超级早稻中早39的抗稻瘟病遗传机理研究

摘要

稻瘟病是水稻三大主要病害之一，有水稻“癌症”之称。多年的实践经验表明，种植抗病品种是应对稻瘟病的最经济有效的方法，而具有广谱持久抗性的稻种资源的挖掘和研究，是利用其持久抗性的前提。被农业部认定为超级稻的中早39目前在江西、湖南、湖北、浙江省及安徽省长汀以南广泛种植，对稻瘟病有良好的抗性，是早稻推广品种中优秀的抗稻瘟病育种资源。本研究利用从全国12个省市采集的146个稻瘟病菌株对中早39进行抗谱分析，了解其在南北不同稻区的抗性情况。选择具有代表性的小种对中早39进行抗性基因的遗传分析和QTL定位，并利用13个抗性基因功能标记对中早39进行检测，以明晰中早39的抗稻瘟病遗传机理。同时利用功能标记将中早39的抗性基因导入到4个水稻品种中，以改良其稻瘟病抗性。主要研究成果如下:
　　1.对从全国南北稻区12个省收集的146个稻瘟病菌株进行生理小种划分，共划分为A，B，C,D，E，F，G等7个种群40个生理小种;其中A群和C群出现频率最高，分别为23.3％和24.0％，为优势种群;籼型小种出现的总频率为59.6％，高于粳型小种出现的频率40.4％。
　　2.利用146个菌株对中早39进行抗谱分析，发现它对南北稻区146个菌株的总抗谱为78.8％，特别对籼型小种的抗性表现很好，达到了82.8％，南方稻区中早39的平均抗谱为83.2％，在浙江省、贵州省和广西省的抗谱均达到90％以上，分别为92.9％、93.1％、100％，在这些地区可以作为很好的抗源来培育广谱抗性品种。
　　3.从146个稻瘟病菌株当中选择两个具有代表性且致病力强的生理小种10-105(A49)和12-157(B13)对中早39进行抗性遗传分析，发现中早39对菌株10-105(A49)的抗性受一个显性抗性基因控制，定位在了第6号染色体分子标记D622和D638之间，并与标记D627和D629共分离，该基因暂命名为Pi-zc(t)。中早39对菌株12-157(B13)的抗性受数量性状基因控制，在第6染色体分子标记D615和D638之间检测出5个QTLs:qBR-6-1、qBR-6-2、qBR-6-3、qBR-6-4、qBR-6-5。
　　4.利用已报道的用于鉴定抗性基因Piz、Piz-t、Pib、Pi9、Pid2、Pid3、Pi5、Pi36、i37、Pik、Pik-p、Pik-h的12个功能标记来检测中早39、嘉育66、台早733、中嘉早17和中组1号。结果显示，在中早39中共检测到含有7个抗性基因:Piz、Piz-t、Pid2、Pid3、Pi5、Pib、Pi9,其中Piz、Piz-t、Pid2、Pid3、Pi9等5个抗性基因位于第6染色体分子标记D622和D638之间;在嘉育66中检测到Ri5一个抗性基因;在台早733中共检测到Pi5和Pib两个抗性基因;在中嘉早17中检测到Pid2、Pid3、Pi5、Pib、Pi9等5个抗性基因;在中组1号中没有检测到抗性基因。
　　5.以中早39为稻瘟病抗性基因的供体亲本，嘉育66、台甲.733、中嘉早17、中组1号等4个品种为受体亲本，以改良这4个品种的稻瘟病抗性。利用功能标记分别对4个BC1F5世代的改良后代进行选择，并结合稻瘟病抗性鉴定和农艺性状考查结果获得了11个稻瘟病抗性良好且农艺性状较好的改良株系:X127、X134、X83、X94、X105、X141、X143、X171、X77、X78和X179。

目录

声明

摘要

英文缩略表

第一章 引言

1．1 稻瘟病抗性基因的定位与克隆

1．1．1 稻瘟病抗性主效基因的分子定位

1．1．2 稻瘟病抗性数量性状(QTL)的研究

1．1．3 稻瘟病抗性基因的克隆

1．2 水稻—稻瘟病菌的互作机制

1．2．1 基因对基因假说

1．2．2 无毒基因的定位与克隆

1．3 稻瘟病抗性基因在育种上的应用

1．3．1 常规技术育种

1．3．2 生物技术育种

1．4 本研究的目的与意义

第二章 中早39稻瘟病抗谱测定

2．1 实验材料

2．1．1 水稻品种

2．1．2 供试菌株

2．2 实验方法

2．2．1 菌株的培养与育苗

2．2．2 离体接种与调查

2．2．3 稻瘟病生理小种划分

2．2．4 水稻品种中早39和春江糯的抗谱分析

2．3 结果与分析

2．3．1 146个稻瘟病菌种群分布及出现频率

2．3．2 水稻品种中早39和春江糯对146个菌株的抗谱

2．4 讨论

第三章 中早39稻瘟病抗性的遗传分析

3．1 实验材料

3．1．1 水稻品种

3．1．2 供试菌株

3．2 实验方法

3．2．1 菌种的培养

3．2．2 播种与育苗

3．2．3 接种与调查

3．2．4 水稻叶片基因组DNA的提取

3．2．5 引物

3．2．6 PCR反应及其产物检测

3．2．7 遗传连锁图谱的构建及QTL完备区间作图(ICIM)

3．3 结果与分析

3．3．1 双亲及其F2群体稻瘟病抗性表现

3．3．2 中早39对10-105(A49)菌株的抗性基因初步定位

3．3．3 中早39对12-157(B13)菌株抗性的QTL分析

3．3．4 利用功能标记检测中早39中携带的稻瘟病抗性基因

3．4 讨论

3．4．1 本研究定位的抗性QTL与已报道的抗性基因的比较

3．4．2 中早39稻瘟病抗性机理解释

3．4．3 抗性基因功能标记在水稻育种和抗病机制研究中的应用

3．4．4 中早39抗性基因对早稻稻瘟病抗性育种的重要意义

第四章 抗稻瘟病分子标记辅助选择育种

4．1 实验材料

4．1．1 水稻品种

4．1．2 供试菌株

4．2 实验方法

4．2．1 分子标记的选择

4．2．2 构建分子标记辅助选择回交群体

4．2．3 亲本及回交群体后代的抗性鉴定

4．2．4 回交后代群体目标基因的检测

4．2．5 回交后代农艺性状的考查

4．3 结果与分析

4．3．1 用于检测回交后代群体的功能标记选择

4．3．2 中早39和嘉育66回交后代群体中目标基因检测

4．3．3 中早39和台早733回交后代群体中目标基因检测

4．3．4 中早39和中嘉早17回交后代群体中目标基因检测

4．3．5 中早39和中组1号回交后代群体中目标基因检测

4．3．6 亲本及中选回交后代的抗性鉴定

4．3．7 农艺性状的考查

4．4 讨论

第五章 全文结论

参考文献

附录

致谢

作者简历