稻瘟菌群体无毒基因型的时空动态研究

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稻瘟病是危害水稻的重要病害之一,经常在生产上造成巨大的经济损失。防治该病的有效措施是栽培抗病水稻品种。但迄今为止,有关稻瘟菌群体无毒基因型时空变化规律的研究缺少,绝大多数水稻品种的抗瘟基因型尚未确定,以致育种家难以有效培育抗瘟品种,广大农民在生产实际中不能合理选用抗瘟品种。因此,揭示稻瘟菌群体无毒基因型时空变化规律对于选用抗瘟基因有重要指导意义。作者从2010年至2015年连续6年,对我国辽宁省东港市、黑龙江省856农场、广东省从化市的稻瘟病菌群体无毒基因型动态与水稻抗瘟单基因系及相关品种的田间抗瘟性间的关系进行了研究,并取得了如下主要结果。首先,作者连续3年在东港农技推广中心从Pi12、Pib、Pik和Pizt等4个抗瘟单基因系叶瘟病样上共分离了300个单孢菌株,从丽江新团黑谷(LTH)分离了314个单孢菌株,利用离体叶片划伤方法将各菌株接种于24个抗瘟单基因系,依据抗、感反应型推导出各菌株的无毒基因型。结果表明来自特定单基因系上的菌株群体不含有其对应无毒基因的菌株,来自LTH的菌株群体含有对应于24个抗瘟基因的无毒基因的菌株。说明水稻品种抗瘟基因对稻瘟菌具有选择压力。作者还分离相邻稻穴不同叶片的菌株、同一叶片不同病斑菌株、同一病斑不同单孢菌株,测定了其无毒基因型。结果显示:45个来自不同稻穴叶片的单孢菌株是不同的致病型,25个同一叶片不同病斑绝大多数的单孢菌株是不同的致病型,而同一病斑不同单孢菌株绝大多数是相同的致病型。基于这些结果,作者认为:从LTH不同植株的不同叶片分离一定数量的稻瘟菌菌株可反映其群体的无毒基因型分布。在上述基础上,作者于2010年至2015年从辽宁省东港市、黑龙江省856农场和广东省从化市的LTH上分别分离获得了 693、556和352个单孢菌株、共计1601个菌株,并测定了其对24个抗瘟单基因系致病性。聚类分析显示,东港、856农场、从化菌株可分为674、504、328个致病型,1601个菌株可分为1492个致病型,表明水稻田间稻瘟菌群体存在丰富的致病型。作者同时对各致病型的频率进行了分析,但未发现有致病型占群体的2%以上,表明田间稻瘟菌群体不存在优势的致病型。与此同时,作者将来自上述3县市的菌株进行了致病型聚类,发现各群体的致病型具有明显的地域特点。进一步,作者对上述三个县市连续6年间稻瘟菌群体的无毒基因型进行了比较分析,结果显示:每个县市的稻瘟菌群体中每年都含有与24个抗瘟基因对应的无毒基因型;不同无毒基因型在同一群体出现的频率存在显著的差异。在东港稻瘟菌群体中,含有Avr-Pi1、Avr-Pi20、Avr-Pi3、Avr-Pi5、Avr-Pi7、Avr-Pi9、Avr-Pikh、Avr-Pikm、Avr-Pikp、Avr-Piks和Avr-Piz5等无毒基因型的菌株频率超过了 50%;在856农场稻瘟菌群体中,只有含有Avr-Pi11、Avr-Pi12、Avr-Pi9、Avr-Pita2和Avr-Pizt等无毒基因型的平均频率超过了 50%;而在从化稻瘟菌群体中,仅有Avr-Pi9、Avr-Pikh和Avr-Pikm等无毒基因型的平均频率超过50%。以上说明稻瘟病菌群体中存在优势无毒基因型,不同群体的优势无毒基因型明显不同。因此,我国稻瘟病抗性育种应根据稻瘟病菌不同群体的优势无毒基因型,进行抗瘟基因布局。为了验证上述结论,作者结合在东港和从化进行的水稻抗瘟单基因系田间抗瘟性调查结果,分析了稻瘟菌群体优势无毒基因型出现的频率与对应水稻抗瘟单基因系田间抗瘟性的关系,发现抗瘟单基因系的田间病情指数与室内抗谱间呈现显著负相关关系,室内抗谱高于70%的单基因系在田间表现出良好的抗瘟性,抗谱低于40%的单基因系在田间明显感病。基于此,作者测定了龙粳29、龙粳31、绥粳8号和空育131等品种对856农场稻瘟病菌群体的抗谱以及盐粳456、辽星1号和盐丰47对东港稻瘟病菌群体的抗谱。结果显示:龙粳31、绥粳8和龙粳29对3年856农场稻瘟病菌群体抗谱均大于70%,空育131抗谱较窄,平均低于40%;盐粳456对东港稻瘟病菌群体的抗谱大于70%,而辽星1号、盐丰47的抗菌谱均低于20%。空育131曾在黑龙江省大面积种植,导致了2005-2007年稻瘟病大流行;辽星1号和盐丰47在2011年之前曾占辽宁省水稻种植面积的80%,导致了 2010年稻瘟病大流行。本研究结果为建立抗瘟品种的培育和选用理论提供了重要实验数据,对于辽宁东港市、黑龙江省856农场、广东省从化地区利用抗瘟品种布局控制稻瘟病具有重要的直接指导意义。
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