稻瘟病抗性基因资源的挖掘及其育种利用

摘要

水稻（Oryza sativa L.）是全世界最重要的粮食作物之一，全球有近一半人口以水稻为生，我国有65％以上的人以水稻作为主食。而农作物病害是提高农产品产量和质量的主要限制因素之一。植物与病原微生物长期互作过程中进化出了多种防卫机制，抗性基因(Resistance gene，R gene)是主要防卫机制之一。由子囊菌Magnaporthe oryzae引起的稻瘟病(rice blast)，能使全球水稻减产10％-30％，严重时达到50％以上，并造成大量的经济损失。实践证明，选育和推广水稻抗病品种是控制这一病害最有效、最经济的方法。而抗性基因的发掘和克隆则是抗病育种的基础。截至目前为止，大约100个稻瘟病抗性基因被定位在除水稻3号染色体外的其余11条染色体上，其中28个已被克隆。本研究根据已克隆的稻瘟病抗性基因的结构和功能特点，结合等位挖掘技术和抗谱分析，对水稻Oochikara抗性背景进行了分析并克隆所携带的目标抗性基因。此外，利用稻瘟病抗性基因Pb1和pi21作为抗性资源，对部分优良栽培品种进行了改良。具体研究结果如下:
　　1.选取不同地区的34个稻瘟菌菌株对水稻Oochikara进行接种分析，发现水稻Oochikara的抗谱频率为88.2％，并且对国内外大部分生理菌株属于高抗类型，具有广谱抗性特点。
　　2.利用等位基因挖掘技术，从Oochikara克隆到了Pish、Pia、Pi-ta和Pikm4个抗性基因，并证明Oochikara不含有Pit、Pi35、Pib Pi2/Pi9、Pi21、Pi5、Pi-d3和Pi37稻瘟病抗性基因。同时利用单一稻瘟菌菌株08-7-3对部分抗性单基因系和Oochikara接种试验分析也验证了Oochikara携带有上述4个抗性基因。
　　3.根据基因对基因假说，我们对菌株08-7-3的无毒基因(Avirulence gene，Avrgene)进行检测，结果表明，08-7-3含有AvrPik-E无毒基因。通过对Oochikara稻瘟病抗性的遗传分析，证实Oochikara除含有Pish、Pia、Pi-ta和Pikm4个抗性基因外，还存在其他未知稻瘟病抗性基因。
　　4.开发Pb1功能标记Pb1-1，结合田间农艺性状鉴定，在南粳46作为轮回亲本的BC2F7代获得含有Pb1且性状改良的新品系。利用pi21的功能分子标记Pi21-1，将pi21导入了部分栽培品种。

目录

摘要

缩略词表

第1章 文献综述

1．1 水稻稻瘟病概述

1．1．1 稻瘟病病原生物学及其侵染机制

1．1．2 水稻稻瘟病抗性鉴定与评价

1．2 水稻稻瘟病抗性遗传机制

1．2．1 稻瘟病抗性遗传分析

1．2．2 稻瘟病抗性基因定位

1．2．3 水稻抗稻瘟病基因的克隆

1．2．4 抗性基因结构特征

1．2．5 水稻抗稻瘟病的分子机制

1．3 水稻的抗病育种概述

1．3．1 水稻广谱抗性品种的培育

1．3．2 常规抗病育种

1．3．3 分子标记辅助育种

1．3．4 水稻抗稻瘟病育种中主要面临的问题

1．4 本研究的目的与意义

第2章 水稻稻瘟病抗性基因的挖掘

2．1 水稻Oochikara稻瘟病抗性分析

2．1．1 实验材料与方法

2．1．2 结果与分析

2．1．3 小结

2．2 水稻Oochikara抗性基因的等位挖掘

2．2．1 实验材料与方法

2．2．2 结果与分析

2．2．3 小结

2．3 水稻Oochikara抗性遗传分析

2．3．1 实验材料与方法

2．3．2 结果与分析

2．3．3 小结

第3章 稻瘟病抗性基因的育种应用

3．1 实验材料与方法

3．2 结果与分析

3．2．1 Pb1和pi21功能标记开发和抗性鉴定

3．2．2 水稻稻瘟病抗性基因Pb1的分子标记辅助选择育种

3．2．3 水稻稻瘟病抗性基因pi21的分子标记辅助选择育种

3．3 小结

第4章 总结与讨论

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间取得的研究成果

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