分子标记辅助选育抗稻瘟病水稻新品种‘铁粳16’

稻瘟病是对水稻生产威胁最大的真菌病害,选育抗病水稻品种是防控该病最经济有效的途径。研究表明,聚合多个抗病基因可提高品种的抗性、拓宽抗谱。本研究以携带抗稻瘟病基因Pib的‘辽粳9234’和携带抗稻瘟病基因Pita的‘铁粳7号’为亲本,利用常规育种技术与分子标记辅助育种技术相结合从后代中鉴定到聚合抗稻瘟病基因Pita和Pib的后代。通过连续3年生产试验和米质分析,鉴定到1个同时具有抗稻瘟病基因Pita和Pib的稳定株系A-3,通过辽宁省水稻品种审定,命名为‘铁粳16’。人工接种结果表明‘铁粳16’较其亲本抗谱宽、抗性强。研究结果证实聚合Pita和Pib可提高水稻品种对稻瘟病的抗性,可为抗病基因聚合育种提供参考。     

107份粳稻抗稻瘟病基因和恢复基因的分子检测与分析

为明确辽宁和天津两地栽培水稻中抗稻瘟病基因和恢复基因分布情况和利用价值,本研究对107份粳稻材料,利用特异性分子标记技术对Pia、Pi54、Pikh、Ptr、Pi2、Pib、Pita、Pi5、Pi9、Pikm抗稻瘟病基因的检测和分析及恢复基因标记Rf1a的检测。结果表明,Pikh和Pi54在供试粳稻的分布频率最广,分别达到了82%和79%;其次是Pi2、Pia、Pib和Ptr的分布频率分别为59%、57%、50%、36%;广谱抗性较强的Pita、Pikm、Pi5和Pi9的分布频率相对较少,分别为38%、32%、13%和5%;携带恢复基因Rf1a的粳稻占17%。同时,发现抗稻瘟病基因和恢复基因的携带情况可能与水稻遗传亲本和种植环境有关,且携带稻瘟病抗性基因的数量和抗病能力并不成正比。本研究为天津和辽宁地区的抗稻瘟病聚合育种和稻瘟病基因的合理利用提供借鉴和帮助。     

浙江省12个常规晚粳稻品种抗稻瘟病基因的分子检测

为进一步明确浙江省常规晚粳稻品种中稻瘟病抗性基因的分布情况,本研究利用Pi2、Pi9、Pi5、Pi40、Pib、Pita、Pi25、Pi41、Pikm和Pigm 10个抗瘟基因的功能标记,对12个常规晚粳稻主栽品种进行分子标记检测。结果表明,Pib、Pi25、Pi40和Pi41等4个抗性基因在这些供试品种中的分布频率高达100%;Pi2和Pikm的分布频率均为58.33%,Pita、Pi5、Pi9和Pigm的分布频率分别为50.00%、33.33%、25.00%和0;12个供试水稻品种中,‘浙粳29’、‘浙粳86’、‘浙粳99’和‘秀水134’含抗性基因多达7个,而‘浙粳88’含抗性基因仅有5个。在遗传相似系数为0.877处,‘浙粳99’、‘浙粳86’、‘嘉58’和‘秀水134’可以聚为一类,说明‘浙粳99’和‘浙粳86’对稻瘟病有较强抗性。本研究初步确定了12个浙江省常规晚粳稻品种的抗性基因分布情况,研究结果可为进一步聚合更多的稻瘟病抗性基因、培育广谱抗稻瘟病新品种(系)新品种提供了科学基础。     

适用于云南粳稻种植区的稻瘟病抗性基因分析

为筛选广适用于云南粳稻区的稻瘟病抗性基因,在云南宜良、建水、祥云、永平这4种生态条件下对22个抗稻瘟病单基因系抗病性进行了自然诱发鉴定;将在宜良筛选出来的来自中国8省区的89份抗叶瘟粳稻品种(系)进行了6个稻瘟病菌株的接种鉴定,并用Pib、Pikh、Pi9、Pi5基因功能性分子标记进行了基因分析。结果表明,单基因系Pib、Pikh、Piz、Pi9连续2年在4个试验点对叶瘟和穗颈瘟均表现抗病,Pi5前期感叶瘟,但均中抗穗颈瘟;Pia、Pi1、Pil9、Pi3、Pi12、Pii、Pikm、Pik、Piks、Pish、Pit、Pita和Pita2 13个单基因系在4个试验点均感叶瘟和穗颈瘟,Pi7、Pizt、Pikp、Piz5仅在永平和祥云点中的1～2个点表现抗病。接种鉴定表明89份资源中79份抗6个菌株(占88.76%),8份抗5个菌株,2份抗4个菌株,从而确认这些材料对叶稻瘟病具有一定的抗性。89份资源基因分析表明携带Pib、Pikh、Pi9、Pi5的材料分别占62.92%、56.18%、21.35%、26.97%,但云南省内外存在差异,在云南省选育品种中分别为67.50%、57.50%、22.50%、37.50%,在云南省外品种中分别为62.16%、48.65%、27.03%、10.81%;78个材料携带Pib、Pikh、Pi9这3个基因中的1～3个,这可能是这些材料表现抗叶稻瘟的重要原因。本研究结果表明Pib、Pikh、Piz、Pi9、Pi5这5个基因在云南籼粳稻交错区-温暖粳稻亚区具有广泛的利用价值。     

黄淮稻区推广水稻品种稻瘟病抗性基因Pi9和Pi-ta的分子鉴定

为明确Pi9和Pi-ta 2个稻瘟病抗性主效基因在黄淮稻区种植水稻品种中的分布状况,利用分子标记对60个水稻品种进行Pi9和Pi-ta抗稻瘟病基因的分子鉴定。结果表明,60个检测品种中31个含有Pi9抗性基因,9个含有Pi-ta抗性基因,郑稻18、豫农粳12号、豫稻16、泰香2号、武香粳14号和武运粳21号等6个品种携带2个抗病基因。黄淮稻区水稻育种Pi9基因利用广泛,Pi-ta基因利用较少,今后应加强Pi-ta及更多主效广谱抗稻瘟病基因的聚合利用。     

6个抗稻瘟病基因在河南省主要稻种资源中的分布情况

明确河南省主要稻种资源中抗稻瘟病基因型及分布情况,为通过分子标记辅助选择培育抗稻瘟病品种提供参考。本研究采用6个基于稻瘟病抗感等位基因序列差异设计的特异性分子标记,对139份河南稻种资源携带的抗稻瘟病基因进行分子检测,显示河南省审定品种和外引品种中的抗稻瘟病基因较少,大部分材料仅含1~2个抗瘟基因;河南省审定品种中的主要抗瘟基因为Pi9和Pi-kh,外引品种中的主要抗瘟基因为Pib和Pi5。2016年国家品种区域试验(沿黄粳稻组)及高代品系材料中的抗瘟基因较多,分别有12和23个材料携带3个以上抗瘟基因;这两类材料的主要抗瘟基因有Pib、Pi-kh、Pi9和Pi1。总体来说,Pi9、Pib、Pi-kh及Pi5在河南主要稻种资源中的分布较广泛且大部分为纯合基因型,Pi1次之,Pi2分布最少且多数为杂合基因型。我们的研究可为河南水稻抗稻瘟病的分子标记辅助选择育种提供理论参考和指导。     

分子标记辅助选育聚合抗稻瘟病基因Pi5及Pita的水稻新品系

稻瘟病是对水稻生产具有严重威胁的真菌病害,选育并推广聚合多个抗稻瘟病基因的抗病品种是防控该病最为经济有效的途径。本研究以携带不同抗稻瘟病基因的‘吉粳105’(Pita)和‘T639’(Pi5)为亲本杂交衍生的后代群体为试材,利用分子标记辅助育种技术,筛选到3个聚合抗稻瘟病基因Pita和Pi5的后代。并以其中一个株系‘吉2011TK50’为试验材料,利用人工接种鉴定、显微观察及定量PCR等技术研究‘吉2011TK50’的抗病表型及抗性分子机制。结果表明,抗稻瘟病基因的聚合能够增强该品系对稻瘟病的抗性。显微观察和抗稻瘟病基因表达分析发现,基因聚合株系在接种稻瘟病菌后24 h PR基因表达量显著升高,被稻瘟病菌侵染的细胞开始出现过敏性死亡等抗病反应,抑制了稻瘟病菌的进一步侵染。研究结果证实聚合Pita和Pi5可提高水稻品种对抗稻瘟病的抗性,这可为抗病基因聚合育种提供参考。     

稻瘟病抗性基因在主要育种亲本中的分布研究

稻瘟病是由稻瘟病菌引起的具有广泛性和毁灭性的水稻病害。目前通过抗病亲本杂交聚合培育持久广谱的稻瘟病抗性品种是水稻稻瘟病防治最经济环保的途径,而利用分子标记辅助选择技术对水稻育种亲本抗性基因分布的研究是分子辅助聚合育种的基础。本研究以36个育种亲本为实验材料,进行苗瘟和穗颈瘟鉴定,结合特异性分子标记Pid3、Pita、Pikm、Pib、Piz,研究这些育种亲本的稻瘟病抗性基因的分布情况。同时,对恢复系材料蜀恢498的抗稻瘟病基因Pita和Pikm扩增测序并进行同源序列比对分析,初步在分子水平分析抗病基因与抗病表型的关系。     

利用共转化方法创制携带Pi9抗稻瘟病基因的无选择标记转基因水稻

水稻稻瘟病是由子囊菌(Magnaporthe oryzae)引起的水稻灾害性病害。培育抗病品种是防治稻瘟病最经济有效的措施之一。水稻Pi9抗稻瘟病基因来源于小粒野生稻并已被克隆和应用于转基因育种。为了提高无选择标记转基因植株的选择效率,将绿色荧光蛋白(GFP)用作可视遗传标记,对双菌株共转化系统进行改良:目的基因载体携带Pi9抗稻瘟病基因;标记基因载体用潮霉素磷酸转移酶(HPT)作为植物转化选择标记,用GFP作为负选择标记,筛除标记基因分离植株。两种载体的农杆菌转化株混合,分别与水稻品种‘浙恢414’、‘浙粳22’、‘浙11B’、‘日本晴’、‘空育131’和‘粤泰B’的愈伤组织共培养,然后从5%~38.3%的起始愈伤组织筛选获得了转化愈伤组织(HPT+GFP+)。对T0植株进行Pi9基因PCR检测,11.8%~77.8%的T0植株为共转化植株(HPT+GFP+Pi9+)。对共转化植株T1代进行绿色荧光检测,筛选阴性植株(GFP-),再通过PCR筛选Pi9+植株。根据13个T1群体的研究结果,61%的共转化植株在T1代分离出无选择标记转基因植株(HPT-GFP-Pi9+)。转Pi9的无选择标记植株和后代株系对水稻稻瘟病呈抗病反应。因此,本研究通过GFP标记提高了双菌株共转化系统的选择效率,转Pi9的无选择标记水稻株系为水稻抗稻瘟病育种提供了有用的遗传资源。     

利用MAS技术改良水稻两用核不育系C815S的稻瘟病抗性

为了改良水稻两用核不育系C815S的稻瘟病抗性,本研究以75-1-127(Pi9)、谷梅2号(Pi25)、谷梅4号(Pigm)、天津野生稻(Pi2-1和Pi51(t))、湘资3150(Pi47和Pi48)和魔王谷(Pi49)共6个广谱抗稻瘟病水稻品种为供体亲本,通过分子标记辅助选择育种技术,将稻瘟病抗性基因回交导入C815S。结果表明:改良的6个BC3F1群体除每穗粒数较轮回亲本极显著增加外,其他性状均与轮回亲本保持一致。利用稻瘟病菌株110-2和CHL506对BC3F2改良株系接种鉴定,发现导入了抗病基因的单株抗性增强,表明抗病基因已成功导入到受体亲本中并稳定表达,证实本研究中分子标记辅助选择抗稻瘟病基因是有效的。改良的系列两用核不育系,一方面可用于配制稻瘟病抗性增强的两系法杂交稻新组合,另一方面为进一步培育聚合多个抗稻瘟病基因的不育系提供了材料基础。