24个水稻抗稻瘟病单基因系的抗性评价与利用前景分析

利用抗性基因培育抗病品种是防治稻瘟病最经济、快速、有效的手段。湖南桃江病圃是湖南省及长江中下游稻区水稻区域试验新品种的抗稻瘟病鉴定基地。为明确主要抗稻瘟病基因在该病圃的应用价值,本研究于2020—2021年评价了24个抗稻瘟病单基因品系在湖南桃江病圃的田间抗性。结果表明,含Pi-z^(5)、Pi-1、Pi-7与Pi-ta^(2)等单基因的品系对苗叶瘟均表现中抗水平,含Pi-1、Pi-z^(5)、Pi-ta^(2)、Pi-12(t)与Pi-k^(m)等单基因的品系对穗颈瘟表现抗或中抗。综合来看,Pi-1、Pi-z^(5)、Pi-ta^(2)等单基因对苗叶瘟与穗颈瘟皆表现出较好的田间抗性,可单独或与其它抗性基因聚合应用于抗稻瘟病育种与生产中。研究结果对指导湖南省乃至长江中下游稻区水稻抗稻瘟病品种选育与合理利用均具有重要意义。

抗稻瘟病单基因系对籼稻稻瘟病菌小种鉴别力分析

利用 30个抗稻瘟病单基因系对 14 6个来自广东的稻瘟病菌单孢分离菌株进行了致病性测定 ,其中 17个单基因系对测试菌株的致病性有较好的鉴别力。基于主成分因子分析法 ,对 17个单基因系和 14 6个菌株组成的互作变量矩阵进行了因子提取 ,结果表明其中 9个单基因系为代表的抽提因子可以解释变量总方差的 80 .4 37% ,初步组建了这 9个单基因系构成的稻瘟病菌生理小种单基因系鉴别寄主。按其对变量方差贡献大小排序 ,它们分别是 :IRBLkp K6 0 (Pi kp)、IRBLi F5(Pi i)、F12 8 1(Pi ta2 )、IRBL9 W (Pi 9(t) )、IRBLsh S (Pi sh (1) )、IRBLz Fu(Pi z)、IRBLkh K3(Pi kh)、IRBL1 CL(Pi 1)、IRBLz5 CA(Pi z5)。用这 9个单基因系可将 14 6个菌株划分为 83个小种 ,将来自广西、福建、湖南、湖北、浙江、四川等籼稻区的 5 4个菌株划分为 2 6个小种。筛选的 9个单基因系对我国籼稻区稻瘟病菌致病性有较强的鉴别力。在抗病性鉴定中 ,基于单基因系的代表菌株选择 。

小麦品种及单基因系与叶锈菌互作的组织学和超微结构研究

应用荧光显微镜、微分干涉显微镜和电镜技术 ,比较研究了洛 10和冀麦 3号及其相应的单基因系L r2 6和 L r3Bg接种小麦叶锈菌后的组织病理学和超微结构特征。洛 10和 L r2 6的组织学表现极其相似 ,呈典型的早期过敏性坏死反应 ,导致侵染结构败育 ;冀麦 3号和 L r3Bg的组织学表现出一定差异 ,锈菌在 L r3Bg上的发展要快于呈现出慢锈特征的冀麦 3号。超微结构研究表明 ,小麦叶锈菌在洛 10和冀麦 3号上的发育受到了程度不同的抑制 ,表现为锈菌和寄主在细胞和亚细胞水平上有一系列变化。过敏性坏死反应和胼胝质的形成是 2个重要的抗锈机制。

24个单基因系对黑龙江省优势菌群的抗性及联合抗病性分析

为明确24个抗稻瘟病基因在黑龙江省的抗性水平及其利用价值,采用苗期喷雾的方法,将2006年黑龙江省优势菌株和强致病力菌株接种于以丽江新团黑谷为轮回亲本培育而成的含有24个抗瘟单基因系上。结果表明:水稻抗瘟基因Pi-9(t)对优势和强致病力菌株抗性最强,抗谱分别为100%和100%;对2个抗瘟基因的联合抗病性分析表明,基因两两搭配后的联合抗病系数最高、联合致病系数最低的组合是Pi-9(t)*Pi-z5,分别为0.78和0.00。分析得出,黑龙江省稻瘟病菌致病力较强,大部分抗瘟基因都已失去抗性,急需引进新的抗瘟基因。

不同低反应型抗锈单基因系与小麦叶锈菌互作的组织病理学比较研究

用荧光显微技术和微分干涉技术比较研究了３种不同低反应型抗锈单基因系与小麦叶锈菌互作的组织病理学表现。近免疫单基因系Ｌｒ９呈现为早期过敏性坏死反应无菌丝同步坏死型；高抗单基因系Ｌｒ２９呈现为早期过敏性坏死反应有菌丝同步坏死型；中抗单基因系Ｌｒ２７呈现为非亲和性反应的延迟表达型。以上结果证明不同类型的低反应型组合寄主细胞坏死的起始时间和发生速度以及菌丝体扩展、吸器母细胞和吸器形成的受抑时间和受抑程度有明显差异。

两个水稻抗稻瘟病单基因系防卫反应相关酶的活性变化

本研究利用抗谱差异较大的两个水稻抗稻瘟病基因Pik-h和Pik-s的单基因系为材料,以不含抗性基因的普感亲本丽江新团黑谷(LTH)作对照,分别接种非亲和菌株G85和亲和菌株G64-1,研究接种后不同时点水稻叶片几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶、过氧化物酶、多酚氧化酶和苯丙氨酸解氨酶等5种防御酶的活性变化,以探究水稻抗稻瘟病基因的抗性水平差异与防御酶活性的关系。结果表明,接种后水稻叶片中5种防御酶活性水平均明显升高,但不同材料接种不同菌株后防御酶活性的升幅有差异。在接种G85后的大多数时点,广抗谱的Pik-h单基因系与窄抗谱的Pik-s单基因系相比,前者表达的几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶和苯丙氨酸解氨酶的活性水平升高或显著升高,过氧化物酶和多酚氧化酶的活性水平降低或显著降低。除了过氧化物酶外,其余4种酶的最高酶活性均以Pik-h单基因系最高。在接种G64-1后的各个时点或绝大多数时点,广抗谱的Pik-h单基因系与窄抗谱的Pik-s单基因系相比,前者表达的几丁质酶、过氧化物酶、多酚氧化酶和苯丙氨酸解氨酶的活性水平和最高酶活性升高或显著升高,只有β-1,3-葡聚糖酶活性水平显著降低或无明显差异。在接种后的大多数时点,LTH表达的防御酶活性显著低于单基因系或与单基因系无显著差异。本研究结果体现了抗性基因的抗性水平与防御酶活性水平基本呈正相关关系。

玉米抗大斑病菌单基因系的建立及其在Exserohilum turcicum生理小种鉴定中的应用

利用美国A632,B37,B73,B68,C103,Va26等30个Ht单基因鉴别寄主,按美国伊利诺伊大学的大田接种方案与鉴定方法,建立了适合中国的监测玉米大斑病菌生理小种鉴定的21个Ht单基因系.从吉林省15个地区的不同玉米品种中采集玉米大斑病样本,采用单孢分离获得了32个玉米大斑病菌菌株,利用已建立的上述21个Ht单基因鉴别寄主,通过美国的大田鉴定方案进行生理小种鉴定.结果表明,这32个菌株均为0号小种,并未出现生理小种分化现象.

24个水稻抗稻瘟病单基因鉴别品系悬浮细胞系的建立

以IRRI-Japan24个水稻抗稻瘟病单基因鉴别品系和对照普感品种丽江新团黑谷（LTH）的成熟种胚为材料诱导愈伤组织，诱导过程中发现不同基因型愈伤组织诱导能力差异极大，愈伤组织诱导率在14．3％-97．1％，将2,4-D浓度从3．0mg／L提高到5．0mg／L时，可提高愈伤组织诱导率。经诱导成功的水稻愈伤组织继代培养一段时间后，不同基因型的愈伤组织继代特性出现明显差异，选取生长状态良好的单株系愈伤组织建立了水稻悬浮细胞系。悬浮培养过程中对胚性悬浮系的细胞形态变化进行了观察。发现细胞的形状由开始的不规则、长条形逐渐转交成近椭圆形、椭圆形；细胞质由很淡、透明、具明显的大液泡逐渐转变成浓厚、不透明、较小的液泡。大多数品系的单细胞率由30％-40％提高到60％～90％。本研究通过努力，建立了14种单基因型水稻材料的稳定悬浮细胞系，构建过程中发现基因型、继代培养特性、愈伤组织类型选择是影响胚性悬浮细胞系建立的重要因素。该悬浮细胞系的建立为进一步研究稻瘟菌分泌蛋白与水稻细胞互作的生化机理奠定基础。

重庆市稻瘟病菌致病型单基因鉴别寄主筛选

利用30个抗稻瘟病单基因系对重庆市242个稻瘟病菌株进行致病型研究,242个菌株可分为58个致病类型,其中致病型25、11和22属于优势致病型,这3个致病型的菌株数占参试菌株的43.0%;以相似度70%为界,可将30个单基因系划分成9个不同的抗病型,并依据各单基因系对58个致病型菌株的抗性反应,筛选出F80-1(Pi-k)、IRBL9-W(Pi-9)、IRBLz5-CA(Pi-z5)、F128-1(Pi-ta2)、IRBLzt-T(Pi-zt)、IRBLkh-K3(Pi-kh)、IRBLkp-K60(Pi-kP)、IRBLz-Fu(Pi-z)、IRBL12-M(Pi-12)等9个对重庆市稻瘟病菌具有较好鉴别力的单基因鉴别寄主。

宁夏稻瘟病菌致病型单基因鉴别寄主筛选研究

利用24个抗稻瘟病单基因系对103个稻瘟病菌株进行致病型研究,采用聚类法和主成分分析法,对抗感反应进行了相关性分析。结果表明,24个单基因系可划分成7个不同的抗病型,从24个单基因系中筛选出R BL1_C L(Pi1)、IRBLI_F5(Pii)、IR BL19_A(Pi19)、R BL5_M(Pi5)、IR BLZ T_T(Pizt)、IR BLB_B(Pib)、IR BL9_W(Pi9)等7个单基因系构成新的鉴别体系。103个菌株可分为40个致病类型,其中致病型N A 01占12.6%,N A 33占7.8%,N B01占9.7%,N C 01占11.7%,N D 01占12.6%,这5个致病型的菌株数占参试菌株的54.4%,属优势致病型,是对宁夏稻瘟病具有较好鉴别力的单基因鉴别寄主。

我国稻瘟病菌毒力基因的组成及其地理分布

用我国育成的 6个近等基因系和IRRI 日本合作育成的 2 4个单基因系 ,对来自我国吉林、辽宁、河北、江苏、浙江、四川、湖南、福建、广东和云南 10个省的 32 2个稻瘟病单孢菌株的毒力基因组成及其地理分布进行了测定和分析。结果表明 ,我国稻瘟病菌株含有与所有测试抗病基因相应的毒力基因 ,其中Av kh+、Av z +、Av z5+和Av 9(t) +的出现频率低于 2 0 % ,Av a(1) +、Av a(2 ) +、Av i+、Av 7(t) +、Av 3+、Av b +、Av kp+、Av ks(1) +、Av ks(2 ) +、Av ta(1) +、Av ta(2 ) +、Av t+、Av sh(1) +、Av sh(2 ) +、Av 19(t) +及Av km +的出现频率高于 5 0 % ;吉林省、浙江省、四川省、广东省和云南省尚未发现含有Av 9(t) +的菌株 ,四川省、广东省和云南省尚未发现含有Av kh+的菌株 ,福建省尚未发现含有Av z+的菌株 ,浙江省尚未发现含有Av zt+和Av z5+的菌株 ,其余 2 5个毒力基因在各稻区均有分布 ;我国稻瘟病菌群体的毒力基因在南方籼稻区和北方粳稻区的出现频率 ,与相应抗病基因的籼。

水稻抗稻瘟病基因和杂交稻品种在四川的抗性评价

为指导四川抗稻瘟病品种选育和合理布局,在四川蒲江、雅安和江油对含20个不同抗稻瘟基因的25个单基因系以及134个以杂交稻为主的四川水稻主栽品种进行了抗稻瘟病鉴定。结果表明,其中携带抗瘟基因Pi-km,Pi-kp,Pi-kh,Pi-z5或Pi-9(t)的抗稻瘟病单基因系在各病圃抗性表现较优。134个品种中98.48%的品种在蒲江和叙永叶瘟表现为感病,63.43%的品种在雅安叶瘟表现为感病;在各病圃均得到颈瘟数据的126个品种中,至少在一个病圃抗颈瘟的有4个,其中D优202在叙永、蒲江和雅安病圃叶瘟和颈瘟均表现为抗或中抗,而在各病圃颈瘟均严重感病(9级)的有27个品种。D香287叶瘟阶段在叙永和雅安表现为抗或中抗,颈瘟在叙永和蒲江也表现为抗病,而Q优2号在各试验地叶瘟颈瘟均表现为感病,这均与相应单基因系在各病圃抗性表现相一致。

黄淮麦区小麦品种抗叶锈病基因分析

选择１５个具不同毒性基因组合的叶锈菌系，采用基因推导方法分析黄淮麦区２１个小麦新品种所携带的抗叶锈病基因状况。在供试的３０个已知抗叶锈病基因中，推导出了７个抗性基因：Ｌｒ１、Ｌｒ３ａ、Ｌｒ３ｋａ、Ｌｒ１６、Ｌｒ２６、Ｌｒ３０和Ｌｒ３２。它们以单基因或基因组合形式分布在１４个小麦品种中，其中Ｌｒ２６是供试材料的主要已知抗叶锈病基因。还有一些品种具有不同于上述已知基因的未知基因，其余品种则不含任何抗叶锈病基因。

源于广8 A杂交稻组合的稻瘟病菌无毒基因型分析

【目的】分析源于广8 A杂交稻组合的稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)无毒基因型,为华南不同主栽抗病水稻品种的合理布局提供参考依据。【方法】利用抗稻瘟病单基因系,对稻瘟病菌单孢分离菌株进行致病型测定;并根据已克隆的且与稻瘟病菌致病性相关的8个无毒基因功能性分子标记进行分离菌株的无毒基因型分析。选取分离自广8 A杂交稻组合的27个稻瘟病菌单孢菌株,提取各菌株的菌丝体DNA作为模板,进行PCR扩增及琼脂糖凝胶电泳检测。并对其中的7个稻瘟病菌菌株进行相应无毒基因全长或CDS区域的PCR产物测序,将测序序列与相应无毒菌株的无毒基因序列进行比较分析。【结果】所测定的菌株对其中的5个单基因系IRBLkh-K3(Pikh)、IRBLb-B(Pib)、IRBLz5-CA(Pi2)、NIL-e1(Pi50)和IRBL9-W(Pi9)表现高的无毒性频率(>85%),所有菌株对单基因系IRBL9-W(Pi9)和NIL-e1(Pi50)都表现无毒;这些菌株对其中的7个单基因系表现较低的无毒性频率(<20%),包括IRBLks-F5(Piks)、IRBLa-A(Pia)和IRBL19-A(Pi19)等,表明分离自广8 A杂交稻组合的稻瘟病菌对不同的单基因系表现出不同的致病型。所有菌株都被检测出含无毒基因AvrPi9和AvrPik,并可检测到无毒基因AvrPik的2种类型:AvrPik-D型和AvrPik-E型,但未检测出无毒基因Avr1-CO39、AvrPii和AvrPia。在部分菌株中能检测到无毒基因AvrPiz-t、AvrPib和AvrPita预期大小的产物,但在所检测的菌株中均以较低的频率与不同的突变类型出现。对GD13-621、GD14-349与GD15-291等7个菌株分别进行相应无毒基因的PCR产物测序,AvrPi9、AvrPita及AvrPiz-t的基因序列与其各自无毒菌株的无毒基因序列完全一致,表明分离菌株中这3个无毒基因的基因结构相对稳定。测序菌株的AvrPib基因序列与已报道的AvrPib无毒菌株的序列在基因的上游区域存在2个SNP的差异及3个连续碱基的插入,具有较丰富的多样性;6个测序菌株的AvrPik基因序列高度一致,仅在编码区存在1个SNP的差异即136(C/A),该位点SNP的变异导致氨基酸的错义突变46(H/N),表现为菌株携带AvrPik-D或AvrPik-E型。【结论】在华南主栽品种广8 A杂交稻组合上分离的稻瘟病菌中AvrPi9和AvrPik分布较为广泛,在上述品种感病区域,可选用含Pi9和Pik的抗病品种作为轮换种植。

江苏水稻品种稻瘟病主效抗性基因鉴定及应用评价

以28个抗稻瘟病单基因系和740个水稻品种为材料,在江苏省连云港市的水稻种植区进行稻瘟病抗性的田间鉴定。结果表明,28个单基因系中藤板5号(Pii)、砦1号(Pizt)、F-80-1(Pik)、F-124-1(Pita)、F-98-1(Pikm)、F-128-1(Pita2)、C101LACC[Pi1(t)]、C101A51[Pi2(t)]和C104PKT[Pi3(t)]等表现较高的抗性,供试材料中高抗、抗、中抗、中感、感和高感的品种数分别是97、230、200、93、48和55个。从中选出Pii、Pikh、Pi1、Pi2、Pita、Pik、Pikm、Pikp和Pib,并增加了广谱高抗基因Pi9,对其中的195个高抗、高感和重要品种进行抗性基因功能标记分析,结果表明,含有Pii、Pikh、Pita、Pib、Pi2和Pik的品种数分别有28、40、52、110、11和2个,未检测到含有Pi1、Pikm、Pikp和Pi9的品种。除Pib外,其他3个检测到的基因基本都存在于抗性或高抗品种中。

24个抗瘟基因与哈尔滨市稻瘟病菌互作分析

为明确24个抗瘟基因与哈尔滨市稻瘟病菌的互作情况,应用田间自然感病结合室内接种的方式完成试验,得出以下结论：（1）2012年有Pi-12（t）、Pi-7（t）、Pi-9（t）、Pi-z5、Pi-20、Pi-ta2和Pi-sh 7个基因对稻瘟病表现免疫,2014年又新增Pi-km 和Pi-5（t）2个基因表现免疫；（2）Pi-i和Pi-k是植株发病率和叶片发病率上升幅度最大的基因,Pi-t和Pi-z是植株发病率和叶片发病率下降幅度最大的基因；（3）2012年病情指数最高的3个基因为Pi-z、Pi-kh 和Pi-k,其病情指数分别为14.04、13.50和12.40,2014年病情指数最高的3个基因为Pi-k、Pi-a和Pi-i,其病情指数分别为65.39、33.64、29.38,叶片发病率与病情指数相关度最高；（4）从室内接种结果看,24个抗瘟基因都存在被稻瘟病菌侵染的风险,其致病性相似系数介于0.20-0.75之间。综合分析,24个抗瘟基因对稻瘟病的抗性在年际间存在波动,稻瘟病菌的致病性呈集中化趋势。

两套鉴别品种对云南稻瘟病菌株鉴别能力的比较

【目的】比较日本鉴别品种和国际水稻研究所(IRRI)以中国普感品种丽江新团黑谷为回交亲本选育的水稻近等基因品系的鉴别能力。【方法】应用云南省3个稻作区27个县(市)采集、分离的418个稻瘟病菌分生孢子单孢菌株,分析两套水稻鉴别品种的鉴别能力,两套材料各由9个携带不同主效抗稻瘟病基因的品种组成,一套为日本鉴别品种,另一套为2个日本鉴别品种和7个以普感品种丽江新团黑谷为背景的近等基因系(IRBL鉴别品系)组成。【结果】以普感品种丽江新团黑谷为回交亲本选育的IRBL鉴别品系有较高的鉴别能力。IRBL鉴别品系可鉴定出126个小种,而日本鉴别品种鉴定出的小种数仅为95个。【结论】使用遗传背景一致,主效抗病基因不同的鉴别品种是较为理想的,有较高的鉴别能力。

不同遗传背景下稻瘟病菌致病性对比分析

稻瘟病是黑龙江省水稻生产中的主要病害之一,造成重大产量损失。本文为明确不同遗传背景下4个稻瘟病菌株群致病性及其寄主品种的抗性改良情况,以中国鉴别品种、日本清泽鉴别品种、水稻单基因系品种和当地水稻品种为鉴定体系,以各群菌株为研究靶标,通过喷雾接种方式,结合联合抗病性和基因聚合方式完成改良分析得出下列结论：（1）在中国鉴别品种体系下,源自空育131、垦稻12、上育397和哈9811的菌株分别被划分为10个、6个、6个和9个生理小种,源自哈9811的菌株的优势小种为ZF1,其他3个类群菌株的优势小种均为ZG1。（2）在日本清泽鉴别品种体系下,源自空育131、垦稻12、上育397和哈9811的菌株分别被划分为19个、11个、13个和14个生理小种,其致病率平均值分别为54.17%、46.21%、41.67%和59.90%。（3）在水稻单基因系品种体系下,源自空育131、垦稻12、上育397和哈9811的菌株分别被划分为20个、11个、12个和16个致病型,其致病性相似系数分别介于0.20-0.87、0.25-0.90、0.25-1.00和0.31-0.88。（4）在当地水稻品种体系下,源自空育131、垦稻12、上育397和哈9811的菌株分别被划分为12个、7个、9个和13个致病型,其最佳抗性品种分别为龙盾104、松粳6号、松粳9号和龙稻7号。（5）从抗性改良角度分析,应用联合抗病性方式,其联合抗病性系数和联合致病性系数平均值分别介于0.71-0.92和0-0.08,效果较好;应用基因聚合方式,对源自空育131、垦稻12、上育397和哈9811的菌株表现免疫的基因组合分别有2个、2个、5个和7个。综合分析,以水稻单基因系品种为体系进行稻瘟病菌株致病性分析效果较好;2种抗性改良方式效果都较好,但也各有利弊。

中国小麦条锈菌当前主要流行小种毒性分析

为了给小麦抗病基因的合理布局和开展预见性抗病育种提供参考依据,采用已知抗条锈病基因的单基因系,在苗期和成株期分别接种我国当前条锈菌主要流行小种CYR32、CYR33和V26,同时结合甘肃天水田间的抗病鉴定,最终明确了这3个流行小种在单基因系上的毒性谱。结果发现这三个小种的毒性谱都很宽并且相互交叉,结合起来使得国际上目前创制的单基因系材料只有Yr5和Yr15在所有鉴定中都呈现高抗反应,YrExp2和YrTr1在成株期具有使用价值,这些抗病基因应在今后的抗条锈病育种中加大应用。

吉林省稻瘟病菌的致病性分析

用中国稻瘟病菌生理小种鉴别品种对2008年采集的稻瘟病标样进行分离、鉴定。鉴定的100个单孢菌株中,优势种群为ZE群,优势生理小种为ZE1,其次是ZG1和ZA57。并用9个单基因系对稻瘟病菌生理小种致病性进行测定。