水稻抗褐飞虱主基因Bph22(t)的精细定位

摘要

褐飞虱（Brown Planthopper, BPH）Nilaparvata lugens(St(a)l)是为害亚洲稻作区最严重的害虫之一。成虫和若虫群集于稻丛基部，刺吸水稻茎叶韧皮部中汁液，消耗稻株营养;虫量多、受害重时，稻株下部变黑、腐烂发臭乖瘫痪倒状，称为“虱烧”(Hopperburn)，俗称“冒穿”，给水稻生产带来严重的影响。此外，褐飞虱还是传播水稻病毒病—草状丛矮病（Grass Stunt）和齿叶矮缩病（Ragged Stunt）的虫媒。
　　 长期以来，对褐飞虱的防治主要依赖化学农药。但是广谱杀虫剂的长期使用，在灭杀褐飞虱的同时，往往也杀死或驱赶了褐飞虱天敌，破坏了生态平衡，导致褐飞虱数量大量增加;此外，化学药剂的使用不可避免地对自然环境造成污染和破坏。利用品种抗性被认为是防治褐飞虱为害的最佳途径之一。然而，在育种家努力选育一个又一个抗虫品种以抵抗褐飞虱为害的同时，褐飞虱生物型的改变相继克服了水稻品种的抗性。因而，不断挖掘和利用新的抗褐飞虱主基因，选育具有持久抗虫性的水稻品种，已成为防治褐飞虱危害的首要任务。
　　 抗虫基因的分离与克隆，不仅有助于阐明水稻抗褐飞虱的分子机制，而且可以加快其在育种中的应用。精细定位是图位克隆的关键步骤，同时抗性基因紧密连锁分子标记的开发与鉴定，也为抗褐飞虱基因的利用提供了有利的工具。
　　 本研究将水稻抗褐飞虱品种Balamawee、Kaharamana及Pokkali的抗虫类型进行了划分，为后续的基因定位奠定了表型鉴定的基础也为候选基因的预测提供了确定的依据;随后的研究发现Balamawee的抗性并非前人报道的由一个主基因Bph9控制的，而是由一个新的主基因Bph22(t)控制的。本研究从分子的角度分析了Balamawee抗虫性的遗传基础，并对该新的抗褐飞虱基因Bph22(t)进行了精细定位。主要结果如下:
　　 1.抗褐飞虱水稻品种上褐飞虱取食行为研究
　　 本研究首先从植物抗植食性昆虫的三种机制:抗生性(antibiosis)、拒虫性(nonpreference)、耐虫性(tolerance)出发，评价了据报道同含一个显性抗褐飞虱基因Bph9的三个品种Balamawee、Kaharamana和Pokkali的抗虫水平和抗虫类型。Balamawee表现出很强的抗生性和拒虫性，而Kaharamana和Pokkali表现为耐虫性。之前的报道认为Kaharamana，Pokkali和Balamawee都含有同一个显性抗褐飞虱基因Bph9，但褐飞虱在Balamawee上的取食行为与Kaharamana和Pokkali存在显著的差异。
　　 2.抗褐飞虱主基因Bph22(t)的遗传分析和初步定位
　　 斯里兰卡水稻品种Balamawee对东亚和东南亚的褐飞虱生物型1、2、3均表现抗性。抗褐飞虱机制的研究表明该品种为一抗生性或拒虫性的水稻品种。本研究通过构建F2分离群体，对控制Balamawee的抗褐飞虱基因进行了遗传分析，其抗性受一个显性主基因控制。将其定位在第四染色体长臂RM471和RM5742之间，分别与之相距18.2cM和4.7cM。该基因为一个新的抗褐飞虱主基因，命名为Bph22(t)。
　　 3.抗褐飞虱主基因Bph22(t)的精细定位
　　 为了进一步缩小Bph22(t)所在范围，利用18308个Balamawee/02428F2群体进行精细定位。在初步定位的基础上，首先利用标记RM471和RM5742之间公布的SSR引物分析亲本多态性，并利用水稻基因组序列信息开发新的SSR标记和InDel标记，对群体中所有个体交换情况进行考察，结合筛选出的交换单株的表型鉴定的结果进行“染色体步移”，最终将Bph22(t)精细定位在两InDel标记Q52和Q20之间，约63Kb的区间内。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

第一节 褐飞虱的生物学特征及其危害

1．1 褐飞虱的生物学特性及其取食行为

1．2 褐飞虱在世界的分布及其危害

1．3 褐飞虱在我国的分布及其危害

1．4 为害我国水稻生产的主要褐飞虱虫源

第二节 水稻抗褐飞虱遗传基础研究

2．1 水稻抗褐飞虱主基因遗传分析和分子定位

2．2 水稻抗褐飞虱QTL分析

2．3 水稻抗褐飞虱基因与褐飞虱生物型之间的互作关系

2．4 抗褐飞虱基因的育种利用现状

2．5 抗褐飞虱转基因研究

2．6 水稻抗褐飞虱基因遗传育种研究展望

第三节 植物抗虫的分子机制

3．1 植物抗虫的三种类型

3．2 已克隆的抗虫基因

第四节 本研究的目的及意义

第二章 水稻抗褐飞虱品种Balamawee的抗虫机制研究

1 材料方法

1．1 材料

1．2 抗虫性实验

1．3 拒虫性实验

1．4 褐飞虱死亡率的测定

1．5 褐飞虱取食量的测定

1．6 各供试品种抗虫类型的划分

2 结果

2．1 抗性级别的鉴定结果

2．2 不同水稻品种苗期对褐飞虱拒虫性的比较

2．3 褐飞虱在不同水稻品种上的存活率

2．4 褐飞虱在不同水稻品种上的蜜露排泄量

2．5 不同抗虫水稻品种的耐虫性评价

3 讨论

第三章 抗褐飞虱主基因Bph22(t)的遗传分析及初定位

1 材料和方法

1．1 供试材料

1．2 虫源

1．3 抗虫性测定

1．4 DNA样品制备和SSR分析

1．5 连锁分析和初步定位

2 结果

2．1 亲本、F1植株及F2分离群体的抗虫性表现

2．2 Bph22(t)的遗传分析

2．3 Bph22(t)的初步定位

3 讨论

第四章 水稻抗褐飞虱主基因Bph22(t)的精细定位

1 材料和方法

1．1 供试材料

1．2 虫源

1．3 抗虫性测定

1．4 DNA样品制备和SSR分析

1．5 InDels标记的开发

1．6 精细定位的方法

1．7 候选基因的预测与分析

2 结果

2．1 Bph22(t)的精细定位

2．2 候选基因的预测

3 讨论

第五章 全文结论及创新点

参考文献

附录Ⅰ 总DNA提取(SDS法)及检测

附录Ⅱ SSR标记检测

在读期间发表论文

致谢