稻瘟病抗性基因特异分子标记开发及在云南粳稻中的应用

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水稻(Oryza sativa L.)是世界上最重要的粮食作物之一,全球一半的人口以稻米为主食。云南作为西南地区重要的水稻产区之一,常年种植面积约一百万公顷,其中超过一半在种植粳稻。而由子囊真菌Magnaporthe oryzae(无性态为Pyricularia oryzae)引起的稻瘟病是水稻生产中危害最为严重的病害之一,生产实践证明,种植抗病品种是预防稻瘟病最经济、安全有效及环境友好的措施,抗病品种的培育取决于稻瘟病抗性基因的合理利用,因此,为更好地利用稻瘟病抗性基因和明确云南省水稻主栽粳稻品种的抗性遗传背景,本研究根据Pi2、Pi9、Piz-t、Pi50/Pigm、Pik、Pik-m、Pik-p、Pik-h、Pik-s、Pil、Pita-2 和 Pi5 等 12 个已克隆的稻瘟病抗性基因序列开发特异分子标记,并结合已发表的Pia、Pib、Pii、Pi54、Pid3和Pid4等6个抗性基因的特异分子标记对云南省1980~2020年间培育的163个常规粳稻品种/系和20世纪60年代引进的西南175进行抗性基因分子鉴定。主要研究结果如下:1.针对已克隆的稻瘟病抗性基因Pi2、Pi9、Piz-t、Pi50/Pigm、Pik、Pik-m、Pik-p、Pik-h、Pik-s、Pil、Pita-2和Pi5,基于基因本身序列开发出各自的特异分子标记。经验证,这些分子标记与目的基因共分离,可以准确检测目的基因。本研究开发的特异分子标记对水稻分子标记辅助选择育种和种质资源抗性基因鉴定具有重要的实际意义。2.用本研究开发的Pik基因位点特异分子标记对163个云南粳稻品种/系进行检测时发现有61个品种和Pik基因位点内Pik-h基因电泳条带一致,但测序结果显示这61个品种的扩增产物比Pik-h基因在外显子区域插入了 9 bp,表明这61个品种含有一个Pik基因位点的新单倍型,该新单倍型是否具有功能有待进一步验证。3.利用18个抗性基因的特异分子标记对163个云南粳稻品种/系及西南175进行分子检测发现,163个云南粳稻品种/系中含有的抗性基因数为0~5个,其中有4个品种检测到5个抗性基因;含有4个、3个、2个和1个抗性基因的品种分别占供试品种的9.81%、36.19%、39.87%和10.42%;有2个品种未检测到本研究中的18个抗性基因;西南175中检测到含有1个抗性基因Pik-s。综合18个抗性基因的分子检测结果来看,云南粳稻品种/系中含有的抗性基因数主要集中在2~3个。4.从品种携带的抗性基因情况来看,有110个品种携带Pi54基因,该基因检出频率最高,达67.48%;Pib、Pii和Pik-s基因的分布次之,检出频率分别为58.89%、42.33%和39.87%;Pita-2、Piz-t、Pid3、Pia基因分布较少,携带有这4个抗性基因的品种数均在20个以下,检出频率分别为12.26%、9.20%、7.97%、7.97%;对于Pid4、Pik-m和Pik基因,只有4个、3个和1个品种携带,检出频率分别为2.42%、1.81%和0.61%;而Pi2、Pi9、Pi50/Pigm、Pi5、Pil、Pik-p以及Pik-h基因在所有品种中均未检测到。表明云南粳稻品种/系可能存在抗性基因的利用较为单一且对广谱性抗性基因使用不足的问题。5.本研究选取云南省目前主栽的28个粳稻品种在玉溪病圃中进行穗颈瘟评价,结果显示对穗颈瘟表现抗病的品种有12个,占鉴定品种的42.86%;表现感穗颈瘟的品种有16个,占鉴定品种的57.14%,进一步比较穗颈瘟结果和抗性基因检测结果发现部分品种不含有本研究中的抗性基因Pib、Pi54、Pii和Pik-s,但高抗穗颈瘟,而这些抗性基因在感病品种中也大量含有,表明云南粳稻品种中还含有其它有作用的抗性基因,而这些基因是已知或是未知的尚有待于进一步探究,从高比例感病品种的鉴定结果也反映出云南省目前主栽粳稻品种存在易感稻瘟病的风险,今后的育种中需引入新的抗源,以提高育成品种的稻瘟病抗性。综上所述,本研究开发的12个稻瘟病抗性基因特异分子标记可用于种质资源抗性基因鉴定和分子标记辅助选择抗病育种;云南粳稻品种培育中需加强广谱抗性基因的引入和利用,以拓宽新育成水稻品种的稻瘟病抗性遗传基础,抵御稻瘟病的危害。
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