水稻对白叶枯病和细菌性条斑病的抗性遗传研究进展

水稻白叶枯病和水稻细菌性条斑病是由稻黄单胞细菌(Xanthomonas oryzae)不同致病变种引起的两种最重要的水稻细菌性病害。发掘和利用抗性基因,培育抗病品种是防治这两种病害的最有效手段之一。本文分别综述了这两种高度相关的病害的抗性遗传研究进展,包括已发掘和利用的主效抗性基因特点及目前国内外对这两种病害的抗性QTL定位研究进展,为水稻抗白叶枯病和细菌性条斑病育种研究提供有用信息。     

水稻细菌性条斑病和抗性育种研究进展

水稻细菌性条斑病(简称细条病)是由Xanthom onas oryzae pv. oryzicola侵染引起的全球性病害,对水稻生产构成严重威胁。发掘和利用新抗源、定位克隆抗性基因及深入了解病原菌—水稻之间的相互作用机理等对于水稻抗细条病研究有重要意义。本文主要介绍了细条病的抗性鉴定与抗源筛选、抗性基因遗传分析与分子标记定位、抗性基因的克隆、抗性育种的研究现状,提出了加快抗细条病育种研究进程的建议。     

水稻细菌性条斑病和白叶枯病抗性遗传研究

分析了Ｈａｓｈｉｋａｌｍｉ,Ｄｕｌａｒ和９０ＩＲＢＢＮ４４三个抗源品种对水稻细菌性条斑病Ｓ－１０３菌株和白叶枯病Ｐ１菌系的抗性遗传。结果表明,Ｈａｓｈｉｋａｌｍｉ和Ｄｕｌａｒ对Ｓ－１０３的抗性均由２对隐性基因所控制,９０ＩＲＢＢＮ４４则带有１对隐性抗性基因。经等位性测定表明,Ｈａｓｈｉｋａｌｍｉ和Ｄｕｌａｒ的２对基因中至少有１对是等位的,但它们与９０ＩＲＢＢＮ４４的１对基因均不等位。３个抗源品种对Ｐ１的抗性都受１对隐性基因控制,该基因与ｘａ－５等位。连锁遗传分析表明,Ｈａｓｈｉｋａｌｍｉ和Ｄｕｌａｒ对Ｓ－１０３的２对抗细条病基因中的１对与ｘａ－５相连锁,而９０ＩＲＢＢＮ４４的１对抗性基因与ｘａ－５呈独立遗传。本文还就开展水稻抗细菌性条斑病育种进行了讨论。     

玉米细菌性条斑病非寄主抗性基因Rxo1转化水稻的研究

水稻细菌性条斑病是我国重要的水稻病害之一,但是在水稻种质资源中尚未发现抗细菌性条斑病单个主效基因。利用农杆菌介导的转化系统将从玉米中克隆的细菌性条斑病非寄主抗性基因Rxo1转入我国2个杂交稻恢复系和2个常规水稻品种。转基因植株的PCR和Southern分析结果表明Rxo1基因已整合到受体基因组中,Rxo1基因单拷贝整合的转化体在自交T1代呈现抗感3∶1分离。人工接种实验和病菌的生长曲线表明携带Rxo1的转基因植株对水稻细条病菌可以产生过敏性抗病反应。上述结果为利用非寄主抗性基因防治该病害提供了有用的信息。     

转鞭毛蛋白基因水稻细菌性条斑病抗性研究

该研究从生防菌枯草芽胞杆菌Bs-916中克隆了鞭毛蛋白基因,利用转基因载体pCAMBIA1300转入水稻,筛选得到98株阳性转基因植株。分子检测结果表明,有12个转基因株系可检测到目的基因的表达。随后抗病性鉴定表明,有3个转基因株系对水稻细菌性条斑病具有较高的抗性。该研究为目前水稻抗细菌性条斑病转基因研究拓宽了可应用基因资源的范围。     

玉米细菌性条斑病非寄主抗性基因Rxo1转化水稻的研究

水稻细菌性条斑病是我国重要的水稻病害之一,但是在水稻种质资源中尚未发现抗细菌性条斑病单个主效基因。利用农杆菌介导的转化系统将从玉米中克隆的细菌性条斑病非寄主抗性基因Rxo1转入我国2个杂交稻恢复系和2个常规水稻品种。转基因植株的PCR和Southern分析结果表明Rxo1基因已整合到受体基因组中,Rxo1基因单拷贝整合的转化体在自交T1代呈现抗感3∶1分离。人工接种实验和病菌的生长曲线表明携带Rxo1的转基因植株对水稻细条病菌可以产生过敏性抗病反应。上述结果为利用非寄主抗性基因防治该病害提供了有用的信息。     

玉米细菌性条斑病非寄主抗性基因Rxo1转化水稻的研究

水稻细菌性条斑病是我国重要的水稻病害之一,但是在水稻种质资源中尚未发现抗细菌性条斑病单个主效基因。利用农杆菌介导的转化系统将从玉米中克隆的细菌性条斑病非寄主抗性基因Rxo1转入我国2个杂交稻恢复系和2个常规水稻品种。转基因植株的PCR和Southern分析结果表明Rxo1基因已整合到受体基因组中,Rxo1基因单拷贝整合的转化体在自交T1代呈现抗感3∶1分离。人工接种实验和病菌的生长曲线表明携带Rxo1的转基因植株对水稻细条病菌可以产生过敏性抗病反应。上述结果为利用非寄主抗性基因防治该病害提供了有用的信息。     

外引玉米种质对两种穗腐病原镰孢菌抗性鉴定

采用双牙签接种技术,2016-2017年连续2年对从美国、加拿大、罗马尼亚、德国、法国、荷兰等国家引进的177份玉米种质资源抗玉米穗腐病原拟轮枝镰孢(F.verticillioides)和禾谷镰孢(F.graminearum)进行了鉴定。结果表明,鉴定的177份玉米种质资源中,对拟轮枝镰孢表现高抗(HR)的资源2份,占总数的1.13%;抗病(R)38份,占总数的21.47%;中抗(MR)75份,占总数的42.37%;感病(S)48份,占总数的27.12%;高感(HS)14份,占总数的7.91%。177份玉米种质资源中,对禾谷镰孢(F.graminearum)表现抗病(R)12份,占鉴定资源总数的6.78%;中抗(MR)66份,占总数的37.29%;感病(S)64份,占总数的36.16%;高感(HS)35份,占总数的19.77%,未发现对禾谷镰孢菌表现高抗的材料。在177份玉米种质资源中,兼抗两种穗腐病原镰孢菌的种质资源有12份。     

水稻对叶瘟和穗瘟部分抗性的遗传分析

在一个水稻籼籼交重组自交系群体中,选用由感病株系构成的2个亚群体和2个不同的稻瘟病菌小种,进行了水稻对叶瘟部分抗性的QTL定位,还选用由感病而且抽穗期相近的株系构成的亚群体和另一个病菌小种,进行了水稻对穗瘟部分抗性的QTL定位,将病叶面积百分比(DLA)、病斑大小(LS)和病斑数(LN)作为对叶瘟部分抗性的性状,将病斑长度(LL)和孢子量(CA)作为对穗瘟部分抗性的性状。所构建的图谱包含168个标记。应用QTLMapper 1．01b,共检测到11个表现主效应的QTL和28对双因子互作,有3个表现主效应的QTL参与对同一性状的互作。QTL的主效应对单一性状的贡献率为4．7％～38．8％,而上位性效应对单一性状的贡献率为16．0％～51．7％,QTL的主效应对大多数性状的贡献率小于互作效应,表明互作效应对于部分抗性的重要作用。对穗瘟部分抗性的两个性状LL和CA,所检测到QTL总效应的贡献率分别达到70．6％和82．6％,表明由排除了主效抗病基因的感病株系组成的亚群体适合于进行部分抗性QTL定位。     

水稻白叶枯病系和品种抗性鉴定的病性指标评价

从全国各病区筛选的１９个代表菌株,在三套（中国,日本和ＩＲＲＩ）１６个鉴别品种上进行测试,获得４个病情指标,即病斑长度,病组,日增速率和日增百分率,采用不同的的病情指标作方差分析,所得结果不完全一致;对４个病情指标进行相关及回归分析,结果表明,病情指标之间是存在显著的线性相关,且日增百分率为日增速率与病叶长度之商,这种相关性在主成分分析中也得到了证实,通过聚类分析发现,病斑长度不能与其它３个指标归     

The roles of the shikimate pathway genes,aroA and aroB,in virulence,growth and UV tolerance of Burkholderia glumae strain 411gr‐6

Burkholderia glumae is the major causal agent of bacterial panicle blight of rice, which is a growing disease problem for rice growers worldwide. In our previous study, some B. glumae strains showed pigmentation phenotypes producing at least two (yellow–green and purple) pigment compounds in casein–peptone–glucose agar medium. The B. glumae strains LSUPB114 and LSUPB116 are pigment‐deficient mutant derivatives of the virulent and pigment‐proficient strain 411gr‐6, having mini‐Tn5gus insertions in aroA encoding 3‐phosphoshikimate 1‐carboxyvinyltransferase and aroB encoding 3‐dehydroquinate synthase, respectively. Both enzymes are known to be involved in the shikimate pathway, which leads to the synthesis of aromatic amino acids. Here, we demonstrate that aroA and aroB are required for normal virulence in rice and onion, growth in M9 minimal medium and tolerance to UV light, but are dispensable for the production of the phytotoxin toxoflavin. These results suggest that the shikimate pathway is involved in bacterial pathogenesis by B. glumae without a significant role in the production of toxoflavin, a major virulence factor of this pathogen.     

水稻抗白叶枯病基因的鉴定、定位和克隆进展

由水稻黄单胞菌水稻变种Xoo引起的水稻白叶枯病是全球性的重要病害之一。已有31个水稻白叶枯抗性基因被鉴定并报道,其中18个被定位到染色体上,5个被克隆。简要综述了水稻白叶枯抗性基因的鉴定、定位和克隆的进展,并讨论了合理利用抗性基因防治白叶枯病的前景。     

Identification, characterization and regulation of two secreted polygalacturonases of the emerging rice pathogen Burkholderia glumae

Burkholderia glumae is an emerging seed-borne rice pathogen in many areas around the world. Previous studies have demonstrated that B. glumae produces two major virulence factors: the phytotoxin toxoflavin and a secreted lipase. This synthesis of both of these factors is regulated by an N-acyl homoserine lactone (AHL)-dependent, cell-density-dependent quorum-sensing regulation system. This study reports the production and secretion of two highly similar endo-polygalacturonases (designated PehA and PehB) by B. glumae. The two enzymes were purified to homogeneity and the corresponding genetic determinants were identified and characterized. When either polygalacturonase gene was inactivated, B. glumae retained rice virulence comparable to that of the wild-type parent strain. Furthermore, the role of AHL-dependent quorum sensing and of plant cell wall degradation compounds in their regulation was investigated.     

Infection Process of Burkholderia glumae in Rice Spikelets

Burkholderia glumae, which causes bacterial panicle blight of rice (BPBR), is a well‐known pathogen. The pathogen‐induced symptoms include seedling rot, grain rot and leaf‐sheath browning in rice plants. B. glumae can incubate in rice plants as endophytes before booting stage of rice. In this study, we constructed a gfp‐labelled system of B. glumae LMG 2196 and used SEM to clarify the colonization course of B. glumae at the heading stage. New locations of B. glumae were found. The pathogens initially distributed on the surface of the glumes and colonized in the glume hairs and cells of the edge of sterile lemma, palea and lemma. The base of glume hairs was the initial position for colonization. Bacterial population raised around glume hairs, penetrated into the inner surface of the palea and lemma, and spread on the gynoecium and stamens through contact. The spreading of B. glumae among the panicles mainly occurred through the contact or friction among glumes or leaf sheaths, but the inner spread of the stamens mainly occurred through the connective tissue of anther. We also detected the differences of bacterial content in stamens, gynoecia and glumes. The growing stage of B. glumae in spikelets could be divided into two sections. The biomass of all parts continued to increase to nearly 10⁸ CFU/g at 10 DAI. This caused wilt symptoms and stopped the pollination. This work showed that glume hairs played an important role in the initial colonization of B. glumae, and provides a foundation for further studies of the infection manner of B. glumae and other pathogenic bacteria.     

水稻主基因-多基因混合遗传控制白叶枯病抗性的基因效应分析

利用主基因－多基因混合遗传模型分析了５个抗感交组合对水稻白叶枯病菌抗性的基因效应,结果表明５个组合中的３个主基因抗性遗传符合德尔分离比的前提下存在多基因抗性,而且这３个组合彼此间抗病基因的加性效应,主基因和多基因遗传方差及其遗传率存在变异。说明水稻白叶枯病抗性虽以主基因作用为主,但考虑到抗性的持久性,建议在水稻白叶枯病育种中构建主基因－多基因混合遗传体系,以有效抑制白枯病菌群体中小种的波动。     

防卫基因PAL,LOX和PBZ1在水稻白叶枯病成株抗性中的作用(英文)

为了探讨水稻白叶枯病成株抗性是否与防卫基因相关 ,通过RT PCR研究了几种防卫基因PAL、LOX、PBZ1、Cht 1和PR1a的表达 ,同时也分析了PAL和LOX的酶活性变化 .结果表明 ,苗期PAL受病原菌诱导上调表达 ,而成株期病原菌和伤害均可诱导PAL上调表达 ,且成株期诱导表达强于苗期 .LOX在苗期和成株期都可受病原菌诱导表达 ,但成株期表达强于苗期且更持久 .PBZ1在苗期和成株期均受病原菌和伤害诱导表达 ,但成株期表达较苗期早且更强 .PR1a和Cht1没检测到期望的扩增片段 .PAL和LOX的酶活性分析结果与基因表达分析结果一致 .因此 ,PAL、LOX和PBZ1在苗期和成株期的表达差异可能与水稻白叶枯病成株抗性相关 .     

水稻抗白叶枯病基因Xa4位点跨叠BAC克隆群的构建

水稻白叶枯病抗性基因Xa4已被定位于第11染色体长臂末端的分子标记VG181和L1044之间,并与抗性基因同源序列片段RS13共分离。利用这3个标记筛选IRBB56的BAC文库,共得到128个阳性BAC克隆,其中RS13获得18个阳性克隆,这18个克隆中有4个和6个我隆分别同时为G181和L1044的阳性克隆,选其中的12克隆进行分析,构建了一个从G181到L1044区间的BAC跨叠克隆,全长420kb,并且56M22、106P13和104B153个BAC克隆可覆盖整个跨叠克隆群。这一研究结果为进一步分离Xa4基因打下基础。     

水稻抗白叶枯病基因及其应用研究进展

由黄单胞菌水稻变种Xanthomonas oryzae pv.Oryzae（Xoo）引起的白叶枯病是水稻重要病害之一。目前,已有37个水稻白叶枯抗性基因被鉴定并报道,其中28个被定位到染色体上,7个被克隆。本文简要综述了水稻白叶枯抗性基因的鉴定、定位和克隆的进展,并讨论了合理利用抗性基因防治白叶枯病的前景。     

水稻穗型与抗倒伏性关系的初步分析

理论分析和物理模拟测定的结果表明,穗型通过使茎秆弯曲的力矩-弯矩和重心高度影响抗倒伏性:弯矩增大和重心升高,抗倒伏性降低;反之,则抗倒伏性升高.弯矩随颈穗弯曲度变化的幅度明显大于重心,因此,弯曲穗型弯矩增加的幅度大而重心降低的幅度小,对抗倒伏性的影响明显大于直立穗型,这可能是北方粳稻直立穗型品种一般抗倒伏性较强的力学基础.     

水稻抗衰老IPT基因与抗白叶枯病基因Xa23的聚合研究

以转抑制衰老有关的异戊烯基转移酶(IPT)基因株系GC-1、携带抗白叶枯病基因Xa23的“CBB23”和抗稻瘟病水稻品种“合系15号”为供体．采用分子标记辅助选择与生物学鉴定相结合的方法,将IPT基因与Xa23及抗稻瘟病基因进行聚合。在3个复交组合中获得了17株聚合IPT基因与Xa23基因的植株,用这些植株与两系杂交稻亲本9311、E32、培矮64S及W9834S进行杂交和回交,经PCR分子检测和抗白叶枯病、抗稻瘟病鉴定和细胞分裂素含量的测定,最终在4个BC,回交组合“(9311／／／合系15／CBB23／／GC-1)X9311”、“(E32／／／合系15／CBB23／／GC-1)XE32”、“(培矮64S／／／合系15／CBB23／／GC-1)X培矮64S”和“(GC-1／CBB23／／W9834S／合系15)XW9834S”中获得了17株携带IPT基因与Xa23基因的BC1F1植株,这些植株对来自北方稻区21个稻瘟病菌系全部表现为抗。携带IPT基因的抗病植株再与杂交稻亲本进行回交．在2个BC2回交组合“[(9311／／／合系15／CBB23／／GC-1)X9311]X9311’’和“[(E32／／／合系15／CBB23／／GC-1)XE32]XE32”中获得了7株携带IPT基因与Xa23基因的植株,这些植株再经过1—2代回交和自交,即可用于杂交稻育种。