水稻品种9194抗灰飞虱及其传播黑条矮缩病基因的定位

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ec54lulu
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灰飞虱(Laodelphax striatellxs Fallen)是水稻生产的主要害虫之一,广泛分布于亚洲水稻种植区,不仅能够直接刺吸造成危害,还是水稻条纹叶枯病(Rice stripe virus disease,RSVD)和水稻黑条矮缩病(Rice black-streaked dwarf virus disease,RBSDVD)等病毒病的传播介体,对水稻生产造成严重危害。近年来,尤其是在长江中下游及华北稻区,伴随着灰飞虱大发生,RBSDVD已成为该地区的主要水稻病毒病害。水稻一旦带毒,很难治愈,被称为水稻“癌症”。“切断毒链,治虫控病”是目前防治水稻黑条矮缩病的主要策略。当前对灰飞虱的防治主要是依赖化学农药,然而由于灰飞虱迁飞性强,兼之种群数量大,且传毒瞬时,导致防虫治病的效果并不十分理想,而且农药的过度使用不但增加了生产成本、污染环境、杀伤天敌,还促使灰飞虱抗药性增强。因此,在筛选抗性资源和发掘抗性基因的基础上,培育并利用抗性品种被认为是防治灰飞虱及其传播病害最经济有效的策略。然而,由于RBSDVD由灰飞虱以持久性不经卵方式传播,其抗性鉴定复杂,难度大,导致相关研究严重滞后。因此,抗灰飞虱及其传播水稻黑条矮缩病基因的发掘,对加速培育抗灰飞虱及水稻黑条矮缩病新品种具有重要的理论和实践意义。经多年多点的重病区自然鉴定和人工接种鉴定,本研究筛选到一个高抗RBSDVD的水稻品种9194,分析发现该品种还兼抗传毒介体灰飞虱。利用9194与高感水稻黑条矮缩病和灰飞虱的粳稻品种苏御糯(SYN)构建F2:3群体,进行抗灰飞虱及RBSDVD的遗传分析和基因定位。进一步构建BC2F2:3群体,利用该群体完成了 一个抗RBSDVD主效QTLqRBSDV11的精细定位。主要研究内容如下:1.水稻品种9194抗黑条矮缩病的遗传分析及基因定位(1)本研究自2010-2016年(2014年除外)连续6年,在江苏省连云港市和河南省开封市等黑条矮缩病重发区,进行抗黑条矮缩病水稻资源的筛选与鉴定。其中一籼稻品种9194,在多年多点的鉴定中发病率均小于5%,表现稳定高抗水稻黑条矮缩病。而另一粳稻品种苏御糯平均发病率大于75%,高感水稻黑条矮缩病。与田间鉴定结果相一致,经人工接种鉴定,进一步验证了 9194稳定高抗水稻黑条矮缩病,苏御糯为一个高感黑条矮缩病的水稻品种。因此9194和苏御糯可作为理想的配组亲本进行水稻黑条矮缩病的研究工作。(2)为发掘9194携带的抗水稻黑条矮缩病QTL,本研究利用9194和苏御糯构建F2:3分离群体,对796个株系在重病区进行自然接种鉴定,选取表型鉴定重复性较好的212个家系,进行抗黑条矮缩病的遗传分析。212个家系的黑条矮缩病抗性呈正态分布,表明该性状由多个数量性状位点(QTL)控制。利用Windows QTL Cartographer 2.5进行水稻黑条矮缩病抗性基因的分析,共检测到4个QTLs,即qRBSDV3、qRBSDV6、qRBSDV9和qRBSDV11,分别位于第3、6、9和11染色体上,LOD值分别为2.34、4.42、7.26和7.16,贡献率分别为5.4%,10.3%,35.5%和31.1%,共解释表型变异的82.3%。且四个QTLs位点抗性等位基因均来自抗病亲本9194。其中,qRBSDV9和qRBSDV11的贡献率均超过了 30%,为两个抗RBSDVD的主效QTLs。进一步以感病亲本苏御糯为轮回亲本,针对qRBSDV6、qRBSDV9和qRBSDV11,构建回交群体,从BC3F2中筛选获得携带单个、两个和三个QTLs的单株,并对各单株后代进行黑条矮缩病抗性鉴定,结果表明三个位点的黑条矮缩病的抗性存在累加作用。(3)本研究针对qRBSDV11位点,构建了一个包含94个家系的BC2F2:3次级分离群体,表型鉴定并结合QTL分析,验证了 9194中的qRBSDV11位点是稳定表达的。并进一步利用9194/苏御糯BC2F2:3、BC3F2:3和BC4F2:3群体共10,911个株系,最终将qRBSDV11精细定位于2个Indel标记HTA11-71和HTA11-83之间约163 kb的物理区间。该区间共包含20个ORFs,通过测序比对发现3个基因在亲本间存在氨基酸序列上的差异,暂时将其列为候选基因。qRBSDV11的精细定位为该基因的图位克隆奠定了基础。2.9194抗灰飞虱的遗传分析和QTL定位9194不仅高抗RBSDVD,且兼抗介体灰飞虱。进一步通过排趋性和抗生性测验,表明9194对灰飞虱的抗性主要是由排趋性引起的。为发掘9194携带的抗灰飞虱QTLs,分析9194抗RBSDVD和介体灰飞虱之间的关系,本研究完成了 104个9194/苏御糯的F2:3家系的灰飞虱抗性鉴定,发现该群体表型频率直方图呈现非典型的双峰分布,表明该性状可能由多个数量性状位点(QTL)控制。进一步利用WindowsQTL Cartographer 2.5进行灰飞虱抗性基因的分析,共检测到4个QTLs,命名为qSBPH1、qSBPH5、qSBPH8和qSBPH9,分别位于第1、5、8和9染色体上,LOD值分别为2.72、2.78、2.15 和 2.85,贡献率分别为 13.7%、11.0%、12.0%和 21.0%,共解释表型变异的57.7%。遗传分析表明这四个QTLs位点增强抗性的等位基因均来自高抗亲本9194。其中,qSBPH9的贡献率超过了 20%,表明其是一个抗灰飞虱主效QTL。通过与之前检测的抗RBSDVD QTLs位点的比较分析,qSBP,H9与qRBSDV9的定位在相同的染色体区间,表明该位点可能兼抗灰飞虱和水稻黑条矮缩病。本研究发掘定位的水稻抗灰飞虱和黑条矮缩病QTLs,为利用分子育种技术培育抗灰飞虱和黑条矮缩病水稻品种,提供了技术支撑。同时也为抗灰飞虱和水稻黑条矮缩病基因的图位克隆及抗性分子机制的阐明奠定了基础。
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