水稻抗稻瘟病基因Pi2的KASP标记开发与应用

【目的】水稻稻瘟病抗性基因Pi2对稻瘟病生理小种具有广谱抗性,开发Pi2的KASP分子标记并对其评价,为抗稻瘟病水稻品种分子育种提供简便、可靠的基因分型检测方法。【方法】利用593份自然群体中筛选出的不同抗性和亲缘关系的2份材料H-74和H-78,针对Pi2基因核心区域的SNP位点开发成KASP标记Pi2-C3。【结果】利用标记Pi2-C3对自然群体中的84份材料进行KASP基因分型,结果表明,该标记可以准确地将不同水稻材料的Pi2位点分为抗病基因型、杂合基因型和感病基因型,是一种高效鉴定抗稻瘟病基因Pi2的方法。利用标记Pi2-C3对阳江市病圃材料进行检测,结合表型调查结果发现,检测到含有Pi2基因的46份材料均表现出不同程度的稻瘟病抗性,表明该标记可以用于检测材料在病圃的发病情况。【结论】本研究采用KASP技术,开发了能准确检测Pi2基因的特异性分子标记Pi2-C3,并建立一套水稻Pi2基因的KASP基因分型体系,对提高抗性育种效率,改良抗稻瘟病水稻品种具有重要应用价值。

水稻抗虫(Cry1C)和抗稻瘟病(Pi1,Pi2)材料的创制

为了提高抗虫转基因水稻的稻瘟病抗性,利用已育成的以粳稻为遗传背景的抗虫转基因(Cry1C)水稻新品系济抗10号为受体,选择带有广谱高抗稻瘟病基因(Pi1,Pi2)的空育131为供体,通过杂交与多代回交进行抗虫和抗稻瘟病基因的聚合,对每一世代的后代单株通过分子标记辅助选择、田间抗病虫鉴定、田间农艺性状选择,创制出了4个抗虫和抗稻瘟病的新材料SK01、SK02、SK03、SK04,田间均表现出很好的抗虫、抗稻瘟病特性以及优质丰产性状,为黄淮稻区抗病虫水稻育种奠定了基础。

抗稻瘟病 Pi2/9/z-t 基因特异性分子标记的开发

通过对已克隆的抗稻瘟病基因Pi2、Pi9以及Piz-t进行序列比对,寻找各自特异的核苷酸差异,成功开发了基于PCR技术以及电泳检测技术的Pi2/Pi9/Piz-t以及Piz-t的基因特异性分子标记,能有效地将Pi2/Pi9/Piz-t与该位点上的其他抗性等位基因及感病等位基因区分开,这为分子标记辅助育种及抗病基因聚合提供有效的分子标记。用Pi2/Pi9/Pizt基因特异性分子标记对来自全国各稻区的共101份水稻品种和育种亲本进行分子检测,结果发现,除2个品种检测到Piz-t带型之外,大部分水稻品种不携带这3个抗性基因,这为有目的地开展品种的抗性改良提供了重要的参考信息。

利用HRM功能标记检测黑龙江省水稻种质资源抗稻瘟病基因Pi2的基因型分布

高分辨率熔解曲线技术(HRM)作为近年来新兴的PCR分析技术,快捷简便、分辨率高。已克隆的稻瘟病抗性主效基因Pi2,在水稻中表现出稳定的稻瘟病抗性,目前已广泛用于稻瘟病抗性育种中。为明确该基因在黑龙江省种质资源中的分布情况,本研究利用Pi2的HRM功能型分子标记,在67份部分黑龙江省主栽品种及优异种质资源中进行基因分型。结果表明,67份种质中,含纯合pi2有9份,占参试种质的13.43%,分别为龙粳12、哈99774、龙粳31、龙粳39、龙粳54、龙交10-989、龙粳53、彩及zlm55-1。

稻瘟病抗性基因Pi1和Pi2的聚合及其育种价值分析

水稻稻瘟病的发病受外界条件影响较大,单纯依靠人工接种抗性鉴定比较困难。因此,人工接种抗性鉴定与分子标记辅助选择结合应用对提高抗性育种效率具有重要意义。本研究利用已建立的水稻抗稻瘟病基因Pi1和Pi2显性分子标记,对黑龙江省主栽品种空育131进行分子标记辅助选择,将Pi1和Pi2基因聚合到空育131中,对其原始亲本和不同基因组合聚合后代进行了稻瘟病田间抗性鉴定,对2个抗性基因的聚合效应进行了统计和评价,由此明确了Pi1和Pi2基因在寒地育种辅助选择中的应用价值。

分子标记辅助选育具抗稻瘟病Pi2基因的水稻新恢复系

通过分子标记辅助选择,将早籼稻材料中的广谱抗稻瘟病基因Pi2通过杂交转入到中籼稻恢复系中,经过多代自交以及田间农艺性状的选择和自然诱发稻瘟病抗性鉴定,培育出了30个新的抗稻瘟病恢复系株系。通过对F_6代抗性优良的株系与优良两系不育系C815S的大量杂交组合测配,选择出了3个高产、优质的新杂交组合,均比对照品种丰两优香1号增产5%以上,且对稻瘟病的抗性均优于对照品种,具有广阔的应用前景。

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。

水稻抗稻瘟病基因Pi2特异分子标记的开发与应用

稻瘟病是水稻最严重的病害之一,利用抗病基因选育抗病品种可以安全有效地防治稻瘟病。分子标记辅助选择(marker-assisted selection, MAS)技术可实现快速精准地定向培育含抗稻瘟病基因的抗性品种,但针对不同遗传背景育种材料开发设计特异性的分子标记是MAS育种的重要基础。广谱抗稻瘟病基因Pi2已被证明高抗多个国家和地区的稻瘟菌生理小种。本研究开发设计了1个新的广谱抗稻瘟病基因Pi2的共显性特异分子标记Pi2CM1,可有效区分Pi2与其等位基因Pi9、Pigm,对22份核心育种材料表现出100%的多态性,为利用MAS技术定向培育含Pi2抗病新品种提供了重要的依据。

融合多肽标签序列抗稻瘟病基因Pi2和Piz-t的转基因水稻材料创制

Pi2和Piz-t是位于水稻第6染色体的两个NBS-LRR类复等位抗稻瘟病基因。Pi2和Piz-t序列高度同源,但二者抗病谱不尽相同,其介导水稻对稻瘟病抗性的机制也尚不清楚。本研究利用DNA重组技术,分别在Pi2和Piz-t的3'端融合了多肽标签AcV5和HA的编码序列,构建了携带Pi2-AcV5和Piz-t-HA的植物表达载体,并通过农杆菌介导法获得了转基因水稻植株。蛋白印迹以及稻瘟病接种结果表明,转化Pi2-AcV5和Piz-t-HA的水稻植株稳定表达Pi2-AcV5和Piz-t-HA蛋白,并具有对相应稻瘟菌株的完全抗性。融合多肽标签序列的抗稻瘟病基因Pi2和Piz-t转基因水稻材料的创制,为在蛋白水平上研究Pi2和Piz-t抗性机制奠定了重要的材料基础。

抗稻瘟病水稻光温敏核不育系华1201S的选育

华1201S是以广占63-4S为受体亲本、以携带Pi2基因的抗稻瘟病株系VE6219为供体亲本,通过1次杂交、3次回交、多次自交,每个世代用分子标记对目标基因Pi2进行跟踪检测,同时通过表型选择和抗性鉴定培育而成的中籼型水稻光温敏核不育系。2013和2014年在湖北恩施州两河村稻瘟病重发区自然鉴定,华1201S的稻瘟病综合抗性指数1.3~2.3级,穗颈瘟损失率均为1级,2 a表现均为抗稻瘟病。2015年在广东省农科院苗期抗谱鉴定,人工接种33个稻瘟病菌株,华1201S的抗性频率96.97%,而广占63-4S的抗性频率仅为12.12%。华1201S育性转换临界温度23℃,在武汉稳定不育期64 d,海南冬繁自然结实率70%以上。2015年8月通过湖北省农作物品种审定委员会鉴定。