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)》。

常规籼稻品种的稻瘟病抗性基因及穗颈瘟抗性分析

【目的】明确常规籼稻品种资源所携带的稻瘟病抗性基因及抗性效应。【方法】利用PARMS SNP分型技术,检测14个稻瘟病抗性基因在121份常规籼稻品种中的分布情况,并进行田间穗颈瘟自然鉴定,分析基因型和抗性的关系。【结果】大多数供试品种携带2~6个稻瘟病抗性基因,Pi46和Pia的检出率较低,分别为3.3%和7.4%;Pi54和Pi5检出率较高,分别为86.0%和67.8%;所有供试品种均不携带Pi9、Pigm、Pik-m和Pik。田间抗性鉴定结果表明,供试品种的穗颈瘟抗性普遍较弱,但广东品种的穗颈瘟抗性明显好于广西品种的;携带的抗性基因数量与穗颈瘟抗性间相关性不显著;Pi2和Pid3对穗颈瘟抗性贡献显著,优势比值分别为5.98和7.50;Pi2+Pid3+、Pi2+Pi33+和Pid3+Pi33+组合的田间穗颈瘟抗性表现较好。【结论】本研究结果为两广籼稻区稻瘟病抗性基因聚合育种的亲本选择提供了理论支持,为常规稻的合理布局提供了科学参考。

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。

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。

普通野生稻稻瘟病抗性基因Pi36等位基因的克隆与序列分析

为了研究稻瘟病抗性基因Pi36的进化机理,以孟加拉国普通野生稻W39、马来西亚普通野生稻W40、印度野生稻L56为材料,对Pi36等位基因进行了克隆和序列分析。测序结果与已知的Pi36和测序品种日本晴以及"93-11"的基因序列进行比较。结果表明,编码区6个品种间的同源性为83%～99%,CC-NBS区域的同源性平均为91%;LRR区域为95%。并且还发现在野生稻W39和W40基因的第二个外显子区域有一个转座子插入。进化分析表明,6个品种从整体上分为3类,L56、日本晴和Pi36聚为一类,说明这3个品种的亲缘关系较近;W39和W40聚为另一类;"93-11"的基因聚为单独的一类,处于独立进化的模式。

利用长片段PCR技术扩增全长稻瘟病抗性基因Pi36的初步研究

通过优化PCR扩增体系,利用长片段PCR技术扩增全长稻瘟病抗性基因Pi36。结果表明,利用扩增长片段的LA Taq酶,结合使用GC buffer I,以及热启动PCR技术和两步法扩增,在退火温度为62℃和62.8℃时,得到了扩增效率较高,特异性高的16.5kb目标带。

稻瘟病抗性基因Pita^2候选基因多位点编辑载体的构建

Pita2是定位于水稻第12号染色体着丝粒区域的稻瘟病广谱抗性基因,前期研究中通过精细定位得到了5个候选基因,其功能及作用原理还不清楚。本研究利用CRISPR/Cas9系统构建Pita2候选基因的多位点编辑载体。首先在候选基因外显子区域找到2个含有PAM序列的特异性靶位点序列,并构建候选基因入门载体SK-gRNA,然后利用同尾酶将SK-gRNA重组载体上的目的片段gRNA酶切,采用一步法将2个gRNA连接到双元表达载体p C1300-Cas9。质粒PCR鉴定以及测序的结果表明,以上5个多位点编辑载体构建成功。后期通过遗传转化并鉴定候选基因表达量与抗病性之间的关系,为水稻稻瘟病抗性基因Pita2功能研究奠定基础。

稻瘟病抗性基因Pita^2的克隆及其介导的防御相关基因表达分析

为了克隆位于水稻12号染色体着丝粒区域具有广谱抗性的稻瘟病抗性基因Pita^2,研究构建并筛选了该基因供体品种PiNo.4的Fosmid文库,构建Pita^2候选区域的物理图谱并互补验证了5个候选基因,克隆得到了稻瘟病抗性基因Pita^2,确认了该基因就是Ptr基因.一组基因型接近、对Pita^2致病性相反的稻瘟病菌菌株对水稻进行离体接种,接种前后相关防御基因的表达量分析结果表明,Pita^2基因在稻瘟病菌侵染后均成功激活了水杨酸和茉莉酸抗病信号通路,主要通过参与水稻水杨酸信号通路赋予水稻抗性,该研究为利用Pita^2培育持久广谱抗性水稻提供了一定的理论基础.

22个稻瘟病抗性基因在陕南山区的抗性效果鉴定

目的:鉴定22个稻瘟病抗性基因在陕南的抗性效果,以期为抗病育种提供适合的稻瘟病抗性基因。方法:研究以一套携带22个稻瘟病抗性基因的单基因系为材料,在陕南鉴定了22个稻瘟病抗性基因的抗性。结果表明,供试的22份材料中,中抗以上材料没有,中感材料有10份,比率为31.25%,中感材料包括:K3、K5、K8、K18、K19、K20、K19、K21、K22、K27、K28。分别携带抗病基因Pi-i、、Pi-ks、Pi-kh、Pi-1、Pi-3、Pi-5(t)、Pi-7(t)、Pi-9(t)、Pi-ta2感病材料有21份,比率为68.75%,大部分材料不抗病。结论:通过上述研究明确了22个抗性基因在秦巴山区的抗性效果,为今后利用分子标记开展抗病育种提供了良好的基础。

水稻稻瘟病抗性基因Pi2-InDel标记的开发与评价

通过对水稻抗稻瘟病基因Pi2/9位点上已克隆的功能基因及非功能位点序列的相互对比,鉴定到Pi2特异的核苷酸差异,开发了基于PCR技术的Pi2基因的插入/缺失(insert-deletion,InDel)标记,能有效地将Pi2与其它抗性等位基因及感病等位基因区分开。利用Pi2基因的分离群体进行标记选择与接种鉴定,结果表明Pi2-InDel标记能精确地选择Pi2基因。用Pi2-InDel标记对20份水稻品种和育种亲本进行分子检测,该标记能准确地将抗性基因分离开来。这为筛选水稻稻瘟病抗性种质资源,以及抗性标记辅助抗病育种提供了便利。

以稻瘟病抗性基因分析为基础的水稻品种抗性布局研究

为实现哈尔滨水稻品种稻瘟病抗性合理布局，本研究于2011年以24个抗稻瘟病单基因系和12个水稻品种为靶标，以120个稻瘟病茵单孢菌株和22个稻瘟病菌鉴别菌株为选择压力，通过喷雾接种和离体接种方式完成试验，同时对部分结果进行了PCR复检，获得了各稻瘟病抗性基因利用价值和水稻品种含有稻瘟病抗性基因的准确信息，得出以下结论：①24个稻瘟病抗性基因的抗谱在10．83％-93．33％，平均抗谱为38．09％；②12个水稻品种共检测到稻瘟病抗性基因10个，pi-a基因出现频率最高；③结合两方面信息，初步制定单一品种和多品种抗稻瘟病布局方案。

稻瘟病新抗性基因Pi39候选基因CRISPR/Cas9敲除载体的构建

Pi39是位于水稻第12染色体上的稻瘟病新抗性基因,为了明确其功能,本研究利用CRISPR/Cas9系统构建候选基因的敲除载体。通过对候选基因序列分析,将合成的靶位点序列插入入门载体p ENTR-sg RNA,再与表达载体Cas9发生重组。本研究首先在候选基因的第一个外显子区域找到了2个带有PAM序列的靶位点,将2个目的小片段依次克隆到p ENTR-sg RNA载体上。通过菌落PCR检测及测序,结果表明目的小片段插入位置正确。将入门载体与表达载体进行重组反应后,阳性克隆经菌落PCR和质粒DNA酶切鉴定并测序,结果表明重组载体构建成功。本研究利用CRISPR/Cas9系统构建敲除载体操作简单,耗时短,为进一步开展Pi39候选基因的功能研究奠定了基础。

香味基因和稻瘟病抗性基因在空育131中的聚合改良

空育131本身携带Pik和Pia 2个稻瘟病抗性基因,但目前该品种在黑龙江省的生产上表现为对稻瘟病的抗性差、抗谱窄,且稻米品质不具有香味,需要定向改良。运用基因聚合与传统杂交相结合的方法将香味基因Osbadh2(fgr)和稻瘟病抗性基因Pi1、Pi2、Pi9聚合于空育131中,以实现对空育131香味特征和稻瘟病抗性的遗传改良。最终,得到了3种双基因聚合的组合Pi1+fgr、Pi2+fgr和Pi9+fgr,后代植株对稻瘟病均有较强抗性,稻米具有香味品质,为进一步改良空育131品种奠定了基础。

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。

分子标记辅助选育含有抗稻瘟病基因和软米基因两系不育系水稻新品系

以“浦软粳S”为转育亲本,利用分子标记辅助常规育种技术成功培育出含有Pi 9,Pita,Pib和Pigm稻瘟病抗性基因及软米基因(Wx^mq),同时表现柱头外露率高的两系不育系水稻新品系“2179S”.“2179S”不育系茎秆粗壮,矮杆大穗,株高为63.8 cm,柱头外露率平均为60%.研究结果为今后培育具有稻瘟病抗性的优质两系杂交水稻新组合提供不育系亲本.

利用分子标记分析22种水稻10个抗稻瘟病基因的基因型

为了明确已克隆的部分稻瘟病抗性基因在上海市主栽水稻品种以及新培育的水稻品系中的分布,选取22份水稻为材料,利用分子标记检测技术,对10个已被克隆的抗稻瘟病基因进行基因型鉴定及分析.结果表明,22种水稻均含Pi36、Pi37、Pi-d2、Pib抗性基因,而Pi-kh、Pi9、Pi2、Pi-ta、Pikm抗性基因在22种水稻中分布各有不同,所有被测水稻中均不携带Pi25抗性基因.

水稻抗稻瘟病的遗传与育种研究进展

稻瘟病是影响水稻生产的主要病害之一,生产上对稻瘟病的防治没有特效的方法,更多依赖水稻品种自身的抗性来抵御病害的发生。因此,稻瘟病抗性的遗传和育种研究就具有十分重大的意义。在稻瘟病抗性遗传研究方面,到目前已经鉴定和定位了40多个抗稻瘟病基因,克隆了2个稻瘟病抗性基因Pi-b和Pi-ta。培育抗稻瘟病的水稻品种可采用如下策略:广泛收集稻瘟病抗源,经过稻瘟病老重病区长期自然选择得到的高抗材料和含有已定位抗性基因的抗源材料要作为重点抗源亲本;检测稻瘟病菌群体结构的变化,获取小种变化的准确信息;常规的有性杂交和转基因技术相结合导入抗性基因;人工接种抗性鉴定、分子标记辅助选择和病区病圃抗性鉴定技术相结合,提高杂交后代材料抗性鉴定的准确性,加快育种进程。

水稻优质抗稻瘟病新种质的创制

为了创制优质抗稻瘟病水稻新材料,研究以抗稻瘟病、恶白粒率低,碱消值高的种质资源IR79193-83-1-1-1为供体亲本,与强恢复系帮恢609为受体亲本进行杂交,对分离世代进行连续的功能标记辅助选择、米质外观、碱消值测定、稻瘟病抗性鉴定等的综合筛选,获得5份稻瘟病抗性强(均携带Pi9和Pi5抗性基因),综合农艺性状好,恶白粒率低,碱消值高的优质恢复系新材料,为杂交水稻新品种选育和种质创新提供材料。