水稻系列不育系對(duì)稻瘟病的抗性遺傳研究.pdf

1、稻瘟病是廣泛發(fā)生在世界各稻區(qū)的一種最具毀滅性的真菌性病害。培育持久、廣譜抗稻瘟病水稻系列不育系，并揭示其抗性遺傳機(jī)理是雜交稻抗病育種的理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。本文在評(píng)述水稻抗稻瘟病遺傳和育種研究現(xiàn)狀、闡述水稻品種與稻瘟菌互作機(jī)制、植物抗病基因同源序列的克隆與測(cè)序的基礎(chǔ)上，以一個(gè)歷時(shí)22年成功育成的一個(gè)水稻不育系抗稻瘟病系譜為材料，進(jìn)行其抗譜、與稻瘟菌互作、抗稻瘟病基因遺傳及抗病基因同源序列相似性等方面研究，初步揭示水稻系列不育系對(duì)稻瘟病的抗性遺

2、傳規(guī)律，為進(jìn)一步有效利用和克隆其抗稻瘟病基因提供科學(xué)依據(jù)。主要結(jié)果如下： 1.采用苗期室內(nèi)噴霧接菌鑒定和稻瘟病重發(fā)區(qū)田間自然誘發(fā)鑒定相結(jié)合的方法，以10個(gè)水稻系列不育系和6個(gè)恢復(fù)系，按NCⅡ設(shè)計(jì)配制一套包括16個(gè)親本和60個(gè)雜種一代為研究對(duì)象，利用20個(gè)來(lái)自福建省主要稻瘟病區(qū)有代表性的致病力強(qiáng)的菌株，并結(jié)合2個(gè)包括福建省龍巖市茶地鄉(xiāng)和湖北省恩施州白果鄉(xiāng)稻瘟病重發(fā)區(qū)田間自然誘發(fā)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，探討了其抗譜特征。發(fā)現(xiàn)從1995年成功育成福

3、伊A，到2001年育成的夏豐A、谷豐A、昌豐A，再到2004年育成的安豐A、全豐A、長(zhǎng)豐A、樂豐A、富豐A等9個(gè)抗稻瘟病不育系及其配制的54個(gè)雜種一代，對(duì)近年福建省流行的稻瘟病菌生理小種及茶地和恩施的田間稻瘟病菌的群體毒力都具有很強(qiáng)的抗病反應(yīng)，抗性頻率均達(dá)100％，抗譜廣，持續(xù)時(shí)間久，均含有顯性主效抗瘟基因，對(duì)雜交稻均具有很強(qiáng)的顯性抗瘟遺傳效應(yīng)；連豐A不育系及其配制的6個(gè)雜種一代，平均抗性頻率為21.93％。在供試的6個(gè)水稻恢復(fù)系中，蜀

4、恢527的抗性頻率為72.3％，抗譜較廣；明恢77、晚3、?；?3、明恢86、?；?138等5個(gè)恢復(fù)系的抗性頻率幅度為4.5％～13.6％，抗譜較窄。 根據(jù)供試親本抗瘟性系統(tǒng)聚類結(jié)果，可將16個(gè)親本分成兩大類型。第1大類為抗病類型，包括9個(gè)抗稻瘟病水稻不育系福伊A、夏豐A、谷豐A、昌豐A、安豐A、全豐A、長(zhǎng)豐A、樂豐A、富豐A和1個(gè)中抗稻瘟病水稻恢復(fù)系蜀恢527。但福伊A、夏豐A等9個(gè)抗稻瘟病水稻不育系之間的抗病性表現(xiàn)差異不大，

5、而與蜀恢527之間存在一定的差異。第2大類為感病類型，包括1個(gè)感病水稻不育系連豐A及5個(gè)水稻恢復(fù)系明恢77、晚3、福恢13、明恢86、福恢5138。 2.在抗譜分析的基礎(chǔ)上，同樣以上述10個(gè)水稻系列不育系為母本，6個(gè)恢復(fù)系為父本，按NCⅡ設(shè)計(jì)配制一套包括16個(gè)親本(P)、60個(gè)F1和60個(gè)F2的遺傳材料，采用數(shù)量性狀的加性-顯性-上位性及與環(huán)境互作的遺傳模型和統(tǒng)計(jì)分析方法，以22個(gè)稻瘟病菌株和稻瘟病重發(fā)區(qū)田間自然誘發(fā)點(diǎn)作為環(huán)境，

6、深入探討了水稻系列不育系與稻瘟菌互作的遺傳基礎(chǔ)。發(fā)現(xiàn)供試水稻品種抗瘟性的表現(xiàn)是由供試水稻品種中的抗瘟基因與稻瘟病菌株互作的結(jié)果。對(duì)供試水稻品種抗瘟性的遺傳控制作用從大到小依次為基因加性效應(yīng)、顯性×菌株互作效應(yīng)、顯性效應(yīng)、加性×菌株互作效應(yīng)、加性×加性上位性效應(yīng)，而不存在加性×加性上位性×菌株互作效應(yīng)。夏豐A、昌豐A、安豐A、福伊A、樂豐A、長(zhǎng)豐A、全豐A、富豐A、谷豐A等9個(gè)水稻不育系及蜀恢527的抗瘟性可以穩(wěn)定地傳遞給后代，都能極顯著

7、地提高其后代的抗瘟性，在抗瘟性方面有很高的育種利用價(jià)值。供試水稻品種抗瘟性的加性基因遺傳概率是非加性基因遺傳概率的2.2倍，加性基因產(chǎn)生的抗瘟性可以穩(wěn)定地傳遞給后代；普通狹義遺傳力是互作狹義遺傳力的6.4倍，顯示在不同的稻瘟病菌株脅迫的環(huán)境條件進(jìn)行水稻抗瘟性的選擇是有效的。 3.在抗稻瘟病水稻不育系系譜中，選用抗源谷農(nóng)13、天谷B、福伊B、谷豐B、全豐B為材料，在一套以CO39為輪回親本的6個(gè)近等基因系和1個(gè)感病對(duì)照麗江新團(tuán)黑谷

8、(LTH)的遺傳背景下，人工分別組配了谷農(nóng)13、天谷B、福伊B、谷豐B、全豐B與CO39近等基因系和感病對(duì)照的包括親本(P)、F1、F23個(gè)世代的遺傳材料，以3個(gè)稻瘟病菌株進(jìn)行苗期室內(nèi)噴霧接菌鑒定，應(yīng)用經(jīng)典遺傳學(xué)分析方法研究該不育系系譜抗稻瘟病基因的遺傳及其等位性關(guān)系。發(fā)現(xiàn)谷農(nóng)13、天谷B、福伊B、谷豐B和全豐B等5個(gè)親本的抗瘟性都由顯性基因控制。谷農(nóng)13、福伊B、谷豐B和全豐B中都含有2對(duì)與CO39近等基因系中的Pi-1、Pi-2、P

9、i-3、Pi-4a、Pi-4b不等位的顯性抗稻瘟病基因。天谷B中含有3對(duì)顯性抗稻瘟病基因，它們都與Pi-1、Pi-2、Pi-4a、Pi-4b不等位，其中有1對(duì)與Pi-3等位。 4.根據(jù)已知NBS-LRR類抗病基因結(jié)構(gòu)中氨基酸的保守區(qū)域設(shè)計(jì)簡(jiǎn)并引物PR2和ER4，采用PCR方法對(duì)福伊A、谷豐A等10個(gè)水稻系列不育系，谷農(nóng)13、V41B等11個(gè)親本，及感稻瘟病對(duì)照麗江新團(tuán)黑谷(LTH)的NBS-LRR類抗病基因同源序列(RGAs)進(jìn)

10、行克隆、測(cè)序，分析抗病基因同源序列相似性關(guān)系。在供試材料中，共獲得33個(gè)NBS-LRR類抗病基因的同源片段。其中，從谷農(nóng)13、福伊A、地谷B、昌豐A、夏豐A、連豐A、樂豐A、V41B、龍?zhí)馗、博白B、金23B等11親本中各獲得2個(gè)同源片段，從天谷B、谷豐A、安豐A、全豐A、長(zhǎng)豐A、富豐A、LTH、R931022、Y20、Y27、Y12等11親本中各獲得1個(gè)同源片段。運(yùn)用Clustal W方法和DNAstar軟件對(duì)這些氨基酸序列進(jìn)行聚類