湖北省稻瘟病重发区病菌群体致病性分化及水稻抗瘟基因的遗传分析

摘要

水稻稻瘟病是危害全球水稻生产最严重的病害之一，通过抗性品种防治稻瘟病的措施在当前被认为既经济有效又与环境相和谐，能有效地减少稻瘟病直接或间接所带来的损失。然而在实际生产中，含有单一抗性基因的抗性品种，长时期使用后会因为稻瘟病菌新的优势种群的出现而抗性渐失，因此，通过对稻瘟病菌群体致病型结构和遗传结构及其变异规律的分析；对抗性基因开展田间抗瘟性评价；同时利用不同的的水稻材料，对新的抗病基因进行探索等研究，可以为抗性品种的合理利用、克服抗病品种的感病化提供理论依据，从而长期、有效地控制该病害。
　　 基于中国鉴别品种和单基因品系以及rep-Pot2-PCR指纹技术，对湖北省稻瘟病重发区病菌群体的毒性结构及DNA指纹图谱进行了分析，结果表明，湖北省稻瘟病菌群体具有较丰富的毒性类型，根据对中国鉴别品种的致病性反应，2006-2010的单孢菌株可分成7群53个生理小种；根据对单基因品系的致病性反应，2009-2010年的菌株可分成72个致病类型。不同年份的稻瘟病菌群体在致病型组成上有差异，但在优势致病类型上没有明显的不同。在73%的指纹相似性水平上可将204菌株划分成112个不同的单元型和14个遗传谱系；14个谱系中没有出现绝对的优势谱系；不同年份稻瘟病菌群体遗传结构存在差异，但未发生明显的演化。DNA指纹分析的遗传谱系与生理小种(致病类型)之间呈复杂对应关系。湖北省稻瘟病重灾区稻瘟菌群体对抗性基因Pi-kh的毒性频率较低，表明Pi-kh基因在湖北省水稻稻作区有很好的利用价值。
　　 湖北省的恩施、宜昌、咸宁地区，一直是湖北省水稻稻瘟病的重发区和常发区。为了明确20个抗稻瘟病基因在湖北省的抗性水平及利用价值，选择恩施地区的金子坝和两河口、宜昌地区的远安县和咸宁地区的崇阳县作为水稻稻瘟病自然诱发接种试验点，对以丽江新团黑谷为轮回亲本培育而成的持有垂直抗性基因的20个水稻单基因系进行稻瘟病自然诱发接种。结果表明：抗性基因Pi-kh、Pi-9、Pi-20和Pi-z5对叶瘟有很好的抗性，而抗性基因Pi-a、Pi-t、Pi-ta、Pi-zt、Pi-12(t)对叶瘟的抗性不好。抗性基因Pi-kp、Pi-kh、Pi-5(t)、Pi-9和Pi-z5对穗颈瘟也有很好的抗性，而抗性基因Pi-t、Pi-ta、Pi-zt、Pi-12(t)、Pi-z对穗颈瘟的抗性不好。总结3年来20个垂直抗性基因在恩施、宜昌和咸宁的抗性情况，结果表明抗性基因Pi-kh、Pi-9和Pi-z5对稻叶瘟和抗稻穗颈瘟均有良好的抗性，可以作为湖北省水稻抗性基因或抗源基因合理使用，而抗性基因Pi-t、Pi-ta、Pi-zt、Pi-12(t)因对稻叶瘟和稻穗颈瘟的抗性较差，所以在推广使用时应谨慎。
　　 利用22个稻瘟病菌鉴别菌株对600份水稻品种(系)进行了抗瘟性测定，并对测定结果进行了聚类分析和品种(系)基因型推导。抗病性测定结果表明，600份品种(系)中有252份品种(系)对鉴别菌株表现出稳定的抗感反应，且这252份品种(系)对鉴别菌株的抗谱存在明显的多样性。根据供试品种(系)对鉴别菌株抗感反应型的聚类分析，可将252份品种(系)划分为15个组，各组的品种(系)对鉴别菌株的反应型和抗性频率存在明显差异。基因型推导结果表明，在252份品种(系)中，70份品种涉及14个抗瘟基因，181份品种(系)含有与已知的抗性基因都不相同的抗性因子。聚类分析结果与基因型推导结果不存在简单的一一对应关系。珍科、魔王谷等10份品种(系)可作为田间抗瘟性筛选的候选材料。
　　 以抗稻瘟病的云南省地方品种魔王谷(MWG)和感稻瘟病的湖北省地方品种鄂晚8号(EW8)为亲本材料，建立的双单倍体分离群体(DH)由96个株系组成，由此建立的分子遗传图谱包含120对SSR分子标记。通过菌株对亲本材料MWG/EW8不同的致病性反应，从22个菌株中筛选得到5个毒性不同的鉴别菌株，利用这5个鉴别菌株对DH系进行人工注射接种，考察该DH群体对稻瘟病的抗性。把DH系每一株系的病级数据输入到DH群体的分子标记数据库中，利用MAPMAKER/EXP3.0软件采用区间作图法对抗稻瘟病数量性状位点(QTL)进行检测，共鉴定出3个抗性QTL，均位于第6染色体长臂RM541附近，3个抗病QTL对抗病表型的贡献率介于7.7%-15.2%之间。3个抗病QTL均来源于抗病亲本MWG。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.水稻稻瘟病菌的研究概述

2.稻瘟病菌群体致病型结构研究进展

2.1 鉴别品种的研究概况

2.2 稻瘟病菌生理小种的多样性及变化动态

3.稻瘟病菌群体遗传结构的多样性

3.1 应用于稻瘟病菌群体遗传学研究的重复DNA序列

3.2 应用于稻瘟病菌群体遗传学研究的DNA指纹分析技术

4.稻瘟病菌致病型与遗传谱系间的关系

5.稻瘟病菌-水稻的互作关系

6.水稻品种抗性遗传的多样性

6.1 抗病性稻种资源的多样性

6.2 水稻抗稻瘟病的抗性类型多样性

7.水稻抗稻瘟病基因的鉴定与定位

7.1 抗病基因分析的方法

7.2 分离群体(作图群体)的构建

7.3 分子标记在稻瘟病抗性基因定位中的应用

7.4 抗病基因的定位

7.5 稻瘟病抗性基因等位性分析

7.6 稻瘟病抗性基因的克隆

8.稻瘟病的分子标记辅助育种

9.本研究的目的和意义

第二章 湖北省稻瘟病重发区病菌群体致病性分化及遗传结构的分析

1 材料与方法

1.1 供试菌株的分离与培养

1.2 稻瘟病菌致病型测定方法

1.3 稻瘟病菌基因组DAN提取方法

1.4 稻瘟病菌DNA指纹分析

2 结果与分析

2.1 湖北省稻瘟病重发区病菌群体的毒力结构

2.2 湖北省稻瘟病重发区病菌群体的遗传结构

2.3 稻瘟病菌的遗传谱系与生理小种(致病型)的关系

3 讨论

第三章 二十个稻瘟病抗性基因在湖北省稻瘟病常发区和重发区的利用价值分析

1 材料与方法

1.1 具有已知抗性基因的单基因品系来源

1.2 大田秧苗播种及管理

1.3 病情调查及记载

2 结果与分析

2.1 不同年度间抗叶瘟的评价

2.2 不同年度间抗穗颈瘟的评价

3 小结与讨论

第四章 水稻品种(系)对稻瘟病的抗性鉴定及对抗性多样性分析

1.材料与方法

1.1.水稻品种(系)及鉴别菌株

1.2 抗性测定、基因推导及聚类分析

2 结果与分析

2.1 供试品种(系)对鉴别菌株的抗感反应型及鉴别菌株对供试品种(系)的致病型

2.2 供试品种(系)抗瘟基因型的推导

2.3 供试品种(系)对鉴别菌株抗感表型的聚类分析

3.讨论

第五章 水稻稻瘟病抗性QTL的定位分析

1 材料与方法

1.1 水稻亲本材料、作图群体及鉴别菌株

1.2 水稻育苗

1.3 稻瘟病菌悬浮液的制备、接种与病情调查

1.4 群体单株基因型分析

1.5 数据统计与分析

2 结果与分析

2.1.DH系双亲间鉴别菌株的筛选

2.2.DH系双亲的抗病性表现

2.3.抗病QTL的定位

3 讨论

第六章 综合小结与展望

本研究的创新点

参考文献

附录一：实验方法

附录二：部分数据

在读期间发表的主要文章

致谢