新发现一个稻瘟病抗性基因

近日,中国水稻研究所种质资源研究创新团队利用全基因组关联分析鉴定了一个水稻稻瘟病抗性基因,并通过遗传学及生理生化实验揭示其抗病分子机制。该研究有助于深入理解植物抗病分子模型,同时也为水稻抗病品种的选育提供理论参考。相关研究成果发表在《植物通讯(Plant Communications)》。

利用分子标记辅助选择聚合Pi-1和Pi-2基因改良两系不育系稻瘟病抗性

以含广谱稻瘟病抗性基因Pi-1和Pi-2的BL122为供体,温敏核不育系GD-7S为受体,通过杂交、回交和自交并结合分子标记辅助选择,将Pi-1、Pi-2基因导入温敏核不育系GD-7S中,获得5个携带两个抗性基因的纯合改良不育株系。利用34个广东代表性稻瘟病菌株接种鉴定,5个改良株系的抗性频率为94.12%-97.06%,而对照GD-7S抗性频率仅为17.65%;自然病圃诱发鉴定5个改良株系的叶瘟和穗颈瘟均为0级,表现高抗。经自然条件和人工气候箱育性鉴定,改良株系与对照均为无或少花粉败育类型,自交结实率为0,说明不育起点温度与对照基本一致。统计分析表明,除剑叶长和每株穗数外,改良株系与对照在其他农艺性状方面均无显著差异。与恢复系L38杂交,改良株系的杂种F1与对照的F1大多农艺性状无显著差异,说明改良株系基本保持了GD-7S的农艺性状和配合力。

利用分子标记辅助选择改良温敏核不育系GD-8S的稻瘟病抗性

以含有广谱稻瘟病抗性基因Pi-1的籼稻材料BL122为供体,优质感病温敏核不育系GD-8S为受体,通过杂交、多次回交和自交结合分子标记辅助选择技术,将Pi-1基因导入GD-8S中。综合目标基因的分子检测、育性镜检、田间农艺性状表现以及遗传背景的回复率,筛选获得5个改良株系RGD8S-1、RGD8S-2、RGD8S-3、RGD8S-4和RGD8S-5。采用广东省具有代表性的33个菌株进行人工接种抗性鉴定,5个改良株系的抗性频率为75.76%～100.00%,而对照仅为9.09%。农艺性状分析表明,除剑叶长和每株穗数外,其余性状改良株系与对照无显著差异。这些改良株系可用于进一步测配选育高抗稻瘟病杂交稻新组合。

广谱稻瘟病抗性基因Pigm和Pi2的抗谱差异及与Pi1的互作效应

Pigm是Pi2基因簇的等位或紧密连锁基因。本研究构建了4个不同遗传背景下Pigm和Pi2的系列近等基因系，204个菌株苗期接种结果显示其抗性频率均超过70％，但Pigm和Pi2的抗谱重叠度仅为54．4％~65．7％，聚合Pi1／Pigm和Pi1/Pi2以杂种的抗性频率均超过90％。穗瘟人工接种及病圃自然诱发鉴定表现与苗期接种一致的发病趋势。农艺性状调查结果显示获得的近等基因系与其轮回亲本基本相似，存在较少的累赘连锁。表明Pigm是一个与Pi2抗谱差异明显的广谱抗性基因，对稻瘟病抗性育种具有重要应用价值。

稻瘟病抗性基因Pi25特异性CAPS标记的开发与验证(英文)

为在水稻育种中快速与高效利用稻瘟病抗性基因Pi25,本文利用该基因不同等位基因编码区序列差异开发了4套CAPS标记(CAP1/HincII、CAP3/BglII、CAP3/NdeI和CAP3/Hpy99I),并利用169份稻种资源、98个重组自交系(RIL)以及217个水稻转基因后代,对4套标记的准确性和选择效果进行了验证。结果表明,4套标记均能准确地检测Pi25/pi25座位。其中,标记CAP1/HincII和CAP3/Hpy99I特异性识别并酶切显性等位基因,而标记CAP3/BglII和CAP3/NdeI特异性识别并酶切隐性等位基因。利用稻瘟病菌株JS001-20接种RIL与转基因材料,抗性表现与标记检测的结果完全一致,表明该CAPS标记准确可靠。分析稻种资源后发现,Pi25基因频率较低(1.2%),说明该基因在我国水稻稻瘟病抗性育种中还没有被充分利用。本文的研究结果特别是开发的2对识别并酶切显性等位基因的CAPS标记可用于分子标记辅助选择,改良我国早籼稻的稻瘟病抗性。

水稻稻瘟病抗性基因Pi-2(t)的精细定位

利用重组自交系群体对水稻稻瘟病抗性基因 Pi- 2 (t)进行精细定位 ,将 Pi- 2 (t)定位于分子标记 RG6 4和 AP2 2之间 ,遗传距离分别为 0 .9c M和 1.2 c M。该研究建立了 Pi- 2 (t)基因和分子标记之间的紧密连锁 ,为提高分子标记辅助选择育种的效率 ,以及克隆该基因奠定了基础。

利用分子标记辅助选择改良培矮64S的稻瘟病抗性

培矮64S是广泛应用于我国两系杂交水稻的光温敏核不育系,但稻瘟病抗性较差,高感叶瘟和穗颈瘟。本研究通过分子标记辅助选择的方法将稻瘟病抗性基因Pi-1、Pi-2从供体BL6中回交聚合到培矮64S中,并筛选得到的10株改良株系。改良株系对稻瘟病叶瘟和穗颈瘟的抗性明显增强。其中1752S-1,1752S-2,1783S和1789S花粉育性整体表现良好,在长日低温条件下的花粉不育率均达到99.5%以上,且与对照培矮64S在0.05水平没有显著差异。另外,1752S在各农艺性状的综合考察上呈现出明显优势,尤其是产量相关性状优势明显。

应用分子标记技术改良京作1号的稻瘟病抗性

稻瘟病是危害水稻产量的重要生物胁迫之一。实践证明,解决这一问题的最有效方法是培育具广谱、持久稻瘟病抗性的品种并推广种植。本研究以优质、高产、感稻瘟病的京作1号为轮回亲本,与稻瘟病抗性基因Pi9、Pigm和pi21的供体材料进行杂交、回交和复交,结合分子标记辅助选择和农艺性状筛选,培育不同的单基因导入系和聚合系。苗期人工接种多个稻瘟病菌的结果显示,Pi9抗性改良系的抗性频率达到100%,Pigm抗性改良系平均为90%,均极显著高于轮回亲本京作1号的抗性频率,且农艺性状与京作1号基本一致。pi21抗性改良系的抗性水平与京作1号没有明显差异,单株产量极显著低于京作1号。与轮回亲本相比,Pi9和pi21聚合系的抗性频率极显著提高,达到93.33%,但单株产量明显降低。研究结果证实了Pi9和Pigm基因在大幅度提高抗瘟性的同时对主要农艺性状影响小,都具有较大的育种利用价值。基因pi21抗谱较窄,抗性不强,且可能存在对产量的负效应,不宜单独用来改良水稻品种的稻瘟病抗性,需要与抗性强的主基因聚合,通过多次回交和自交打破该基因与产量的不利连锁累赘。

利用分子标记辅助选择和花药培养改良光温敏不育系Y58S的稻瘟病抗性

Y58S是广泛应用的优良两系光温敏核不育系水稻品种。本研究通过分子标记辅助选择、花药培养与传统的回交技术相结合,将一全生育期广谱高抗稻瘟病基因R6导入Y58S,改良其稻瘟病抗性。根据改变激素的含量配制了4种诱导培养基,经比较发现激素配比为2,4-D3mg/L、KT1mg/L、NAA2mg/L的Y3培养基为Y58S背景材料花药培养的最佳培养基,其诱导率为15.08%,绿苗率为2.89%。本研究还获得1个含有R6基因的DH系,暂命名为YLH1,在远安自然诱发条件下稻瘟病抗性鉴定表明其分蘖期叶瘟抗性、抽穗期叶瘟抗性和穗颈瘟抗性均比对照Y58S显著提高。本研究表明花药培养和分子标记辅助选择相结合是改良光温敏核不育水稻稻瘟病抗性的快速、有效方法之一。

分子标记辅助选择改良水稻恢复系R389及其杂交种稻瘟病抗性

为了定向改良籼稻恢复系R389及其配制的杂交种的稻瘟病抗性,利用广谱持久抗稻瘟病基因Pi9设计特异性功能分子标记Ins1-1,用于开展分子标记辅助选择连续回交育种。室内接种抗菌圃分析结果表明,Pi9基因供体亲本75-1-127对20份供试稻瘟病菌中的18个小种表现出高水平抗性,而受体亲本R389对其中11个小种表现出抗性,双亲间抗性表现与抗菌谱差异明显,抗性频率分别为90.0%,55.0%;供体亲本75-1-127在自然稻瘟病病圃的苗瘟和穗瘟抗性表现均为高抗,R389的苗瘟和穗瘟抗性表现均为高感。Ins1-1是一个基于PCR的显性DNA标记,在两亲本间表现出明显且稳定的多态性;在Pi9供体亲本75-1-127和改良获得的R389群体及其配制的杂交种基因组中均扩增出一条大小为513 bp的稳定条带,而在受体亲本R389及两优389基因组中均无扩增产物;Ins1-1标记基因型对稻瘟病抗性表型的辅助选择效率达100%。从26个含Pi9纯合等位基因的BC6F3株系中筛选出一个高抗苗瘟和穗瘟、田间性状与受体亲本R389接近的改良恢复系R389-Pi9,并用它与温敏不育系P88s配制出高抗稻瘟病的两系杂交种两优389-Pi9;田间小区栽培试验结果表明,改良恢复系及其所配置的杂交种的全生育期、株高、结实率、千粒质量等主要农艺性状与相应对照相比均无显著差异,表现为遗传背景基本一致,实现了定向改良恢复系R389及其杂交种稻瘟病抗性的目标。

通过生育期基因型选择避免稻瘟病抗性与结实率的遗传累赘

利用重组自交系研究表明,在水稻第6染色体短臂上稻瘟病抗性基因Pi25(t)与控制结实率和每穗实粒数的QTL之间存在遗传累赘。为了验证这种关系,采用了更大的遗传群体进行分析,结果表明稻瘟病抗性与结实率存在遗传累赘,但未检测到稻瘟病抗性与每穗实粒数存在遗传累赘。通过对第7染色体长臂RM2-RM214区间抽穗期基因(qHD-7)型背景进行选择,可以打破或避免稻瘟病抗性与结实率的遗传累赘。为了进一步验证这种关系,选择Pi25(t)区间基因型不同、RM2-RM214区间基因型相同、其他染色体区间基本一致的两个株系发展新群体进行分析,除第6染色体的结实率QTL可以分解成2个效应较小的QTL(qSF-6-1和qSF-6-2)外,当第7染色体RM2-RM214区间基因型为中156背景时,Pi25(t)与结实率QTL(qSF-6-2)存在遗传累赘,且qSF-6-2来自父本谷梅2号的等位基因起减效作用;当第7染色体RM2-RM214区间基因型为谷梅2号背景时,第6染色体上没有检测到结实率QTL。上述结果说明在特定育种材料中对抽穗期基因进行选择可以成功打破或避免稻瘟病抗性与结实率的遗传累赘,为水稻以及其他作物的高产抗病育种提供了一种新途径。

云南省部分稻种资源稻瘟病抗性评价及基因分析

对 36 6份地方品种进行了稻瘟病叶瘟鉴定及评价。结果表明 ,陆稻地方品种中高抗的品种最多 ,占 36 7% ;其次是籼稻地方品种 ,占 6 3% ;粳稻最少 ,仅占 2 2 %。对 16个高抗稻瘟病的陆稻地方品种进行基因分析 ,发现 9个品种对所测试菌株受 2对基因控制 ,7个品种对所测试菌株受 3对基因控制。这些陆稻地方品种是发掘和定位新的抗稻瘟病基因以及抗性育种的重要素材和抗源。

云南稻作资源特征特性及生态地理分布研究Ⅵ.稻瘟病抗性资源的多样性分布研究

采用GIS、BioDiversity等技术,基于云南不同的稻作气候生境条件,分析了4763份苗瘟、4420份叶瘟和4251份穗颈瘟抗性多样性在不同气候类型和各类稻区中的表现,其结果为:①不同气候带对稻瘟病抗性多样性的形成有显著作用;②穗颈瘟抗性多样性在热带和亚热带高,温带低,有随海拔的升高、温度的降低而减小,反之增大的趋势,南亚热带、中亚热带、北亚热带是稻瘟病多样性富聚区域;③稻区内稻类型复杂,稻瘟病抗性多样性就丰富,多样性与稻种类型息息相关。其结果为利用稻瘟病抗性多样性控制稻瘟病提供了依据。此外,通过对稻瘟病抗性多样性的分析研究,挖掘了289份值得研究利用的优异的稻瘟病抗性资源。

利用分子标记辅助选择技术改良水稻恢复系N175的稻瘟病抗性

以水稻恢复系N175为轮回亲本,与携有稻瘟病抗病基因Pi-1/Pi-9/Pi-kh的恢复系金恢1059进行杂交和3次回交,并利用SSR标记对抗病基因进行跟踪选择,最终得到了16个N175的抗病近等基因系,其遗传背景恢复比例均达96.50%以上。室内接菌和田间自然诱发鉴定表明,N175的抗病近等基因系及其与不育系龙特浦A组配的杂交种的抗性表现均为抗(R),与供体亲本金恢1059相当,而N175和杂种特优175(龙特浦A/N175)分别表现为感(S)和高感(HS)。多数近等基因系与龙特浦A配制的杂种的主要农艺性状与特优175相近,其中8个杂种单株粒重高于特优175,2个杂种比特优175增产10%以上,说明这些新育成的抗病杂种基本上保留了特优175的优良特点,个别杂种的综合性状还明显优于特优175。

三黄占2号稻瘟病抗性与稻米直链淀粉含量的关系研究

以高抗稻瘟病、直链淀粉含量(AC)较高的三黄占2号和高感稻瘟病、AC较低的丽江新团黑谷衍生的重组自交系群体为研究材料,从性状的相关性和控制两性状的基因在染色体上的位置关系剖析稻瘟病抗性和稻米AC的内在关系。结果表明,两性状间没有显著的相关性。3个与AC相关的QTL分别被定位在第5、6和7染色体上,其加性效应均来自丽江新团黑谷,起降低AC的作用。比较这些QTL与先前对同一群体鉴定的稻瘟病抗性基因(主效基因和QTL)在染色体上的位置,表明控制这两性状的基因没有紧密连锁关系,亦没有显著的基因间互作。据此认为,通过亲本的合理选择和分子标记辅助选择,可以把三黄占2号稻瘟病持久抗性与理想AC整合到同一品系中,育成优质、抗病的优良品种。

三黄占2号EMS诱变突变体库的构建与稻瘟病抗性初步评价

三黄占2号是国际公认、具有稻瘟病持久抗性的籼稻品种。为了获得用于三黄占2号稻瘟病持久抗性基因鉴定及机制研究的突变体,利用化学诱变剂EMS对三黄占2号进行诱变处理,创建突变体库,并对三黄占2号EMS突变体进行稻瘟病抗性评价。以成苗率50%为标准,筛选出最佳EMS诱变浓度为0.8%。从M2代起以单粒传方法进行突变体库的构建,获得了性状相对稳定的7 387份M4代突变体。广东阳江稻瘟病自然诱发鉴定结果表明,约有5.9%和5.4%的材料的叶瘟和穗瘟抗性分别发生了突变,并观察到多种抗性变化类型,从中筛选出300份突变体作进一步的研究。

分子标记辅助选择改良C815S的稻瘟病抗性

为提高水稻两系不育系C815S的稻瘟病抗性,以含广谱抗稻瘟病基因Pigm的谷梅4号为供体,C815S为受体,通过杂交、回交并结合分子标记辅助选择,将Pigm基因导入C815S中,经抗性鉴定和综合农艺性状评价,获得了3个携带纯合抗性基因的改良不育株系(7CS01、7CS02、7CS03)。抗性鉴定结果显示:7CS01病级为1级,表现为抗;7CS02和7CS03病级为3级,表现为中抗;改良不育株系稻瘟病抗性综合指数平均较C815S提高58.05%;改良不育系穗数平均比C815S提高26.45%。

吉林省主要水稻品种稻瘟病抗性分析及分子辅助改良

为深入研究已经克隆的部分稻瘟病抗性基因在吉林省主要水稻品种和优良品系的分布,并为分子标记辅助选择培育稻瘟病抗性品种提供理论依据。根据已经克隆的10个稻瘟病抗性基因序列设计特异引物,对目前吉林省主要推广的13个水稻品种和15个主要品系进行稻瘟病抗性基因筛选。根据稻瘟病抗性基因筛选结果,进一步进行聚类分析、杂交组合配制及分子标记辅助选择,共获得24株理想的多基因聚合F4单株,并进行苗期稻瘟病接种鉴定。结果表明,Pi2、Pi36、Pi37、Pikh、Piz-t和Pi-ta等稻瘟病抗性基因在目前吉林省主要推广水稻品种中分布较为广泛,而Pi9、Pib、Pi21和Pi-d2分布较少。同时发现,品种间稻瘟病抗性基因有较好的互补性,可以有效地进行多基因聚合。因此,在吉林省通过分子标记辅助选择培育抗性优良的稻瘟病新品种是一种有效可行的途径。

优质杂交稻恢复系稻瘟病抗性初步评价

稻瘟病是危害水稻最严重的"三大病害"之一,属世界性病害,抗稻瘟病恢复系资源的挖掘利用研究,对选育高产、优质、抗稻瘟病的杂交稻组合具有重要的意义。在福建省上杭茶地稻瘟病自然鉴定点对162份有代表性的材料进行田间苗瘟、叶瘟和穗颈瘟发病率调查,茶地抗性鉴定综合表现为中抗以上的62份恢复系材料进行室内不同菌株的苗期鉴定,得到27份高抗至中抗稻瘟病水稻恢复系高代材料。调查结果表明,苗瘟、叶瘟和穗颈瘟的发病率分别为3.01%、12.42%和26.21%,苗瘟与叶瘟、苗瘟与穗颈瘟、叶瘟与穗颈瘟的发病率相关系数分别为0.69、0.67和0.78,都达到极显著水平。穗颈瘟的发病率明显大于苗瘟和叶瘟且穗颈瘟在不同时期的发病较高。苗瘟4～5级,后期穗瘟鉴定很可能达到感病或高感;在调查研究中穗颈瘟鉴定达到感病或高感,苗瘟或叶瘟鉴定一般为感病或高感。

利用分子标记技术聚合Pi-1和Pi-2基因改良三系不育系荣丰A的稻瘟病抗性

以籼型水稻材料BL122为稻瘟病抗性基因的供体亲本,三系不育系荣丰A的保持系荣丰B为轮回亲本,通过常规杂交、回交、田间农艺性状筛选和分子标记辅助选择相结合,将Pi-1、Pi-2两个基因导入到荣丰B中,获得5个带有两个目标基因的改良保持系纯合株系。利用广东省致病性代表的30个稻瘟病菌株进行人工接种鉴定,5个改良株系的抗性频率均为100%,而原始对照荣丰B的抗性频率仅为56.67%;自然病圃诱发鉴定5个改良株系的穗颈瘟均为1级,表现高抗,而对照为7级,表现感病。所有改良保持系株系与荣丰A杂交和回交进行不育系转育,根据农艺性状综合评价,筛选出不育性彻底、后期熟色好的三系不育系安丰A。利用该不育系与一批恢复系配组,其杂交稻组合均表现出良好的稻瘟病抗性和丰产性,显示出很好的应用前景。