水稻稻瘟病抗性基因的克隆、育种利用及稻瘟菌无毒基因研究进展

稻瘟病是世界上影响水稻(Oryza sativa)粮食生产的主要病害之一, 抗病基因的发掘与利用是抗病育种的基础和核心。随着寄主水稻和病原菌稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)基因组测序和基因注释的完成, 水稻和稻瘟病菌的互作体系成为研究植物与真菌互作的模式系统。该文对稻瘟病抗病基因的遗传、定位、克隆及育种利用进行概述, 并通过生物信息学分析方法, 探讨了水稻全基因组中NBS-LRR类抗病基因在水稻12条染色体上的分布情况, 同时对稻瘟病菌无毒基因的鉴定及无毒蛋白与抗病蛋白的互作进行初步分析。最后对稻瘟病抗病基因研究存在的问题进行分析并展望了未来的研究方向, 以期为水稻抗稻瘟病育种发展和抗病机制的深入理解提供参考。     

一个水稻矮秆突变体的遗传分析及基因定位

水稻（Oryza sativa）是我国重要的粮食作物之一。水稻矮秆材料的引入掀起了第1次＂绿色革命＂。但近年来,在水稻育种中矮生基因遗传单一的问题越来越突出,已经严重影响到水稻产量的持续提高。利用60Co-γ射线辐照籼稻亲本材料M804获得了一个性状能够稳定遗传的矮秆突变体MU101。对该矮秆突变体和台粳16号杂交获得的F2代的遗传分析表明,该矮秆性状受1对隐性单基因控制,并暂命名为ds1。利用已有的SSR分子标记将DS1基因定位在水稻第5号染色体上,通过扩大群体和开发新的Indel标记,进一步将DS1基因定位在2个Indel标记之间,两者间的物理距离大约为384kb。该研究为DS1基因的克隆及其在生产中的应用奠定了基础。     

用SSR标记分析福建漳浦野生稻的遗传多样性

应用平均分布于水稻基因组的21对SSR引物,对福建漳浦野生稻、海南野生稻共计62份材料的遗传多样性进行分析.结果表明:漳浦野生稻具有较高的遗传多样性,21个位点共检测到74个等位变异,平均等位变异数A=3.5238,有效等位变异数Ae=2.0629.平均期望杂合度He=0.4635,实际观察杂合度Ho=0.2465,香农指数I=0.8286;根据固定指数(F=0.3887)估算的异交率t=0.4308,说明漳浦野生稻的繁育系统属于一种自交率较高的混合交配类型;分化程度石潭湖群体高于古塘群体.     

基于CSSLs群体定位和图位克隆水稻长芒基因GAD1-2

水稻是世界上最早驯化的重要粮食作物之一。水稻芒可以保护水稻种子不被鸟琢食,是水稻重要的驯化性状之一。芒在野生稻中普遍存在,对野生稻的生存和传播至关重要,然而在驯化和人工选择过程中该性状逐渐被淘汰。定位和克隆水稻长芒相关基因是研究水稻芒驯化遗传机制的基础。本研究以籼稻恢复系东南恢810为受体、漳浦野生稻为供体构建的146个染色体片段置换系(chromosome segment substitution lines, CSSLs)为研究材料,调查了146个CSSLs株系和双亲的芒长,结果表明在4个置换系中检测到1个控制水稻芒长主效基因GAD1-2,位于水稻第8号染色体;利用重叠代换作图法,将GAD1-2定位在Ind8-10和RM4936标记之间,遗传距离约为4.75 Mb。选择分离群体中的显性单株,利用开发的标记,最终将GAD1-2 基因定位在两个 Indel 标记之间,两者间的物理距离约为27 kb,该区域内只有两个候选基因Os08g0485500和Os08g0485400。经测序和分析表明,Os08g0485500是GAD1-2的候选基因,GAD1-2在保守的ORF区域存在6个碱基缺失,导致丝氨酸和半胱氨酸这两个氨基酸缺失,从而表现长芒的性状;在Os08g0485500基因位点已克隆了1个控制水稻芒长的GAD1基因,推测GAD1-2与GAD1为等位基因。本研究为进一步理解水稻起源演化和水稻芒长发育基因的遗传机制奠定了基础。     

寄主植物与病原菌免疫反应的分子遗传基础

近年来,大量的植物抗病基因和病原菌无毒基因被克隆,抗病基因和无毒基因的结构、功能及其互作关系的研究也取得重大进展。在植物中,由病原菌模式分子(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)引发的免疫反应(PAMP-triggered immunity, PTI)和由效应因子引发的免疫反应(effector-triggered immunity, ETI)是植物在长期进化过程中形成的两类抵抗病原物的机制。PTI反应主要通过细胞表面受体(patternrecognition receptors, PRRs)识别并结合PAMPs从而激活下游免疫反应,而在ETI反应中,则通过植物R基因(resistance gene,R)与病原菌无毒基因(avirulence gene, Avr)产物间的直接或间接相互作用来完成免疫反应。本文对植物PTI反应和ETI反应分别进行了概述,重点探讨了植物R基因与病原菌Avr基因之间的互作遗传机理,并对目前植物抗性分子遗传机制研究和抗病育种中的问题进行了探讨和展望。     

一个水稻内颖退化突变体的形态特征及基因的精确定位

水稻产量和品质受花器官发育的直接影响,因此对水稻颖花发育机理的研究将有助于水稻产量提高和品质的改良。文章利用60Coγ射线辐照亲本8PW33(籼稻背景)获得一个性状能稳定遗传的内颖退化突变体(编号:MU102),并对其农艺性状和花器官进行了观察和分析。结果显示,相对于野生型,该突变体的株高、每穗总粒数及剑叶宽均显著增加,而结实率则显著降低,差异均达显著水平。解剖镜下观察表明,该突变体内颖退化,外颖弯曲呈现镰刀状,其余器官与野生型表型基本一致。扫描电镜观察显示,突变体与野生型叶片维管束的结构组成以及外颖表皮细胞组成、排列均正常,没有明显差异;与野生型相比,突变体内颖表皮细胞排列较为紧密,推测可能是内颖收缩退化导致的。遗传分析显示该突变性状是由隐性单基因控制,并命名为pd2。利用实验室现有的SSR分子标记将PD2基因定位于水稻第9号染色体上,通过进一步扩大群体和开发新的Indel标记,将PD2基因定位在2个Indel标记之间,两者间的物理距离大约是82 kb。在该物理区间内有一个已经克隆的内颖发育基因REP1,经过测序和比对分析,推测REP1与PD2为等位基因。     

三基因聚合改良恢复系福恢673的稻瘟病抗性

为了改良水稻优良恢复系福恢673的稻瘟病抗性,以该恢复系为轮回亲本,以携有3个稻瘟病抗性基因(Pi-1、Pi-9和Pi-k~h)的优质恢复系金恢1059为供体亲本,通过回交育种结合分子标记辅助选择,选育出10个导入了这3个抗稻瘟病基因的福恢673近等基因系,其遗传背景恢复率为92.96%–98.59%。抗性鉴定结果表明,这些近等基因系及其与不育系宜香A配制的杂种一代均表现抗稻瘟病,抗性明显强于对照福恢673和宜优673,且半数以上杂种一代基本保留了原组合的主要优点。用近等基因系Line 9配组的杂交稻新组合两优7283和金泰优683在区试中均表现出产量高、稻瘟病抗性强、生育期适中等特点,表明该近等基因系具较好的应用前景。     

国外引进水稻种质资源的稻瘟病抗性基因检测与评价

为了筛选出福建省水稻稻瘟病重发区育种中可利用的新抗性资源,在福建省上杭县对156份外引水稻种质资源进行了2年田间自然诱发鉴定,并对Pi2、Pi9、Pi5、Pi54、Pikm、Pita、Pia和Pib等8个稻瘟病抗性基因做了分子检测。结果表明:156份资源对苗瘟、叶瘟、穗颈瘟和综合抗性表现抗病的分别有10份、14份、29份和26份,且苗瘟抗性级别与叶瘟抗性级别(r=0.816,P<0.01)、苗瘟抗性级别与穗颈瘟抗性级别(r=0.347,P<0.01)、以及叶瘟抗性级别与穗颈瘟抗性级别(r=0.344,P<0.01),均呈极显著正相关。分子标记检测到携带稻瘟病抗性基因Pi9、Pi2、Pi54、Pikm、Pi5、Pib、Pia和Pita的水稻资源分别有1、6、20、22、37、88、101和106份,其中携带稻瘟病抗性基因Pi9和Pi2的水稻资源的抗性表现较好,表现抗病的超过60%,携带其他稻瘟病抗性基因的水稻资源表现抗病的均在50%以下;水稻资源携带0~6个稻瘟病抗性基因,随着携带抗性基因数目增加,抗病率呈上升趋势,综合抗性等级呈下降趋势。进一步研究发现,携带Pi9+Pi5+Pikm+Pia、Pi5+Pib+Pita+Pikm+Pia和Pi2+Pi54+Pib+Pita+Pikm+Pia等3个基因型的水稻资源,稻瘟病抗性较好。最后,筛选了8份稻瘟病抗性较好的材料,提供育种者参考、利用。     

草地贪夜蛾对水稻和玉米的取食和产卵选择性与适合度

【目的】明确草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda对寄主植物水稻和玉米的取食和产卵选择性与适合度,进而分析草地贪夜蛾对水稻的为害风险。【方法】采用自由选择法,测定草地贪夜蛾对水稻和玉米的取食、产卵选择性。调查取食水稻和玉米苗的草地贪夜蛾的生长发育、存活率、繁殖力的差异,用种群增长趋势指数(I)评价水稻对草地贪夜蛾的适合度。【结果】草地贪夜蛾对水稻和玉米的取食和产卵选择性存在显著差异。接虫后2-48 h,幼虫对玉米的取食选择率随时间延长而逐渐增加,而幼虫对水稻的取食选择率随时间延长而逐渐降低;接虫后48 h,2龄幼虫和4龄幼虫对玉米的取食选择率分别为93.06%和59.72%,分别是对水稻的取食选择率的66.95倍和21.48倍。自由产卵6 d,在玉米上的产卵量是在水稻上的8.64倍。与取食玉米苗的相比,取食水稻苗的草地贪夜蛾幼虫发育历期延长,卵孵化率、幼虫存活率、化蛹率和成虫羽化率均显著降低,雌性比率下降,雌成虫寿命显著缩短,单雌产卵量显著减少。取食玉米苗的草地贪夜蛾的种群增长趋势指数(I)为165.93,其在水稻上的相对适合度为0.21。【结论】相较于水稻,草地贪夜蛾在玉米上表现出更高的适合度,其偏好在玉米上取食和产卵。水稻不是目前侵入我国的草地贪夜蛾的嗜食寄主,但其可以通过取食水稻幼苗正常生长发育并完成生活史,在其种群密度较大、嗜食寄主植物缺乏时存在转移为害水稻的潜在风险。