水稻抗条纹叶枯病遗传分析和主基因qSTV11的精细定位

摘要

水稻条纹叶枯病(rice stripe)是近年来危害长江中下游地区的粳稻生产的主要病害之一,传毒介体为灰飞虱(Small brown planthopper,SBPH)。水稻对条纹叶枯病的抗性分为对病毒的抗性和对介体灰飞虱的抗性,目前在生产上利用的主要抗源为来自巴基斯坦品种Modan的抗病基因Stvb-ⅰ,但该基因尚未深入研究,加之存在抗源单一的风险,因而我们需要发掘新的抗病毒基因和抗灰飞虱的基因。本研究基于上述需求开展抗条纹叶枯病的遗传学研究,从鉴定方法的建立、抗性资源的筛选、基因定位和精细定位几方面着手进行了较为系统的研究,以下为本研究的主要内容:
　　 1、鉴定方法的建立
　　 本研究建立了规模化灰飞虱繁殖体系,改良和优化了三种病毒接种方法(田间鉴定、集团接种和强迫饲毒),开发了12天集团接种的新方法；在灰飞虱接种方面,我们改良和优化了耐虫性测验、排驱性测验和抗生性测验的方法。
　　 2、抗性资源的筛选和研究材料的选择
　　 本研究共筛选出高抗品种313份,通过对广西91份地方品种的细化分析发现水稻条纹叶枯病的抗性资源主要存在籼稻中,且抗性主基因与11染色体的标记RM287连锁。
　　 等位性分析发现三个品种(IR24、DV85和Habataki)携带的抗性基因与Stvb-ⅰ不等位,因此这三个品种作为材料进一步发掘条纹叶枯病的新抗性基因。我们还对高抗灰飞虱品种窄叶青8号和高抗的抗病对照IR36进行了相关的遗传研究。同时,我们利用籼稻品种Kasalath对其主抗基因(qSTV11)进行精细定位。
　　 3、利用不同群体对条纹叶枯病抗性基因的发掘
　　 利用以Asominori为遗传背景IR24为插入片段的染色体片段置换系群体(Chromosome segment substitution lines,CSSLs)验证了11染色体中抗主效基因qSTV11-ⅰ的遗传稳定性。而后我们利用2780个Asominori/CSSL62 F2:3家系将该中抗基因精细定位在与 Stvb-ⅰ临近的720.6kb的区间内。同时我们利用分子标记筛选到的137份交换单株并繁殖成F3:4,完成了其中纯合株系的表型鉴定。我们的研究为分子标记辅助选择(MAS)提供了紧密连锁标记和为进一步的分离和克隆该基因提供遗传基础。
　　 利用 Sasanishiki/Habataki//Sasanishiki(BC1F8)回交重组自交系群体(Backcrossedinbred lines,BILs)进行抗条纹叶枯病基因的初步定位。利用四种接种鉴定方法共检测到了3个QTL,其中一个QTL定位于第3染色体贡献率(Phnotypic variationexplained,PVE)为12.6～18.4％,第11染色体的两个加性的 QTL(qSTV11.1和qSTV11.2)遗传上连锁,集团接种条件下分别表现中抗但累加后表现高抗,分别定位在标记区间G257-RM457(PVE为14.4～20.9％)和RM457-RM187(PVE为13.5～26.6％)。利用背景亲本与含有这2个QTL的片段置换系SL437杂交构建次级群体,从总共2750份F2:3中挑选出147个重组株系进行集团接种鉴定,将qSTV11.1和qSTV11.2分别定位在333.2Kb(R15-RM209)和203.9Kb(R69-R73)的区间内。本研究首次定位到了2个中抗条纹叶枯病的基因,对丰富抗水稻抗条纹叶枯病遗传资源并加速水稻抗性育种都具有重要意义。
　　 利用来源于IR36/热研2号的重组自交系群体(Recombinant inbred lines,RILs),采用三种方法在两年不同处理中检测到抗条纹叶枯病的QTL分布在两年第1、3、4、5、7、10、11、12染色体,贡献率范围是1.2-32.9％。其中,第1染色体(区间RM488-RM128,贡献率为3.2-6.8％)和11染色体(RM332-RM287,贡献率为6.0-32.9％)检测到的QTL成簇分布,说明这两个区间存在稳定表达的QTL。上述两个QTL的抗性均来自高抗品种IR36。IR36的抗性机制的研究发现:IR36是综合了高抗病毒侵染、耐病毒、耐灰飞虱取食和排驱性等综合的高抗条纹叶枯病的特性。
　　 另外利用窄叶青8号/京系17加倍单倍体群体在抗虫检测中采用成虫或若虫苗期集团筛选法在第1(qSBPH1)、2(qSBPH2)和11(qSBPH11)染色体均检测一个抗虫的QTL,两年两种处理检测到的所有QTL的贡献率为44.39-50.96。其中qSBPH1是一个抗灰飞虱新的主基因,其贡献率超过30％。
　　 4、qSTV11的精细定位
　　 本研究利用来源于Koshihikari和Kasalath的CSSLs验证了Kasalath的主效抗性基因及其遗传稳定性。而后,我们从7018个 BC3F2单株(SL-234/Koshihikari回交次级F2群体)中筛选到372份重组的BCaF2:3株系及其后代399份重组的BC3F3:4家系。利用这些材料,我们将qSTV11定位在39.2 Kb的区间内,其中有7个侯选基因。qSTV11附近的4个多态InDel标记(R21、R25、R13和R48)可以用于抗性粳稻品种的标记辅助选择(MAS)。对应现有的表型,所有4个分子标记的选择效率>95％。