水稻抗褐飞虱基因及其利用现状研究

褐飞虱是危害水稻生产最重要的虫害之一.自20世纪70年代以来,国内外相继开展了水稻褐飞虱抗性基因的发掘工作.迄今已确认和报道的水稻抗褐飞虱基因共27个,其中16个为显性基因,11个为隐性基因,至少定位了19个褐飞虱主效抗性基因.针对目前水稻抗褐飞虱育种存在的问题,结合稻褐飞虱生物型、水稻品种的遗传背景及生态适应性,本文综述了水稻抗褐飞虱基因资源的鉴定、其分布特点以及水稻品种对褐飞虱的抗虫机制,简述了抗褐飞虱基因的育种利用现状,讨论了抗褐飞虱育种中存在的问题及其应用前景.     

野生稻种质在水稻抗虫育种上的研究及应用进展

本研究综合了国内外抗虫研究相关文献,主要介绍了野生稻在抗褐飞虱、白背飞虱与灰飞虱抗虫基因的遗传定位与克隆,以及在常规育种、单个抗虫基因分子标记辅助育种、多个抗性基因聚合育种上的研究进展,并讨论了野生稻优异抗虫基因在水稻遗传育种上存在的问题和发展建议。     

利用农杆菌介导法将抗虫基因和高赖氨酸蛋白基因导入超级杂交水稻亲本材料1826中

超级杂交水稻的培育、推广和应用可显著提高水稻的单位面积产量,但许多超级杂交水稻存在抗虫能力较低、品质较差的问题。1826是一个优良的超级杂交水稻亲本材料,但抗褐飞虱能力低,必需氨基酸赖氨酸的含量低。本研究利用基因工程技术将CaMV 35S启动子引导的半夏凝集素基因(PTA)和水稻胚乳特异表达启动子(Glutelin-B1 promoter)引导的马铃薯高赖氨酸蛋白基因(SB401)同时转入1826成熟胚诱导的愈伤组织中,获得了同时含PTA和SB401的转基因植株。本研究为提高1826的抗褐飞虱能力和赖氨酸含量打下了基础。     

万建民团队在水稻抗虫机制解析方面取得新进展

<正>近日,中国农业科学院作物科学研究所万建民院士团队克隆了水稻抗褐飞虱关键基因OsMYB30,并对其抗虫分子机制进行了深入研究。该研究阐明了OsMYB30在转录水平通过调控苯丙氨酸氨裂合酶(Phenylalanine ammonia-lyase, PAL)编码基因进而提高水稻对褐飞虱的抗性机理,对水稻抗褐飞虱的遗传改良具有重要意义。相关研究成果在线发表在《美国国家科学院     

节水抗旱稻恢复系的抗褐飞虱分子标记辅助选育及抗性评价

褐飞虱是水稻的主要害虫之一,利用水稻抗褐飞虱基因培育抗虫品种是目前公认最经济有效、环境友好的策略。本研究利用水稻功能基因组已克隆的抗褐飞虱基因,通过分子标记辅助选择和常规回交育种相结合的方法,将抗褐飞虱基因Bph6、Bph9、Bph14和Bph15单独和聚合导入到节水抗旱稻恢复系旱恢3号,获得了一系列含有单基因、双基因、三基因和四基因的改良系。采用标准苗期集团筛选法进行褐飞虱抗性鉴定,评价这些基因在旱恢3号背景下的效应及相互作用。表明单基因改良系中, Bph9的抗性最强,且Bph9 Bph6 Bph15 Bph14;在聚合改良系中,抗性均优于单基因改良系,四基因聚合改良系的抗性最强,不同基因型组合的抗性效应是Bph6+Bph9+Bph14+Bph15Bph6+Bph9 Bph6+Bph9+Bph14 Bph6+Bph9+Bph15 Bph6+Bph14+Bph15 Bph9+Bph14+Bph15 Bph14+Bph15。在自然条件下,改良系与旱恢3号在株高、有效穗和千粒重等农艺性状上差异不显著,其他性状与旱恢3号相仿或略差。本试验表明单独和聚合导入Bph6、Bph9、Bph14和Bph15基因能显著提高节水抗旱稻恢复系的褐飞虱抗性,这4个基因的加性效应明显,可为今后节水抗旱稻抗褐飞虱育种提供理论依据和材料基础。     

水稻抗虫性遗传与育种研究应用

综述了水稻品种对白背飞虱、褐飞虱、二化螟、三化螟、稻瘿蚊和黑尾叶蝉的抗性遗传育种及其应用方面的研究，并介绍了转基因抗虫水稻的研究进展。利用筛选出的抗源培养出了不少单抗或兼抗的优良品种。在实际应用中水稻抗虫性可与其它防治方法（生物防治、化学防治等）相结合，效果会更好。     

转sbk和sck基因提高水稻Dular的抗虫能力

将抗病虫基因与广亲和基因聚合在一起可为两系杂交稻更广泛的应用奠定基础。本研究将去选择标记的包含2个抗虫基因(sbk和sck)的质粒载体(pCDMARUBA-Hyg)采用根癌农杆菌介导法转入兼抗水稻条纹叶枯病的广亲和水稻品种Dular中。通过常规PCR检测,获得18份不具有选择标记的转基因阳性植株,Southern杂交分析结果表明其中15份为单拷贝插入,对这15份单拷贝转基因植株进行RT-PCR分析,结果抗虫基因都能正常表达。人工接虫鉴定结果表明,转入抗虫基因显著提高了水稻品种Dular抗螟虫的能力;同时利用Dular本身的广亲和基因(S5n)标记和与抗条纹叶枯病基因(qSTV-11b和qSTV-11c)的连锁标记进行分子检测,其结果表明这15份单拷贝转基因植株都具有广亲和与抗条纹基因的特征带;与不同籼稻和粳稻配组杂种F1的结实率和条纹叶枯病在田间自然发病状况下的调查结果表明,这些单拷贝植株不但具有广亲和与抗水稻条纹叶枯病的能力,而且其抗螟虫能力显著提高。     

籼稻品种‘ARC5833’抗褐飞虱基因的遗传分析与定位

褐飞虱是造成中国水稻减产最严重的虫害之一,发掘褐飞虱抗性基因是防治水稻褐飞虱的有效途径。籼稻‘ARC5833’是一份高抗褐飞虱的种质材料,为了明确籼稻‘ARC5833’对褐飞虱的抗性机理,以便在育种中加以利用。本研究利用‘ARC5833’与感虫材料‘9311’杂交构建包含145个F2:3家系的作图群体,采用苗期集团法进行褐飞虱抗性鉴定。结果显示,该群体中抗、感家系数分别为109和36,卡方分析表明有1对主效显性基因控制抗虫表型。进一步的基因定位表明,该抗性基因位于水稻第4染色体长臂上的分子标记4M11491与4M24.687之间,遗传距离为4.2 cM。该区间内最大LOD值为40,可以解析表型变异的72%。因该区间内已克隆一个抗褐飞虱基因Bph6,测序分析表明,它们的CDS和氨基酸序列相似度分别为99%和98%。因此,我们认为抗源‘ARC5833’中携带的抗褐飞虱基因与Bph6为等位基因。本研究完成了籼稻品系‘ARC5833’褐飞虱抗性基因对的遗传分析与基因定位,对利用该抗源提供了科学依据。     

分子标记辅助选择抗褐飞虱基因改良桂农占的BPH抗性

本研究通过分子标记辅助选择和连续回交的方法将来源于栽培稻的抗褐飞虱基因Bph3、来源于野生稻的抗褐飞虱基因Bph14和Bph15分别转入到华南高产水稻品种桂农占中,在BC3F3获得了含单个抗性基因的稳定株系和含Bph14和Bph15的稳定株系,其遗传背景与桂农占相似达95%以上。这些株系苗期对褐飞虱的抗性评价表明,在含单个抗性基因的株系中,含Bph3的株系抗性水平最高,含Bph14的最低,而含Bph14和Bph15的株系抗性水平高于含单个基因的株系。对农艺性状的调查发现,含抗性基因的株系与桂农占在抽穗期方面表现出显著差异。在单株产量方面,含抗褐飞虱基因的株系与桂农占没有显著差异。研究结果可为培育抗褐飞虱基因高产水稻品种提供材料。     

对水稻褐飞虱抗性相关的数量性状位点和表达序列标记的制图

为了绘制负责水稻褐飞虱抗性的基因，我们用褐飞虱抗性品系与敏感性品种Ninghui63杂交，育成—个重组自交系群体，以该群体为基础绘成了一个水稻遗传图。检测到了褐飞虱抗性的4个数量性状位点。采用有限的相减混杂法分离出了由褐飞虱进食所调节的表达序列标记(EST)，并且通过RFLP制图和收索水稻基因组数据库，把这些标记限定在了几个染色体上。EST标记的分布表现为几组，有些EST标记与已知QTL和已知抗性基因有关系。这些发现说明，绘制不同的EST标记可能是鉴定植物后备保卫基因的一种有用方法；而其保卫基因对培育褐飞虱抗性品种是有益的。     

玉米ppc基因过表达对转基因水稻光合速率的影响

通过转基因技术将外源ppc基因导入水稻以期增加产量是国内外的重要研究领域。然而,关于ppc基因过表达能否提高转基因水稻的光合速率至今尚无定论。本研究将玉米ppc基因导入水稻中花8号,获得大量转基因水稻植株。经PCR筛选、PEPC活性测定、Southern和Western杂交分析,表明玉米ppc基因已经整合到受体水稻基因组中,并得到了正确和高效的表达。测定了温室内种植的T₁代6个PEPC活性不同的转基因水稻植株的光合速率,只有活性最高的株系的光合速率显著增加,增加的幅度为27.3%。在旱作栽培条件下测定了T₃代33个转基因株系的光合速率,结果表明在高温、高光强下,绝大多数转基因水稻的光合速率增加,最大提高了68.8%。比较6个转基因株系的T₁和T₃代看到,逆境胁迫条件下转基因水稻光合速率明显提高。以上结果表明水稻中导入ppc基因可以提高其光合速率,特别是逆境条件下的光合速率。     

导入AGPase基因的转基因可育水稻及其经济性状的研究

以农杆菌介导法将淀粉合成关键酶AGPase(腺嘌呤二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶）基因导入云南地方优质水稻合系35，38，39，41，42中，获得了大量的可育转基因植株。PCR扩增检测，外源基因已稳定整合进水稻基因组中。大量的农艺性状及淀粉含量研究表明，转基因水稻种子的千粒重比对照明显提高，但总淀粉含量没有显著变化。     

利用农杆菌介导法将反义Wx基因导入水稻的研究

利用根癌农杆菌将含多基因(hpt选择标记基因、反义Wx基因、GFP和GUS报告基因)的pCAMBIA1304载体导入水稻品种(501R、中花9号和日本晴)的幼胚愈伤组织,分别在含35mg/L、45mg/L和65mg/L潮霉素浓度的筛选培养基上筛选获得抗性愈伤。后经PCR检测,从415株T0代再生植株中选出92株(其中501R、中花9号和日本晴分别为4株、43株和45株)。对这些转基因后代植株进行Southern blotting分析表明：hpt、反义Wx基因已经整合进植物基因组中。绝大多数转基因植株后代的表型正常。成熟种子直链淀粉含量分析表明,部分转基因植株的T1代种子中的直链淀粉含量有不同程度的下降,最低的已下降至6．3％,与对照相比下降了9．8％。     

水稻蛋白二硫键异构酶基因沉默载体构建及其转基因后代的高温结实特性分析

采用RT-PCR法亚克隆了PDI基因保守区内450 bp的靶标序列作为干扰区段, 构建了含有内含子hpRNA (ihpRNA)的双元表达载体pTCK303-RiOsPDI, 经农杆菌介导转化日本晴, 获得转基因植株; 通过在T₀代对其潮霉素(Hyg)抗性基因的PCR鉴定, 确定携带有干扰片段的T-DNA区已整合到水稻基因组中, 且在转基因T₁代符合3∶1的分离模式。半定量PCR和荧光定量PCR的检测结果表明, PDI基因沉默转基因阳性植株不同器官中的PDI表达量均显著降低, 尤其是其籽粒中表达量较微, 几乎能引起靶基因80%左右沉默。对转基因T₂代植株的高温结实特性和籽粒理化品质的检测结果, PDI基因沉默会引起高温胁迫处理下结实率的大幅度降低, 耐热性显著下降, 但其在常温处理下的结实率与对照之间无显著差异。此外, PDI基因沉默后, 稻米的透明度下降、垩白度增加, 但对籽粒粗蛋白总量和直链淀粉含量的影响不甚明显。     

运用农杆菌介导法将PTA和反义Wx双基因导入水稻的研究

利用根癌农杆菌将含多基因(hyg选择标记基因、反义Wx 基因、PTA基因、GFP和GUS报告基因)的pCAMBIA1304载体导入水稻品种(501R、中花9号和日本晴)的幼胚愈伤组织,分别在含35mg/L、45mg/L和65mg/L潮霉素浓度的筛选培养基上筛选获得抗性愈伤。后经PCR检测,从415株T0代再生植株中选出92株(其中501R、中花9号和日本晴分别为4株、43株和45株)。对这些转基因后代植株进行Southern blotting分析表明：hpt、反义Wx 和 PTA基因已经整合进植物基因组中,绝大多数转基因植株后代的表型正常。成熟种子直链淀粉含量分析表明,部分转基因植株的T1代种子中的直链淀粉含量有部分程度的下降,最低的已下降至6.3%,与对照相比下降了9.8%。     

转抗虫基因三系优良保持系的获得

以质粒pBUSCK-HPT作抗虫基因供体,优良籼型保持系D62B为受体,采用基因枪转化法,获得了转抗虫基因sck的植株。将转基因保持系与不育系D62A回交,获得转抗虫基因不育系。分子证据表明,外源基因能稳定转移到不育系中。蛋白活性测定显示,转基因在不育系中得到表达。本文还讨论了转基因技术在水稻育种中的作用。     

农杆菌介导法将高赖氨酸蛋白基因sb401导入水稻

培育高赖氨酸的水稻品种是提高稻米营养品质的重要途径。本研究利用农杆菌介导法将水稻胚乳特异表达启动子PGlu驱动的马铃薯花粉特异水溶性蛋白基因sb401导入粳稻品种日本晴和籼稻恢复系501R的幼胚愈伤组织中,以期提高水稻胚乳中赖氨酸的含量。经PCR检测,从70株T0再生植株中筛选出18株转基因植株(日本晴13株,501R5株)。对转基因植株的Southern blotting分析表明,sb401基因已经转入并整合进了水稻基因组中。测定10株T0代转基因植株成熟种子的总蛋白含量和赖氨酸含量,结果表明,有8株的总蛋白含量,5株的赖氨酸含量皆提高了20％以上;其中,8号样品(日本晴转基因植株)的种子总蛋白含量和赖氨酸含量分别为10．5％和0．383％,与对照相比分别提高了32．74％和35．34％,表明sb401基因在大部分转基因植株中的翻译水平上得到了比较有效的表达。     

延缓衰老基因PPF1转化水稻的初步研究

利用农杆菌介导法,把短日豌豆花后特异表达、具有延缓衰老作用的基因PPF1（post-floral-specific gene expressed in short-day-grown G2 pea）转入水稻,以期获得延缓衰老的转基因植株。约970块未成熟胚性愈伤组织与农杆菌共培养后,得到了约280块抗性愈伤组织,从中分化出抗性绿苗54株。PCR和Southern blotting检测结果表     

水稻抗白叶枯病基因Xa21转基因水稻及其杂交稻研究

用基因枪转基因技术将高抗白叶枯病的Xa21基因导入中国三系杂交稻恢复系(明恢63)和保持系(皖B)中，获得转基因水稻系，其中4个株系只含有Xa21基因，不含选择标记潮霉素抗性基因hph。筛选抗白叶枯病转基因纯合系，在田间种植6代，用PCR检测证明，Xa21基因能稳定遗传表达。用转基因水稻配制两系杂交稻，杂交组合F1含有Xa21基因