水稻广谱抗稻瘟病基因研究进展

稻瘟病是水稻生产中的最严重病害之一,由于稻瘟菌小种的高度变异性,垂直抗性基因难以持续控制稻瘟病的危害,因此,克隆和利用广谱持久抗瘟基因被认为是解决稻瘟病问题最经济有效的策略。本文从广谱抗源的筛选与利用,广谱抗瘟基因的定位、克隆与应用等方面对水稻广谱抗稻瘟病基因研究取得的进展进行了概述,并介绍了广谱抗性分子机理的最新研究进展。基于国内外稻瘟病抗性基因研究的现状及趋势,以及我国丰富的抗瘟水稻种质资源,克隆越来越多的广谱抗瘟基因具有重要的理论与应用价值。     

水稻抗稻瘟病基因的标记辅助选择及定位克隆

水稻抗稻瘟病基因-稻瘟病菌无毒基因相互作用体系是当今植物分子病理学和抗病育种学研究领域的模式体系之一,其中抗病基因的分子定位与克隆及其标记辅助选择已成为该体系的重要内容。本文就这方面的研究进展作一简要综述,以期为水稻抗病育种提供有益的信息。     

稻瘟病菌侵染诱导的水稻早期反应基因的cDNA片段克隆与序列分析

以稻瘟病菌感染水稻,利用ｍＲＮＡ差汞显示技术分离了稻瘟病菌侵染诱导的水稻早期反应基因ＥＲ１的ｃＤＮＡ片段。Ｎｏｒｔｈｅｒｎ ｂｌｏｔ分析表明,ＥＲ１基因在稻瘟病菌侵染水稻叶片６ｈ后开始表达,８ｈ最强,１０￣１２ｈ开始减弱,１６ｈ消失。Ｓｏｕｔｈｅｍ ｂｌｏｔ分析表明,ＥＲ１基因属于水稻基因组。对ＥＲ１基因片段进行了克隆和序列分析。经查询,在ＧｅｎＢａｎｋ中没有与ＥＲ１同源的基因序列。     

差异显示法分离水稻抗稻瘟病相关基因

采用mRNA差异显示技术,分析水稻稻瘟病抗源材料“地谷”叶片受稻瘟病菌侵染前后的基因的表达差异,获得87个差异片段。对这87个差异片段进行了回收、重扩增与克隆,并对其中的81个片段进行了杂交鉴定。斑点杂交结果证实其中6个片段受稻瘟病菌诱导表达。进一步克隆测序并进行数据库比对分析表明其中一个与水稻4号染色体中一推测的苹果酸合成酶高度同源,一个与水稻11号染色体上的RPR1基因高度同源,RPR1基因具有保守的NBS-LRR结构,并与水稻防卫反应的信号传导有关;另一个与水稻第6号染色体上一推测的硫氧还蛋白高度同源,其余3个为新的cDNA片段。     

辽宁地区水稻资源抗稻瘟病基因的检测分析

为了明确辽宁地区水稻资源中抗稻瘟病基因的分布情况及抗病效应,选取辽宁地区水稻资源176份,鉴定了抗稻瘟病基因pi21、Pi36、Pi37、Pita、Pid2、Pid3、Pi5及Pib在这些材料中的分布情况,并接种鉴定了这些材料对稻瘟病的抗性。结果表明:176份供试材料中,83份对稻瘟病表现抗病,栽培稻、杂草稻及农家种中抗病品种所占的比率分别为41.48%、1.14%及4.54%。抗稻瘟病基因pi21、Pi36和Pi37在所有参试材料中均未检测到,且分别有74份、49份、47份、52份及89份材料携带Pita、Pid2、Pid3、Pi5及Pib的抗病等位基因。抗病基因绝大部分分布在栽培种中,农家种和杂草稻中分布较少。不含有抗稻瘟病基因和只携带单个抗病基因的材料对稻瘟病的抗性均较差,而抗病基因聚合可不同程度提高材料的抗性。经检测,不含有本试验鉴定的pi21等8个已克隆抗病基因的材料共32份,其中表现抗病的占21.87%;只携带1个抗稻瘟病基因的材料为52份,表现抗病的占17.31%;携带2个抗稻瘟病基因的材料为39份,表现抗病的占69.23%,其中以携带Pita+Pi5的材料最多(14份),且均表现抗病;携带3个抗稻瘟病基因的材料为31份,表现抗病的占77.42%,以携带Pita+Pid3+Pi5的材料抗性最强;携带4个抗稻瘟病基因的水稻材料22份,表现抗病的占72.73%,携带5个抗病基因的水稻材料未检测到。     

稻瘟病菌侵染诱导的水稻早期反应基因的cDNA片段克隆与序列分析

以稻瘟病菌感染水稻,利用ｍＲＮＡ 差异显示技术分离了稻瘟病菌侵染诱导的水稻早期反应基因ＥＲ１（ｅａｒｌｙ ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ ｇｅｎｅ） 的ｃＤＮＡ 片段。Ｎｏｒｔｈｅｒｎ ｂｌｏｔ 分析表明,ＥＲ１ 基因在稻瘟病菌侵染水稻叶片６ ｈ 后开始表达,８ ｈ 最强,１０ ～１２ ｈ 开始减弱,１６ ｈ 消失。Ｓｏｕｔｈｅｒｎ ｂｌｏｔ 分析表明,ＥＲ１ 基因属于水稻基因组。对ＥＲ１ 基因片段（２１９ ｂｐ） 进行了克隆和序列分析。经查询,在ＧｅｎＢａｎｋ 中没有与ＥＲ１ 同源的基因序列。     

水稻稻瘟病抗性基因研究概况

稻瘟病是由稻瘟病菌引起的世界性水稻病害,对水稻生产构成严重威胁。分子标记辅助培育持久抗性品种是目前解决稻瘟病抗病品种感病化问题的有效措施。稻瘟病菌-水稻之间的相互作用机理,DNA分子标记的开发与应用,稻瘟病抗性基因定位、克隆与分离及其功能表达等方面的研究进展在很大程度上影响分子标记辅助育种的进程。就此方面的研究概况作一综述。     

水稻抗稻瘟病近等基因系的cDNA微阵列分析

应用cDNA微阵列对来源于中156／谷梅2号重组自交系的水稻抗稻瘟病近等基因系G205和G71的稻瘟病菌胁迫基因表达谱进行了分析,发现有3个cDNA克隆的表达仅在抗病基因系G205接种病原菌12h后受到诱导,其中两个为功能已知基因,另一个为功能未知的新基因。另有35个差异表达克隆在两个近等基因系中均检测到,其中17个克隆的表达在G205和G71均受到病原菌的诱导,另外18个克隆的表达则在G205和G71均受到病原菌原抑制。序列分析表明,这些稻瘟病菌应答基因分别与防卫反应,信号传递,逆境胁迫和光合作用及糖代谢等功能相关,为植物抗病机制提供了相关信息。另外,Northern还证实了编码富含甘氨酸蛋白基因（Glycinerich protein Grp)的表达受稻瘟病病原菌的诱导,是一个稻瘟病诱导相关基因。     

水稻抗稻瘟病基因资源与分子育种策略

稻瘟病是水稻主要病害之一。利用抗病品种是防治稻瘟病最经济、有效和安全的措施。近年来,随着植物先天免疫机制、抗病分子生物学以及水稻和稻瘟菌基因组学研究的不断深入,一系列参与病原菌识别和防卫信号传导与应答,以及外源抗菌蛋白、病原菌激发子等抗病相关基因陆续被鉴定和克隆,为提高水稻抗稻瘟病能力提供了一些新的基因资源、育种策略和技术。本文概述了国内外近年来克隆的主要抗稻瘟病基因资源及其在分子育种研究中应用的进展,提出了通过转基因手段整合不同防卫反应关键调控基因的抗稻瘟病聚合育种策略。     

水稻品种矮梅早3号抗稻瘟病的遗传

水稻杂交组合(矮梅早3号×华矮837)的F_3株系接种菌株78-189(ZD_3)和83-182(ZD_1),应用累积分布曲线法进行了抗稻瘟遗传分析,结果表明:水稻品种矮梅早3号含有4个主效抗性基因P_i-A_1、P_i-A_2、P_i-A_3和P_i-A_4,其中P_i-a_4为隐性基因。P_i-A_1和P_i-A_2控制对菌株78-189(ZD_3)的高抗性,同时,P_i-A_2兼控M类型对菌株78-189(ZD_3)的抗性。P_i-A_3,控制对菌株83-182(ZD_1)的抗性。P_i-A_4控制M类型对菌株83-182(ZD_1)的抗性。水稻品种华矮837对以上两菌株不存在抗性基因。     

水稻抗褐飞虱基因bph2的SSR定位和标记辅助选择

利用综合性状较好对褐飞虱敏感的粳稻恢复系C418为父本,以含有bph2基因的抗褐飞虱品种ASD7为母本构建了包含134个F23家系的群体,利用苗期鉴定法对F2：3家系进行抗性鉴定：用SSR标记技术,将bph2基因定位在第12染色体长臂上,标记RM7102和RM463之间,其遗传距离分别为7．6cM和7．2cM。在进行表型选择的同时,利用与bph2基因连锁的SSR标记RM7102和RM463对BC1F1和BC2F1进行了标记辅助选择,选择效率分别为89．9％和91．2％,为培育高抗褐飞虱水稻品种奠定了基础。     

利用SSR定位籼稻品种Kaharamana中抗褐飞虱基因Bph9

褐飞虱是危害水稻生产最重要的害虫之一,利用寄主抗性被认为是防治褐飞虱最经济而有效的方法。斯里兰卡水稻品种Kaharamana对东亚和东南亚的褐飞虱种群均表现抗虫性,利用分子遗传学的方法对其携带的Bph9基因进行了SSR定位。所用的遗传群体为来源于Kaharamana和02428的含有180个单株的F2分离群体,每个F2单株套袋自交获得F2：3家系。利用苗期集团鉴定埘F2：3家系进行抗褐飞虱鉴定,以推测相应F2单株的基因型。连锁分析表明,Bph9位于第12染色体上的两个SSR标记RM463和RM5341之间,分别与之相距6．8cM和9．7cM。该标记有助十将Bph9用于分子标记辅助选择育种研究。     

抗稻瘟病体细胞突变体的抗性遗传分析

以ZA_(15)和ZB_(11)等2个致病小种对6个抗稻瘟病体细胞突变体进行了抗性遗传分析。结果表明,86-S1、88-86、88-42和88-40等4个突变体对ZA_15、ZB_(11)小种的抗性分别由1个显性基因控制,同时这2个抗性基因还存在紧密的连锁关系。88-127和88-145对ZA_15的抗病性受2个重复显性基因控制;而对ZB_(11)的抗性则分别受2个互补显性基因和1个显性基因控制。等位性测定表明,86-S1、88-42和8B-86等3个突变体具有的抗性基因是等位的,可能是Pi-(?)或与之等位的抗性基因。     

Development of Genetic Markers Linked to Straighthead Resistance through Fine Mapping in Rice (Oryza sativa L.)

Straighthead, a physiological disorder characterized by sterile florets and distorted spikelets, causes significant yield losses in rice, and occurs in many countries. The current control method of draining paddies early in the season stresses plants, is costly, and wastes water. Development of resistant cultivar is regarded as the most efficient way for its control. We mapped a QTL for straighthead resistance using two recombinant inbred line (RIL) F₉ populations that were phenotyped over two years using monosodium methanearsonate (MSMA) to induce the symptoms. One population of 170 RILs was genotyped with 136 SSRs and the other population of 91 RILs was genotyped with 159 SSRs. A major QTL qSH-8 was identified in an overlapping region in both populations, and explained 46% of total variation in one and 67% in another population for straighthead resistance. qSH-8 was fine mapped from 1.0 Mbp to 340 kb using 7 SSR markers and further mapped to 290 kb in a population between RM22573 and InDel 27 using 4 InDel markers. SSR AP3858-1 and InDel 11 were within the fine mapped region, and co-segregated with straighthead resistance in both RIL populations, as well as in a collection of diverse global accessions. These results demonstrate that AP3858-1 and InDel 11 can be used for marker-assisted selection (MAS) for straighthead resistant cultivars, which is especially important because there is no effective way to directly evaluate straighthead resistance.     

水稻耐亚铁毒QTLs的定位

亚铁毒是潜育性水稻土中限制水稻产量的主要因子。利用龙杂8503／IR64的F2和等价的F3群体,在营养液中培养来定位耐亚铁毒的QTLs。通过构建101SSR标记的遗传连锁图谱来确定耐亚铁毒QTLs的位置和特性。借助叶片棕色斑点指数、株高和最大根长3个性状,利用营养液在水稻苗期来评价F2单株、F3群体和亲本龙杂8503、IR64,共检测到叶片棕色斑点指数、株高和最大根长的QTLs20个,分布在水稻的10条染色体上,表明这些性状受多基因控制。控制叶片棕色斑点指数的QTLs分别定位在第1染色体的RM315-RM212、第2染色体的RM6-RM240和第4染色体的RM252-RM451之间。与前人的研究结果比较发现：1）位于第4染色体RM252-RM451之间的控制叶片棕色斑点指数的QTL与水稻功能图谱上控制叶绿素含量减少的QTL的位置一致。另一个位于第1染色体的RM315-RM212之间的控制叶片棕色斑点指数的QTL与水稻功能图谱上位于C178-R2635之间控制叶绿素含量的QTL连锁。2）位于第2染色体RM6-RM240之间的第3个控制叶片棕色斑点指数的QTL与位于RZ58-CD0686的控制钾吸收的QTL连锁。     

SSRs for Marker-Assisted Selection for Blast Resistance in Rice (Oryza sativa L.)

Rice blast caused by the fungus Magnaporthe oryzae is one of the most devastating diseases of rice in nearly all rice growing areas of the world including Malaysia. To develop cultivars with resistance against different races of M. oryzae, availability of molecular markers along with marker-assisted selection strategies are essential. In this study, 11 polymorphic simple sequence repeat (SSR) markers with good fit of 1:2:1 ratio for single gene model in F₂ population derived from the cross of Pongsu seribu 2 (Resistant) and Mahsuri (Susceptible) rice cultivars were analysed in 296 F₃ families derived from individual F₂ plants to investigate association with Pi gene conferring resistance to M. oryzae pathotype. Parents and progeny were grouped into two phenotypic classes based on their blast reactions. Chi-square test for the segregation of resistance and susceptibility in F₃ generation fitted a ratio of approximately 3:1. Association of SSR markers with phenotypic trait in F₃ families was identified by statistical analysis. Four SSR markers (RM413, RM5961, RM1233 and RM8225) were significantly associated with blast resistance to pathotype 7.2 of M. oryzae in rice (p ≤ 0.01). These four markers accounted for about 20% of total phenotypic variation. So, these markers were confirmed as suitable markers for use in marker-assisted selection and confirmation of blast resistance genes to develop rice cultivars with durable blast resistance in Malaysian rice breeding programmes.     

QTL Analysis of Aluminum Resistance in Rice (Oryza sativa L.)

Aluminum (Al) toxicity is considered as one of the primary causes of low-rice productivity in acid soils. In the present study, quantitative trait loci (QTLs) controlling Al resistance based on relative root elongation (RRE) were dissected using a complete linkage map and a recombinant inbred lines (RILs) derived from a cross of Al-tolerant japonica cultivar Asominori (Oryza sativa L.) and Al-sensitive indica cultivar IR24 (O. sativa L.). A total of three QTLs (qRRE-1, qRRE-9, and qRRE-11) were detected on chromosomes 1, 9, and 11 with LOD score ranging from 2.64 to 3.60 and the phenotypic variance explained from 13.5 to 17.7%. The Asominori alleles were all associated with Al resistance at all the three QTLs. The existence of these QTLs was confirmed using Asominori chromosome segment substitution lines (CSSLs) in IR24 genetic background (IAS). By QTL comparative analysis, the two QTLs (qRRE-1and qRRE-9) on chromosomes 1 and 9 appeared to be consistent among different rice populations while qRRE-11 was newly detected and syntenic with a major Al resistance gene on chromosome 10 of maize. This region may provide an important case for isolating genes responsible for different mechanisms of Al resistance among different cereals. These results also provide the possibilities of enhancing Al resistance in rice breeding program by marker-assisted selection (MAS) and pyramiding QTLs.     

利用SRAP和SSR分子标记检测分析29份棉花种质遗传完整性

利用SRAP和SSR分子标记检测29份棉花种质遗传完整性。结果表明,无论每一份不同更新发芽率水平繁殖后代的种质之间,还是每一份不同繁殖世代数种质之间,其等位基因频率差异不显著,也没有检测到稀有等位基因缺失的情况。本试验表明不同更新发芽率水平和繁殖世代数差异没有对棉花这种常异花授粉作物种质遗传完整性变化产生影响。     

矮泰引-3中半矮秆基因的分子定位

矮泰引-3的矮生性状受两对独立遗传的半矮秆基因控制,利用SSR标记将这两个矮秆基因分别定位到第1和第4染色体上。等位性测交的结果表明,位于第1染色体上的矮秆基因与sd1是等位的,所以仍然称其为sd1;而位于第4染色体上的矮秆基因是一个新基因,暂命名为sdt2。利用SSR标记将sd1定位于RM297、RM302和RM212的同一侧,而与OSR3共分离,它们之间的位置关系可能是RM297-RM302-RM212-OSR3-sd1,遗传距离分别为4．7cM、0cM、0．8cM和0cM,这与sd1在第1染色体长臂上的确切位置是基本一致的。利用已有的SSR标记和拓展的SSR标记将sdt2定位于SSR332、RM1305和RM5633、RM307、RM401之间,它们的排列位置可能是SSR332-RM1305-sdt2-RM5633-RM307-RM401,它们之间的遗传距离分别为11．6cM、3．8cM、0．4cM、0cM和0．4cM。     

水稻纹枯病抗性QTL分析

对灿稻窄叶青8号（ZYQ8）和粳稻京系17（JX17）以及由它们构建的加倍单倍体（DH）群体,分别在杭州和海南岛,采用注射器接种法进行纹枯病抗性鉴定,并使用该群体的分子链锁图谱进行数量性状座位（QTL）分析。共检测到4个抗纹枯病的QTL（qSBR-2、qSBR-3、qSBR-7和qSBR-11）,分别位于第2、第3、第7和第11染色体。其中qSBR-2、qSBR-3、qSBR-7的抗性基因由抗病亲本ZYQ8贡献,而qSBR-11的抗性基因来自感病亲本JX17。qSBR-2、qSBR-3、qSBR-7在杭州和海南岛都能检测到,而qSBR-11只在杭州检测到。在杭州的实验中,纹枯病病级与秆长和抽穗期呈显著负相关;在控制秆长和抽穗期的QTL中,控制秆长的qCL-3与qSBR-3位于同一染色体区域,其余QTL与抗纹枯病的QTL之间无连锁关系。