【摘 要】
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水稻(Oryza sativa)是亚洲近90%人口的主食。纵卷叶螟是影响水稻生产的主要害虫之一。目前,防治纵卷叶螟主要依赖化学农药,随着人们不断增强的生态环境保护意识以及对绿色农产品的需求,培育抗虫水稻成为防治农业有害生物,保护环境的重要途径。截止目前,稻属中纵卷叶螟抗性基因未见报道。挖掘稻属的纵卷叶螟抗性位点对水稻抗虫育种具有重要意义。实验室前期研究发现,RD23(O.sativa)/长雄野生稻
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(31660387)“长雄野生稻(OryzaLongistaminata)稻纵卷叶螟抗性的分子定位研究”; 云南省科技厅科技计划项目(202002AE090021)“多年生稻创制及绿色轻简化技术集成及应用”;
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水稻(Oryza sativa)是亚洲近90%人口的主食。纵卷叶螟是影响水稻生产的主要害虫之一。目前,防治纵卷叶螟主要依赖化学农药,随着人们不断增强的生态环境保护意识以及对绿色农产品的需求,培育抗虫水稻成为防治农业有害生物,保护环境的重要途径。截止目前,稻属中纵卷叶螟抗性基因未见报道。挖掘稻属的纵卷叶螟抗性位点对水稻抗虫育种具有重要意义。实验室前期研究发现,RD23(O.sativa)/长雄野生稻(O.longistaminata)杂交后代F2中出现了纵卷叶螟抗性分离,初步推测长雄野生稻中存在纵卷叶螟抗性基因。本研究在前期的基础上,通过RAD-seq(Restriction-site associated DNA sequencing)技术对RD23/长雄野生稻RILs群体(133家系)进行了基因型分析,获得SNP标记,构建了RD23/长雄野生稻遗传连锁图谱。对重组自交系(Recombinant Inbred Lines,RILs)群体及其亲本在不同环境下进行了纵卷叶螟抗性评价,并进行纵卷叶螟抗性QTL定位。与此同时,对F2抗纵卷叶螟单株PR4、F2感纵卷叶螟单株PR5,分别进行纵卷叶螟取食前后植株叶片转录组分析,获得差异表达基因。结合QTL定位和差异表达基因结果,确定纵卷叶螟抗性候选基因,进一步通过荧光定量初步验证候选基因。研究结果如下:1.构建了RD23/长雄野生稻遗传连锁图谱。该图谱包含2237个SNP标记,总长3083.5 c M,标记间平均距离为1.38 c M,12条染色体的遗传距离介于90.9-488.8 c M之间,标记间平均遗传距离介于0.99-1.89 c M之间。2.明确了长雄野生稻的纵卷叶螟抗性。对RILs群体及其亲本进行了纵卷叶螟抗性评价。结果表明:人工接虫条件下,RD23和感虫对照BN21卷叶率与长雄野生稻抗性差异显著(p<0.05);BN21与PR4卷叶率差异显著(p<0.05),并且RILs群体内纵卷叶螟抗性频率呈单峰分布。明确长雄野生稻和PR4为抗性材料,长雄野生稻存在纵卷叶螟抗性位点,且该位点为多基因控制。3.检测到23个纵卷叶螟抗性相关位点。在2018H、2018F、2019H、2019F分别定位到1、16、4、3个QTL位点。其中,在2018H和2018F两个环境中均检测到q RTC-12-1位点。在2018H被定位时,q RTC-12-1贡献率为5.20%,加性效应为1.08。4.转录组GO富集分析发现茉莉酸途径可能与长雄野生稻螟虫抗性有关。对PR4(抗纵卷叶螟材料)、PR5(感纵卷叶螟材料)进行纵卷叶螟取食前及取食6 h后叶片取样进行转录组测序。结果说明茉莉酸代谢是水稻抗虫的重要通路,抗虫材料PR4可能是由于对茉莉酸的响应更加灵敏,因此具有抗纵卷叶螟能力。5.在QTL区域内筛选到26个候选基因。转录组分析获得267个差异基因。结合QTL定位结果,筛选到26个位于定位QTL区域内的纵卷叶螟抗性候选基因,其中q RTC-12-1内包含2个候选基因:Os12g0594200,Os12g0569300。6.分别对长雄野生稻、RD23进行纵卷叶螟取食前及取食6 h后叶片取样,验证26个候选基因在长雄野生稻、RD23中的表达量,荧光定量结果表明,Os11g0610600,Os12g0594200,Os12g0569300基因可能是影响水稻纵卷叶螟抗性的重要基因。Os12g0594200,Os12g0569300基因可能是关键基因。本研究通过对RD23/长雄野生稻RILs群体进行纵卷叶螟抗性的分子定位,结合转录组差异表达基因,确定了长雄野生稻中的纵卷叶螟抗性候选基因,并对候选基因进行了初步验证,缩小了候选基因范围。研究结果为水稻纵卷叶螟抗性育种提供了基因与材料资源。
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