基于CRISPR/Cas9技术的水稻抗稻瘟病基因Pita突变体的创制

以粳稻品种‘日本晴’(Oryza sativa subsp.japonica‘Nipponbare’)为转基因受体,利用CRISPR/Cas9技术对抗稻瘟病基因Pita的第6至第25位碱基进行定点编辑,对突变体进行鉴定,筛选出不含T-DNA区的纯合突变体,并对该基因纯合突变体的稻瘟病抗性及6个稻瘟病病程相关基因的表达水平进行分析。结果表明:在获得的8株T0代阳性转基因植株中,有7株为突变体植株,包括1株杂合体和6株纯合体,突变率和纯合突变率分别为87.5%和85.7%,突变类型包括碱基置换、碱基插入和碱基缺失。通过PCR检测获得42株T1代T-DNA阴性植株,全部为纯合突变体。纯合突变体的稻瘟病抗性分析结果表明:接种稻瘟病菌小种CH199(Magnaporthe oryzae strain CH199)后,Pita基因编辑材料V1-38-5的T2代植株叶片病斑面积明显大于野生型‘日本晴’,平均病级为4.1±0.2,极显著(P<0.01)高于野生型‘日本晴’(3.0±0.2)。此外,与野生型‘日本晴’相比,V1-38-5的T2代植株PR2和PR1b基因的相对表达量在接种稻瘟病菌小种CH19912 h时较低,其PR2、PR1b、PR3和E2F基因的相对表达量在接种稻瘟病菌小种CH19924 h时也较低。研究结果显示:利用CRISPR/Cas9技术对水稻Pita基因进行定点编辑能够获得稳定遗传且更易感病的纯合突变体材料,这些材料可用于水稻抗性品种选育和品质改良,在一定程度上加速水稻定向分子育种的进程。

辽宁地区粳稻品种抗稻瘟病基因Pita的等位基因类型及其功能研究

Pita是最早被定位的抗稻瘟病基因之一,并广泛应用于世界各稻区的抗稻瘟病品种选育中。研究不同地区水稻品种中Pita等位基因的类型及其对田间流行病原菌的抗性对于水稻抗病育种具重要意义。本研究选用17份辽宁地区粳稻品种,通过对供试材料的Pita等位基因进行测序,发现该基因在这些品种中只有两种类型(Pita-A,Pita-B),他们之间存在7个单碱基突变(SNP),未发现插入缺失突变,这些突变导致5个氨基酸发生变化,没有导致基因表达的提前终止;通过人工接种鉴定,发现含有Pita-A的水稻抗病率仅为20%,而含有Pita-B的水稻抗病率高达70%,表明Pita-B对辽宁地区稻瘟病菌具一定抗病性,但当将Pita-B克隆并转化于感病品种辽星1号时,转基因T0代植株对同样的病原菌仍表现感病,进而表明单独携带Pita抗病基因的水稻品种对辽宁地区稻瘟病菌抗性较差,在进行抗病品种选育时,需与其它基因聚合使用,以提高品种的广谱抗性。

贵州地方水稻品种抗稻瘟病基因Pita功能区段序列变异分析

为了揭示贵州水稻地方品种Pita基因序列变异类型和地理分布特点,以贵州省收集到的91份地方水稻品种为供试材料,设计抗稻瘟病Pita基因特异引物对Pita基因第二编码区功能位点区段进行PCR扩增及测序分析。研究表明,91份贵州地方水稻均持有抗稻瘟病Pita基因,DNA序列存在6个变异位点,氨基酸序列存在4个变异位点,归为7种DNA单倍型和5种蛋白型,其中Pita-H1(63.74%)、Pita-H2(18.68%)的频率较高,是贵州的优势单倍型,其他单倍型频率较低。携带Pita抗性基因(编码区第2 752位功能位点碱基为G)的品种仅6个,占供试材料的6.59%,且与越南抗性品种Tetep序列一致。Pita抗性基因在贵州省广泛分布不平衡,且频率较低。本研究为挖掘和利用贵州地方稻种的抗稻瘟病基因资源提供了参考。

一种高效便捷的水稻DNA提取法及其应用

以水稻叶片、根和种子为材料,采用高通量快速法提取基因组DNA,用稻瘟病Pita基因分子标记进行检测,获得与预期片段大小一致的特异性条带,对165份育种材料的检测结果与稻瘟病接种鉴定一致。操作方法如下:将少量水稻叶片、根或种子放入200μL PCR盘中,加入70μL缓冲液A(含NaOH和Tween20),在PCR仪中加热到95℃,保持10min,再加入70μL缓冲液B(Tris-HCl和EDTA),该提取液可以直接用于PCR扩增。该方法具有几个优点:1)成本低,仅用4种化学试剂,共140μL提取液;2)操作简便,仅需3步,每人每天可以提取上千份样品;3)仪器设备简单,只用常规的PCR仪;4)可直接提取干种子的DNA;5)DNA质量好,能检测出水稻中的抗稻瘟病单基因Pita,并且与稻瘟病接种鉴定结果一致;6)用量少,只需要5～20mg叶片、20mg根或半粒籽粒。尤其是检测大量样本的基因型时,此种方法更显得高效便捷。