白粉病（如Pm5e、Pm24、Pm26等）、条锈病（如YrTD121、Yr5x等）、叶锈病（如Lr13等）等多样化抗病基因，发现NLRpair、串联激酶-NLR等免疫新模式。分子标记辅助选择技术应用

通过分子标记辅助选择，可精准追踪抗病基因在育种后代中的传递与整合，提高抗病基因聚合效率，缩短育种周期，为小麦多抗种质创新提供技术支撑。高产多抗新种质创制

将发掘的抗病基因进行聚合，结合分子设计，在高产品种遗传背景中创制出既高产又对叶部病害具有持久多抗特性的新种质，如携带新基因组合的育种材料已在多个小麦主产区开展田间试验。新品种培育与推广利用

利用抗病基因聚合与分子标记辅助选择技术，育成“科麦1609”和“中科366”等小麦新品种，并在黄淮主产区推广利用，为保障小麦安全生产发挥重要作用。高产多抗小麦新种质创制案例抗病基因聚合与分子标记辅助选择刘志勇研究员团队通过抗病基因聚合和分子标记辅助选择，在高产品种遗传背景中整合多样化抗病基因，成功创制出高产和叶部病害持久多抗的新种质和新品种，如"科麦1609"和"中科366"，并在黄淮主产区推广利用。感病基因编辑实现抗病高产协同西北农林科技大学团队利用基因编辑技术精准敲除小麦感病基因TaPsIPK1，阻断条锈菌毒性蛋白与感病基因互作，培育出的小麦品系对我国条锈菌三大主要流行小种表现出持久广谱抗性，同时有效抵御叶锈病，且在田间保持高产特性。新型抗病基因应用与综合抗源利用研究团队从全球小麦种质中发掘并验证了Yr5x、Yr6/Pm1、YrKB等突破性抗条锈病基因，其中YrKB基因在抵御条锈病和叶锈病的同时实现抗病性与产量协同提升，结合构建的小麦条锈病"综合抗源"核心资源库，为多抗高产种质创新提供优质基因组合。科麦1609与中科366等品种的推广应用品种研发背景与培育单位科麦1609与中科366是由中国科学院遗传与发育生物学研究所刘志勇研究员团队育成的小麦新品种，旨在通过抗病基因发掘与分子设计，实现高产与多抗的协同提升。主要推广区域与应用规模这些新品种主要面向我国黄淮小麦主产区推广利用，凭借其优异的抗病性和丰产性，已在该区域获得一定面积的种植，为当地小麦生产提供了优质种源。品种核心优势与生产效益品种结合了多种抗病基因，对条锈病、白粉病等主要病害具有良好抗性，同时保持了高产特性，在减少农药使用、降低生产成本的同时，保障了小麦产量稳定，具有显著的经济和生态效益。05田间表现与综合评价基因编辑小麦的广谱抗性验证对条锈菌主要流行小种的抗性表现经过基因编辑的小麦品系展现了对我国条锈菌三大主要流行小种的持久且广谱的抗性。对其他叶部病害的交叉抗性基因编辑小麦在获得条锈病抗性的同时，还能有效抵御小麦叶锈病，实现了多种叶部病害的综合防控。田间试验中的抗性稳定性在大田试验中，经过基因编辑的小麦品系在保持原有优良性状的基础上，对条锈病等病害的抗性表现稳定，显示出广阔的应用前景。传统抗病育种的产量瓶颈传统上主要依赖抗病基因来培育品种，这种抗性虽然强大，但往往容易被病菌克服，且可能伴随产量性状的降低。基因编辑实现抗病与高产的突破西北农林科技大学团队利用基因编辑技术敲除感病基因TaPsIPK1，成功培育出既对条锈病具有广谱持久抗性，又保持高产特性的小麦品系。新型抗病基因的协同效应研究发现新型兼抗条锈病和叶锈病基因YrKB，在抵御病害的同时，首次实现了抗病性与产量的协同提升，几乎无产量负效应。抗病性与产量性状的协同提升多位院士的学术评价与行业影响

植物病理学与互作领域的重大突破康振生院士评价，小麦感病基因的发现是植物与病原菌互作领域的重大突破，标志着我国在该领域取得显著进展，打破传统抗病基因育种思路，为抗病育种提供更多基因选择。

生产应用潜力与标志性成果认可陈剑平院士指出，通过破坏病菌效应子与感病基因互作创制的广谱持久抗性小麦材料，具有巨大田间应用潜力，是植物病理学与作物抗病育种领域的标志性成果，兼具理论突破与生产价值。

种业自主创新的新篇章开启许为钢院士认为，相关研究为我国种业自主创新开启新的篇章，抗条锈病基因全景图谱等成果为小麦育种提供“基因导航”，有望延长品种抗病寿命，为现代生物育种和病害绿色防控提供科技支撑。减少农药使用的绿色防控效益降低化学农药依赖，提升生态安全性抗病基因编辑小麦品种通过自身抗性抵御条锈病等病害，可显著减少农药喷施次数和用量，降低化学物质对土壤、水源及生态系统的污染风险，为农业可持续发展提供有力支撑。保障农产品质量安全，促进健康消费减少农药使用直接降低了小麦中农药残留的可能性，提升了农产品质量安全水平，有助于保障消费者健康，增强市场对小麦产品的信任度，推动绿色农产品消费。降低生产成本，提高农业生产效益农药采购、喷施等环节的成本较高，抗病品种的应用可减少相关投入，降低农民生产成本。同时，减少农药使用还能降低因农药使用不当对作物造成的药害风险，保障小麦产量稳定，提升农业生产综合效益。06技术创新与未来展望病毒载体瞬时递送技术在育种中的应用前景

突破传统转化效率瓶颈病毒载体瞬时递送技术显著提升了植物基因编辑的转化效率，有效解决了农杆菌介导转化等传统方法效率低下的问题，为小麦等复杂基因组作物的育种改良提供了新途径。

加速抗病基因编辑进程该技术已在小麦中成功应用，能够快速实现对感病基因（如TaPsIPK1）的精准编辑，有助于培育出既抗病又高产的小麦新品种，缩短育种周期。

拓展多作物编辑可能性除小麦外，病毒载体瞬时递送技术有望在马铃薯、油菜、咖啡、可可等更多作物中推广应用，2026年预计将有更多物种被纳入高效基因编辑的“可编辑清单”。

推动育种从实验室走向田间随着技术的不断优化，预计到2026年编辑效率将进一步提升，使基因组编辑技术从“实验室奇观”真正走向“田间现实”，为农业生产带来实际效益。单细胞转录组学解析病害抗性机制

01细胞级分辨率揭示病害响应异质性2026年，单核转录组学与空间转录组学技术实现微米级分辨率，可精准标注同一植株中不同细胞（如刚被侵染细胞、防御启动细胞、观望细胞）在病害进展中的差异响应。

02小麦条锈病时空响应图谱构建该技术已成功应用于小麦条锈病研究，通过追踪条锈菌感染小麦的时空动态，首次在“现场”而非“平均”层面揭示了小麦细胞对条锈菌的抗性启动、防御信号传导及代谢调控等复杂过程。

03助力抗病基因功能验证与机制阐释单细胞转录组学能够定位抗病基因（如Yr5x、Yr6/Pm1、YrKB等）在特定细胞类型中的表达模式，解析其在抗性通路中的调控网络，为深入理解抗病分子机制及精准育种提供更精细的科学依据。AI辅助抗病基因挖掘与设计AI驱动的抗病基因精准定位

2026年，大型语言模型（LLMs）在植物生态数据解码领域展现强大能力，可通过分析海量基因组数据、抗性表型数据，快速识别与小麦抗病相关的遗传位点，加速抗病基因发掘进程。单细胞时空转录组助力抗病机制解析

单核转录组学与空间转录组学技术结合，能在微米级分辨率上精准标注小麦条锈病等病害感染过程中不同细胞的差异响应，为AI分析抗病基因表达模式和调控网络提供“现场级”数据支持。AI辅助的多基因聚合与优化设计

AI技术可整合多种抗病基因（如NLRpair、WTK等）的功能信息，模拟不同基因组合在小麦中的互作效应，优化抗病基因聚合策略，助力创制具有广谱持久抗性且高产的小麦新种质。构建“综合抗源”核心资源库通过征集超过14000份全球小麦种质，筛选2191份多样性代表构建核心资源库，结合近4.7万份田间抗性表型数据，为抗病基因发掘与利用提供丰富材料基础。推广基因聚合与分子标记辅助育种将多个抗病基因（如Yr5x、Yr6/Pm5、YrKB等）通过分子标记辅助选择聚合到高产小麦品种中，创制兼具广谱持久抗性与优良农艺性状的新种质，如“科麦1609”“中科366”等。优化抗病基因布局与轮换机制基于抗条锈病基因全景图谱，明确不同麦区抗性基因分布规律，根据病原菌变异动态合理布局抗病基因组合，将品种抗病寿命从3-5年延长至10年以上，减少病害爆发风险。结合基因编辑技术培育持久抗病品种利用新型高效基因编辑系统（如Cas12i3-5M）精