水稻白叶枯病抗性基因的研究与分子育种

由革兰氏阴性菌黄单孢水稻变种（Ｘａｎｔｈｏｍ ｏｎａｓｏｒｙｚａｅ ｐｖ．ｏｒｙｚａｅ,Ｘｏｏ）引起的白叶枯病是世界水稻生产中最严重的细菌性病害。白叶枯病是一种维管束病害,自然条件下,病菌通常由水孔或伤口侵入,沿叶脉产生灰白色病斑。田间常在分蘖期观察到病症,并随植株的生长而发展,至抽穗期达到高峰。水稻遭受白叶枯病后,一般减产２０％ -３０％ ,严重时甚至绝收。白叶枯病最早于１８８４ 年在日本福岗地区发现。５０年代以来,发病范围扩大,目前白叶枯病的发生范围已遍及世界各水稻产区［１,２,３］。由于其危害严重,而化学防治难以奏效,种植抗病品种是经济有效的防治方法,这引起育种家们对抗病性和遗传规律研究的重视。多年来的研究在理论上和应用上取得了许多进展,主要表现在下面几个方面：从基因对基因的学说解释寄主和病原菌的相互作用,建立了标准的单基因寄主和相对应的病原菌生理小种的鉴别系统;随着水稻基因组研究的开展,通过分子遗传图谱和物理图谱的构建,对抗性基因进行了定位和克隆;利用分子标记辅助选择和基因工程手段,开始了水稻白叶枯病抗性的分子育种工作。本文将从这几个方面对水稻白叶枯抗性基因的研究与应用进行概述和讨论。     

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。     

水稻抗白叶枯病基因Xa21的研究进展

Xa21是最早克隆的水稻抗病基因,作为类受体激酶类广谱抗病基因它受到广泛的关注。转基因Xa21材料,很可能成为世界上第一个被批准进行大田释放的水稻转基因材料。本文在简要回顾Xa21的发现、定位和克隆过程之后,总结了目前Xa21基因的抗病作用机理和育种应用研究现状,包括XA21蛋白质激酶的生化特性、AvrXa21的鉴别、Xa21介导的抗病途径、抗病机理等,并对今后的研究进行了展望。     

用PCR技术诊断水稻的白叶枯病抗性

植物育种中应用分子标记辅助选择要求分子标记与目的基因紧密连锁,而且分析手段经济简便、重复性好。Ｘａ２１是最近发现的一个具有广谱抗性的水稻白叶枯病抗性基因,利用一个含Ｘａ２１基因的品系ＩＲＢＢ２１分别与２个感病品种杂交获得２个Ｆ_２群体。用４对引物分别对３个亲本进行ＰＣＲ分析,其中一对引物（ＰＢ７８）的ＰＣＲ产物在抗、感病品种间可揭示多态性。对２个Ｆ_２群体进一步的遗传分析表明,ＰＣＲ标记和Ｘａ２１的白叶枯病抗性紧密连锁,其重组率仅为２．４８％。根据该标记选择基因型纯合的抗性植株,其准确率可达１００％。本文还就植物育种中分子标记的检测途径进行了评价。     

水稻白叶枯病抗性基因Xa21的分子生物学研究进展

由黄单胞杆菌水稻致病变种Xanthomonas oryzae pv.oryzae(Xoo)引起的白叶枯病是水稻重要细菌性病害之一。迄今,已有7个水稻白叶枯病抗性基因被克隆。Xa21是第一个被克隆的白叶枯病抗性基因,因具有广谱抗性而受到广泛的关注。对Xa21的发现、定位及克隆、表达特征、编码产物XA21的生化特性、作用与调控以及XA21介导的免疫反应模式等方面的研究结果进行综述,并对今后的研究方向进行展望。     

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。     

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。     

云南水稻品种冬糯的白叶枯病抗性基因定位研究——Ⅰ.抗病基因的初级三体分析定位

本文研究了云南稻品种冬糯对我国水稻白叶枯病(Xanthomonas campestris pv. oryxac)菌系“江陵691”的抗性遗传和抗病基因与初级三体额外染色体的关系。冬糯对白叶枯病菌系“江陵691"的抗性受一对隐性基因控制(xa-k);该抗病基因分别与Xa-a、xa-c、Xa-(?)、Xa-f和Xa-i不等位,并呈独立遗传;与Xa-g不等位,呈连锁遗传,重组值为28.7%。冬糯抗病基因与Triplo-7的额外染色体即第7染色体有关,推定冬糯所带的抗病基因位于第7染色体上。以IR36为遗传背景的初级三体系带有一对显性抗白叶枯病基因,该抗病基因位于第11染色体上。     

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。     

水稻花粉株系白叶枯病抗性遗传

本文研究了粳稻感病品种沈农1033分别与7个抗白叶枯病的品种（其中汕稻有75－34,辛尼斯,1R20;粳稻有早生爱国3号,邳早15,蚌珠芒,爪哇14）杂交,F花粉培养并观察了花粉株系第二代（H2）的抗性转移及遗传表现和花粉株系第三代,第四代抗性稳定性,572个株系的性状是整齐一致的,占95．5％,其中抗病（高抗和中抗）株系有376个,占62．9％,感病系有196个,占32．7％,表现有分离的杂合系约4．5％,不同组合的H2与F2群体中抗,感反应变异幅度不同,对同一组合不同熟期花粉株系其生育日数与抗病性间存在着极显著相关性,生育期长的株系抗性较强。花粉再生植株后代H2在生育期,株高,穗长,粒重等性状上十分多样,白叶枯病抗性遗传分析结果表明,在4个组合中抗性均由1个显性上位基因控制,抗病性广义遗传力在80％以上。杂种花粉植株第二,第三,第四代的农艺性状以及白叶枯病的抗性持续地稳定,不因世代的增加其性状的整齐度不降,抗性减弱。     

水稻抗白叶枯病基因Xa-25的分子定位

Xa-25是从体细胞突变体HX-3中鉴定出的水稻抗白叶枯病基因。通过花药培养构建了02428(粳稻)和HX-3(籼稻)的双单倍体(DH)群体,该群体包含了129个稳定株系,以我国长江流域水稻白叶枯病的代表菌株浙173对DH群体进行抗病性鉴定,抗病株系数和感病株系数分别为62和67。共选用覆盖水稻12条染色体的300对SSR引物对02428和HX-3进行多态性分析,有74对引物在双亲之间表现差异。利用这些差异引物对DH群体进行连锁分析,从而将抗白叶枯病基因Xa-25定位到第4染色体长臂末端的两个SSR标记RM6748和RM1153之间,连锁距离分别为9．3cM和3．0cM。     

水稻白叶枯病候选抗性基因SHNLR的RGAs克隆及分析

旨在从含有疣粒野生稻抗白叶枯病基因的新种质SH5、SH76基因组中克隆抗病基因。利用RGAs法得到1个NBS-LRR类同源基因,暂命名为SHNLR(登录号为JF934724)。结果表明,SHNLR的开放阅读框长度为3 105 bp,编码1 034个氨基酸,含有CC、NB-ARC与LRR结构域,具备CC-NBS-LRR类植物抗病基因的结构特征。BLASTn和BLASTp比对显示SHNLR是单拷贝基因,未发现同源性较高且功能已知的基因,仅NBS保守域序列与番茄Prf基因的相似度最高。对SHNLR基因电子定位,发现其位于水稻第11号染色体的长臂末端,但与11号染色体上已定位或克隆的8个白叶枯病抗性基因具有不同序列或处于不同的位置。半定量RT-PCR分析表明,SHNLR在抗病新种质叶片中的表达明显受到白叶枯病菌Zhe173的诱导。因此推测SHNLR可能是1个与抗白叶枯病相关的R基因。     

水稻白叶枯病抗性基因Xα21和稻瘟病抗性基因Pi-d2激酶蛋白质在毕赤酵母中的表达及条件优化

[目的]白叶枯病和稻瘟病是最主要的水稻病害,Xα21是水稻白叶枯病抗性基因,Pi-d2是稻瘟病抗性基因,二者都编码类受体激酶蛋白质.本研究旨在毕赤酵母系统中表达XA21和PI-D2激酶蛋白质.[方法]用Xα21和Pi-d2的激酶区PCR产物,构建了pPICZαA-Xα21K、pPICZαA-Pi-d2K重组质粒,酶切及测序验证后,将重组质粒线性化,转化到毕赤酵母菌株中,系统地比较了不同酵母菌株(KM71、GS115、X33),不同甲醇浓度(1%、2%、3%),不同pH(pH5、pH6、pH7、pH8)值,不同诱导时间(24 h、48 h、72 h)条件下激酶蛋白质的表达情况.[结果]XA21和PI-D2激酶蛋白质可以在毕赤酵母中表达,但表达的蛋白质不能分泌到培养基上清中,而只能在菌体中检测到,对表达条件的系统比较发现,毕赤酵母菌株KM71和X33、2%的甲醇诱导浓度、pH5和48 h以上的诱导时间有利于激酶蛋白质的表达,最后我们在酵母裂解物上清中获得了纯化的考染可见的激酶蛋白质.[结论]在毕赤酵母中表达了XA21和PI-D2激酶蛋白质,为下一步生化特性研究奠定了基础.     

云南“大粒水稻”对稻白叶枯病的抗性遗传

云南地方品种——云南大粒抗水稻白叶枯病菌“江陵691”,其抗性由2对具重叠作用的隐性抗性基因控制,与IR28、南粳15的显性抗病基因不等位;也与已命名的xa-5、xa-8、xa-9和xa-13 4个抗性基因也不等位。     

水稻抗白叶枯病基因Xα—4的PCR标记研究

根据与水稻抗白叶枯病基因Ｘα－４紧密连锁的分子标记Ｍ５５的序列设计引物,通过对国际水稻研究所育成的抗白叶枯病近等基因系和基因累加系的叶片ＤＮＡ。半粒种子提取物及Ｘα－４基因的杂合体ＤＮＡ的ＰＣＲ特异扩增。初步建立了Ｘα－４的ＰＣＲ标记体系。揭示出了Ｘα－４在这些材料中的分布情况。     

水稻白叶枯病抗性基因Xa21和稻瘟病抗性基因Pi-d2激酶蛋白质在毕赤酵母中的表达及条件优化

【目的】白叶枯病和稻瘟病是最主要的水稻病害,Xa21是水稻白叶枯病抗性基因,Pi-d2是稻瘟病抗性基因,二者都编码类受体激酶蛋白质。本研究旨在毕赤酵母系统中表达XA21和PI-D2激酶蛋白质。【方法】用Xa21和Pi-d2的激酶区PCR产物,构建了pPICZαA-Xa21K、pPICZαA-Pi-d2K重组质粒,酶切及测序验证后,将重组质粒线性化,转化到毕赤酵母菌株中,系统地比较了不同酵母菌株(KM71、GS115、X33),不同甲醇浓度(1%、2%、3%),不同pH(pH5、pH6、pH7、pH8)值,不同诱导时间(24h、48h、72h)条件下激酶蛋白质的表达情况。【结果】XA21和PI-D2激酶蛋白质可以在毕赤酵母中表达,但表达的蛋白质不能分泌到培养基上清中,而只能在菌体中检测到,对表达条件的系统比较发现,毕赤酵母菌株KM71和X33、2%的甲醇诱导浓度、pH5和48h以上的诱导时间有利于激酶蛋白质的表达,最后我们在酵母裂解物上清中获得了纯化的考染可见的激酶蛋白质。【结论】在毕赤酵母中表达了XA21和PI-D2激酶蛋白质,为下一步生化特性研究奠定了基础。     

基因聚合提高了水稻对白叶枯病的抗性

研究了含有单个抗性基因的水稻近等基因系和抗性基因聚合品系对浙江省白叶枯病菌４个主要小种的抗性,单个基因对这些小种的抗性均不高,对新近流行的小种大多感病;基因聚合品系对这些小种的抗性普遍提高,说明基因聚合是培育具有持久抗性品种的有效策略。     

水稻抗白叶枯病基因Xa-4的PCR标记研究

根据与水稻抗白叶枯病基因Ｘａ－４紧密连锁的分子标记Ｍ５５的序列设计引物,通过对国际水稻研究所育成的抗白叶枯病近等基因系和基因累加系的叶片ＤＮＡ、半粒种子提取物及Ｘａ－４基因的杂合体ＤＮＡ的ＰＣＲ特异扩增,初步建立了Ｘａ－４的ＰＣＲ标记体系。进而用该标记体系对我国籼型杂交水稻常用的亲本材料进行分析,揭示出了Ｘａ－４在这些材料中的分布情况。