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水稻条纹叶枯病是水稻(Oryza sativa L.)非常严重的病毒病害之一；病原为水稻条纹病毒(rice stripe virus, RSV);传播介体为灰飞虱[Laodelphax striatellus Fallen (Homoptera:Delphacidae), small brown planthopper, SBPH]。针对该病害,生产上尚无有效的防治措施,而抗病品种的选育和应用被认为是最经济、有效的方法。籼稻和粳稻品种对该病害的抗性存在一定的分化；大部分粳稻较感,而籼稻普遍较抗。至今水稻条纹叶枯病抗性基因尚未被克隆,抗病机理还知之甚少。因此,克隆水稻条纹叶枯病抗性基因对揭示该病害的抗性分子机制和利用分子标记辅助选择或基因工程方法培育抗条纹叶枯病的作物新品种具有重要的科学和应用价值。除传播水稻条纹叶枯病外,灰飞虱自身取食造成的直接危害及其传播的普通黑条矮缩病,也严重制约着水稻生产。因此,抗灰飞虱水稻资源筛选及抗灰飞虱基因的定位,对培育抗灰飞虱品种以防治灰飞虱及其传播的病毒病,具有重要的理论和实践意义。本文的研究内容主要分为以下两个方面：1.水稻条纹叶枯病抗性基因STV11的图位克隆与功能分析(1)抗病亲本材料KK34是以Koshihikari (Kos)为遗传背景,Kasalath为供体携带水稻条纹叶枯病抗性基因STVll的染色体片段置换系。RSV接种后发现,感病品种Kos出现典型的条纹叶枯病发病症状,而抗病材料KK34并无明显的发病症状,表现高抗。两个品种的灰飞虱和黑条矮缩病及普通矮缩病抗性鉴定结果表明,KK34和Kos均表现感虫／病,且两亲本的表现无明显差异。RSV侵染后的KK34和Kos植株体内和原生质体内RSV外壳蛋白的转录和ELISA检测结果显示,KK34能够在细胞水平抑制RSV的复制。综上表明,KK34对RSV表现特异性抗性,并且KK34可以在细胞水平上抑制RSV的复制。(2)图位克隆和转基因互补验证实验表明,STV11编码一个包含磺基转移酶结构域((sulfotransferase domain)的蛋白。该基因具有一个外显子,CDS区全长1131bp,编码376个氨基酸,其中包含磺基转移酶结构域。STV11受RSV的诱导表达。亚细胞定位结果显示,该蛋白主要定位于内质网和高尔基体。(3)酵母双杂交实验显示,STV11并不能直接与RSV编码的7种蛋白互作。进一步通过酶活实验发现STV11-R可将水杨酸(Salicylic acid, SA)磺化形成磺化水杨酸(sulphonated SA, SSA),而STV11-S却不具有该酶活性。RSV接种后,KK34、转基因植株和Kos体内的SA含量测定结果显示,抗性亲本和转基因植株体内SA的积累得到迅速的、大幅度的提高。(4)原生质体及烟草的RSV侵染实验表明,SA和SSA均可以抑制RSV的复制,且SSA的抑制效果更为明显。进一步的实验证实了SA介导的SHAM-sensitive途径、系统获得性抗性和RNA干扰途径均参与了SA介导的STV11对RSV的抗性。(5)野生稻和栽培稻品种STV11基因的测序结果显示,STV11在普通野生稻中存在7种单倍型,而在栽培稻品种中只存在其中的3种单倍型(STV11-R, STV11-R’和STV11-S).野生稻中,大部分中国地区的普通野生稻携带STV11-S单倍型,而大部分南亚或东南亚的普通野生稻都携带单倍型STV11-R’或STV11-R.栽培稻中,大部分籼稻品种携带有STV11-R’或STV11-R,而大部分的粳稻品种都携带STV11-S。该部分研究证实了STV11在野生稻向籼稻和粳稻进化过程中,STV11-R/R’和STV11-S伴随着不同地理分布的祖先群(南亚或东南亚的普通野生稻和中国南方的普通野生稻)的进化而得以保留。进一步的序列分析表明,伴随着抗病粳稻品种的选育,STV11-R已经得到了广泛的应用。2.水稻抗灰飞虱资源筛选与水稻品种N22抗介体灰飞虱及其传播的条纹叶枯病QTL定位研究(1)采用改进的苗期筛选法进行了312份水稻资源的灰飞虱抗性鉴定,结果共筛选到抗性品种131份,其中高抗的13份,感虫品种64份,高感品种117份。籼稻品种N22表现高抗,粳稻品种USSR5表现高感。(2)利用N22和USSR5构建了一套包含182个家系的重组自交系群体。采用标准苗期筛选法共检测到3个QTL, qSBPH2, qSBPH3和qSBPH7.1分别位于第2、3和7染色体,共解释35.1%的变异率。通过抗生性鉴定方法,共检测到2个QTL,qSBPH7.2和qSBPHll.2,分别位于第7和11染色体,可解释20.7%的遗传变异。此外,还检测到两个排趋性QTL,qSBPH5和qSBPH7.3,分别位于第5和7染色体,共解释遗传变异23.9%。通过三种不同的表型鉴定方法分别检测到的qSBPH7.1, qSBPH7.2和qSBPH7.3,均位于第7染色体长臂上的标记RM234和RM429之间,表明该QTL位点对于N22的灰飞虱抗性表现起着非常重要的作用。(3)条纹叶枯病抗性QTL分析结果显示,位于第4染色体的qSTV4仅在室内强迫饲毒条件下能检测到,其LOD值为5.20,贡献率为13.4%。位于第11染色体标记RM287-RM209区间的qSTV11.1和qSTV11.2分别在田间鉴定和室内强迫饲毒鉴定条件下被检测到,贡献率分别为30.2%和28.9%,表明该QTL是一个抗条纹叶枯病的主效QTL。