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稻瘟病抗性基因在自然病圃的评价及基因定位研究

刘佳  
【摘要】:水稻(Oryza sativa L.)是很多亚洲国家最主要的粮食作物。在我国稻瘟病一直是最严重的真菌性水稻病害之一,对水稻的产量和品质造成很大影响。培育出具有广谱稻瘟病抗性的品种成为防治稻瘟病最绿色、经济、可持续发展的方法之一。本研究在自然稻瘟病圃诱发条件下,借助分子标记辅助选择技术将已克隆的稻瘟病抗性基因导入到两系不育系中,综合评价它们在自然条件下的抗性遗传效应,同时利用高世代回交群体发掘定位新的广谱稻瘟病抗性基因,为培育具有广谱抗稻瘟病的品种提供理论依据和中间材料。结果如下:1.利用分子标记辅助选择和回交育种,将已克隆的抗稻瘟病基因Pi37、Pit、Pid3、Pi36、Pi5、Pik-h、Pik-m、Pigm基因分别导入到两系不育系Y58S、广占63-4S、C815S、HD9802S中。在自然稻瘟病病圃诱发条件下对这些单基因回交系进行全生育期稻瘟病抗性调查,发现Pid3、Pigm、Pi37、Pi5、Pikm和Pikh 6个基因在水稻全生育期中具有较好的广谱抗性,而Pit和Pi36没有表现出抗性。2.Pid3在四个不育系背景下均表现为最稳定的叶瘟抗性和穗颈瘟抗性。其它5个基因在不同背景下的叶瘟和穗颈瘟抗性不尽相同。其中在两系不育系背景下各基因的叶瘟抗性从高到低为:Pid3Pi37≥Pigm≥Pikm≥Pi5≥PikhPi36≥Pit;而穗颈瘟抗性从高到低为:Pid3Pi37≥Pigm≥Pikh≥Pi5PikmPi36≥Pit。它们不仅可以为稻瘟病广谱抗性育种提供可靠的抗性基因,还能结合分子辅助选择获得具有广谱抗性的中间材料。3.利用优良恢复系R287与广谱抗稻瘟品种细麻线的BC3F1回交群体构建的分子标记遗传连锁图谱,通过全生育期自然诱发稻瘟病抗性鉴定,全基因组分析共定位到16个抗叶瘟和13个抗穗颈瘟相关的QTLs,所有抗性QTL均来源于细麻线。广谱性位点q BR1、q BR2-4、q BR4-1、q BR9-1和q BR12是5个具有较大抗性效应的QTLs,它们同时控制水稻分蘖期叶瘟和穗颈瘟抗性相关,且分别位于第1、2、4、9和12染色体上。2014年水稻分蘖期叶瘟的广谱抗性LOD值分别为13.25、5.91、5.25、16.3、8.2,解释的表型遗传变异率分别为7.56%、18.12%、14.89%、23.78%、9.32%;对应穗颈瘟的广谱抗性LOD值分别为21.52、8.72、10.57、12.55、17.44,可以解释的表型遗传变异率分别为25.77%、21.87%、20.73%、23.37%、22.37%。同时还检测到在第2、6和8染色体上仅控制水稻分蘖期叶瘟抗性的3个QTL,分别是q BR2-6、q BR6、q BR8,对应分蘖期叶瘟的LOD值分别为3.14、4、2.86,解释的表型遗传变异率为8.64%、2.09%、2.02%。4.对新挖掘的广谱抗稻瘟病基因q BR3是位于第3染色体上,同时控制水稻叶瘟和穗颈瘟抗性效应的QTL,其能够提高叶瘟抗性2个数量级和降低穗颈瘟发病率40%左右。q BR3对叶瘟和穗颈瘟的抗性LOD值分别为18.63和22.77,解释的表型变异率分别为21.20%和26.10%。通过对水稻已有稻瘟病抗性位点的定位结果分析,发现q BR3可能是一个新的广谱抗性QTL位点,该结果为稻瘟病抗性育种提供了新的基因资源。


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