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稻瘟病是水稻的首要病害之一,20世纪90年代以来我国每年均有大面积的稻瘟病发生,并造成了重大的产量损失,稻瘟病的危害已对我国粮食安全带来隐患。实践证明,培育和合理利用抗病品种是控制此病害最经济有效和对环境最安全的手段,利用分子标记辅助选择(marker-assisted selection,MAS)技术将多个具有不同类型的稻瘟病抗性基因聚合到同一个品种中,是培育具有持久抗瘟性品种的有效措施之一。培育抗性品种的基础和前提是鉴定优异的抗源材料。
本研究对一个经过稻瘟病抗性初筛的空间诱变水稻突变体H4开展系统的研究,结果如下:
1、采用主要来自广东稻区的不同致病型稻瘟病菌代表菌株对H4进行5次苗叶瘟抗谱测定,结果表明H4具有非常广谱的抗瘟性,明显优于其原种中二软占及部分广东省主栽品种。同时,将H4种植于从化吕田自然病圃进行穗颈瘟抗性鉴定,结果发现H4连续5季在自然病圃均高抗穗颈瘟。研究结果表明,H4是一个优异的稻瘟病抗源材料。
2、采用广致病谱代表菌株GD00193和GD93286对H4进行分析,结果表明H4对这2个菌株的抗性遗传均由显性主效单基因控制;初步定位结果显示,H4中对应菌株GD00193和GD93286的抗性基因为同一个基因,暂时命名为Pi-h1(t),并将该基因初步定位于水稻第11染色体长臂末端的SSR标记RM224和RM27360之间,目标基因与两个标记分别相距1.12 cM和1.34 cM。
3、通过扩大群体并开发新的标记将Pi-h1(t)精细定位于Pik抗性基因簇区域内,限定于标记K5与K20之间0.12 cM的区域内,该区域为重组冷点区。以日本晴(Nipponbare)的序列作为参考,两个标记之间的物理距离约235.9 kb,并构建了Pi-h1(t)基因区域的精细遗传图和物理图。
4、利用RiceGAAS(Autopredegenest,http://ricegaas.dna.affrc.go.jp)系统和Soft Berry(http://www.softberry.com)上的FGENESH对Pi-h1(t)所在区域进行基因预测,搜索到具有抗病基因保守结构域的候选基因11个,对候选基因进行RT-PCR分析,进一步确定2号候选可能是Pi-h1(t)的候选基因。
5、采用分子标记辅助选择技术并结合抗性鉴定,从H4与CBB23之F2代群体中鉴定出8株(R1～R8)双抗植株,其稻瘟病抗性基因尸Pi-h1(t)及白叶枯病抗性基因Xa23均为纯合型。采用34个不同致病型的稻瘟病菌株对其F3株系进行测定,8个品系的抗谱均在90％左右,低于H4的抗谱(100％),其中专化性致病菌株GD08TY4和GD08TY6等能侵染这些双抗品系;吕田自然病圃鉴定结果表明,8个品系均高感穗颈瘟,明显不同于H4.的高抗穗颈瘟特性;经白叶枯病优势致病型Ⅳ菌接种鉴定,结果显示8个品系与其供体CBB23一样均表现出较好的白叶枯病抗性。研究结果表明:采用分子标记辅助选择技术能快速高效地聚合稻瘟病抗性基因和白叶枯病抗性基因,培育双抗种质;Pi-h1(t)能介导较广谱的苗叶瘟抗性;H4中还含有其它抗瘟基因。
6、进一步采用专化性致病菌株GD08TY4对H4进行抗性遗传分析,结果表明H4中含有两个显性主效基因控制其对该菌株的抗性,这两个基因独立遗传,只要其中一个为纯合或杂合状态就能对菌株GD08TY4产生抗性。将其中一个抗性基因,暂命名Pi-h2(t),初步定位于水稻第1染色体短臂,该区域目前尚未其它抗瘟基因报道;将另外一个抗性基因,暂命名Pi-h3(t),初步定位于水稻第12染色体跨着丝粒区域,该区域目前己报道了14个抗瘟基因,属于抗性基因富集区。