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稻曲病(RiceFalseSmut)是世界主要稻作区普遍发生的一种病害,稻曲病不仅显著降低水稻产量,而且严重影响稻米品质。近年来,随着高产、优质稻的大面积推广种植,稻曲病呈逐年加重趋势。但是,世界各国对水稻种质资源抗稻曲病的遗传机制和抗病基因仍缺乏系统研究,严重制约了抗病分子标记辅助育种工作。
本研究以178份全球水稻微核心种质为材料,利用已从水稻基因组中检索出的抗病同源序列设计引物472对,对水稻全基因组抗病基因同源序列进行基因型检测,系统地对水稻抗病同源序列多样性和遗传结构进行分析;并采用“高效引发稻曲病人工接种方法”和大田接种相结合的方法对全球水稻微核心种质进行抗稻曲病鉴定。综合以上数据结果,利用关联分析方法筛选出与稻曲病抗性基因紧密连锁的抗病同源序列分子标记,为水稻抗稻曲病分子标记辅助育种奠定基础。主要研究结果如下:
(1)对全球水稻微核心种质的抗病同源序列引物检测表明,在全球范围上,水稻抗病同源序列的遗传多样性比较丰富,存在明显差异的引物占了29.23%。具有差异的抗病同源序分子标记在第八、第十一、第十二染色体上分布较多且成簇存在。但通过与种质遗传背景资料比对我们发现,在亚种内水稻抗病同源序列的遗传多样性则显得过于单一。说明水稻在长期的进化及人工选育下所发生的亚种分化,使得水稻抗病遗传基础与地域病虫害相适应。随着贸易往来和物种交换的频繁,一旦发生其他地域病害的入侵,将会给当地水稻品种带来严重的破坏。
(2)对美国全球水稻微核心种质的稻曲病抗性鉴定结果显示,178份材料中筛选出88份具有稻曲病抗性的种质,占总数的49.44%。并利用抗病基因同源序列在全球水稻微核心种质中的遗传结构分析结果与稻曲病抗性鉴定表现数据进行关联分析,筛选出24个相关性显著的RGA分子标记。其中12个RGA分子标记位于李余生等、徐建龙等已定位的稻曲病抗性基因QTL区间之内。本研究中的RGA89、RGA306、RGA321、RGA391与RGA375这五个标记可望在稻曲病抗性分子标记辅助选择育种中加以应用。
(3)本研究结合水稻种质的地理数据,分别绘制了该种质抗病基因同源序列在全球的结构分布及不同水稻种植地品系亲缘关系的聚类树,结果与KhushGS的研究报道的水稻起源相吻合。本研究探明了抗病基因同源序列在全球水稻微核心种质中的分布规律,为水稻起源的多源性提供了分子证据。