通过生育期基因型选择避免稻瘟病抗性与结实率的遗传累赘

 利用重组自交系研究表明，在水稻第6染色体短臂上稻瘟病抗性基因Pi25(t)与控制结实率和每穗实粒数的QTL之间存在遗传累赘。为了验证这种关系，采用了更大的遗传群体进行分析，结果表明稻瘟病抗性与结实率存在遗传累赘，但未检测到稻瘟病抗性与每穗实粒数存在遗传累赘。通过对第7染色体长臂RM2-RM214区间抽穗期基因（qHD 7）型背景进行选择，可以打破或避免稻瘟病抗性与结实率的遗传累赘。为了进一步验证这种关系，选择Pi25(t)区间基因型不同、RM2-RM214区间基因型相同、其他染色体区间基本一致的两个株系发展新群体进行分析，除第6染色体的结实率QTL可以分解成2个效应较小的QTL（qSF 6 1和qSF 6 2）外，当第7染色体RM2-RM214区间基因型为中156背景时，Pi25(t)与结实率QTL（qSF 6 2）存在遗传累赘，且qSF 6 2来自父本谷梅2号的等位基因起减效作用；当第7染色体RM2-RM214区间基因型为谷梅2号背景时，第6染色体上没有检测到结实率QTL。上述结果说明在特定育种材料中对抽穗期基因进行选择可以成功打破或避免稻瘟病抗性与结实率的遗传累赘，为水稻以及其他作物的高产抗病育种提供了一种新途径。     

基于QTL-Seq的水稻抗细菌性条斑病QTL定位

【目的】发掘水稻抗细菌性条斑病新基因，丰富抗病基因资源，为水稻抗细菌性条斑病基因克隆及分子育种提供依据。【方法】以抗病材料广西普通野生稻WP1和感病品种9311及其衍生的F8:9代RIL群体为研究材料，利用QTL-Seq初定位与细菌性条斑病抗性相关的区间，之后利用QTLIciMapping4.1进行复合区间作图以验证结果并精细定位。【结果】分别在第4、8、10染色体上鉴定了一个与细菌性条斑病抗性相关的位点，复合区间作图验证了第4染色体抗细菌性条斑病QTL位点qBLS4.1，表型贡献率和LOD值分别为10.65%和5.03，并进一步将qBLS4.1精细定位在521kb的范围内。抗感亲本序列比对分析发现，在41个基因的编码区共有252个非同义突变，可能与细菌性条斑病抗性相关。【结论】通过QTL-seq分析结合复合区间作图法可以更快速高效地对水稻QTL进行定位，鉴定了一个抗细菌性条斑病性QTL新位点qBLS4.1，为水稻抗细菌性条斑病新基因鉴定与克隆奠定基础。     

水稻稻瘟病菌胁迫应答cDNA片段的表达及定位

 以抗稻瘟病品系G205为材料，应用cDNA微阵列分别获得了一个受稻瘟病菌诱导的含NBS LRR的cDNA克隆（暂命名为RIM1, rice induced by Magnaporthe grisea）和一个受稻瘟病菌抑制的编码腈水解酶（Nitrilase）的cDNA克隆（暂命名为NIT），并通过Northern得到证实。RFLP分析将RIM1和NIT分别定位于水稻第2和第3染色体上，它们均位于控制水稻稻瘟病部分抗性QTL区间。     

生长素调控因子OsGRF4协同调控水稻粒形和稻瘟病抗性

【目的】水稻粒形为多基因控制的复杂数量性状,同时影响稻谷产量和稻米外观及碾磨品质,挖掘粒形相关基因并解析其遗传机制,对于水稻高产和优质品种选育具有重要意义。【方法】以前期利用大粒籼稻品种特大籼(TDX)为供体亲本、小粒粳稻品种日本晴(Nipponbare,NPB)为轮回亲本获得的一个大粒近等基因系,在水稻第2染色体上初定位粒形调控基因GS2.2(grain size 2.2)的基础上,对GS2.2基因进行了精细定位和候选功能基因的克隆鉴定。【结果】利用BC₄F₂群体中2887份极小粒单株及该群体中70份基因型杂合的大粒单株自交获得的BC₄F₃群体,将GS2.2基因精细定位在2M-7-1与2M-9之间的160.6 kb的区间内。该区间编码18个基因开放阅读框(ORF1-18)。测序发现ORF18基因在大粒近等基因系与小粒日本晴等位基因间存在5个SNP差异,ORF18编码生长素调控因子蛋白OsGRF4。采用CRISPR/Cas9基因编辑技术对大粒近等基因系中ORF18进行敲除,发现ORF18敲除株系粒长变短,证实ORF18是GS2.2的功能基因。进一步对ORF18大粒近等基因系和基因编辑敲除株系进行稻瘟菌室内离体和病圃接种鉴定,发现ORF18大粒近等基因系稻瘟病抗性增强,而基因编辑敲除株系稻瘟病抗性减弱,表明ORF18正调控水稻稻瘟病抗性。【结论】本研究发现的生长素调控因子OsGRF4协同调控水稻粒形和稻瘟病抗性,为协调水稻高产和抗性育种提供了重要的基因资源。     

受稻瘟病菌诱导的水稻OsBTB基因的分子特征和功能初探

报道了1个从稻瘟病菌诱导的水稻近等基因系H7R/H7S中克隆的类GMPOZ基因--OsBTB，通过测序获其全长cDNA并分析了该基因的序列特征。根据水稻基因组序列数据库搜索，将OsBTB基因定位在水稻基因组第2染色体上。Northern和Western杂交结果表明，OsBTB基因在水稻近等基因系H7R/H7S中均受稻瘟病菌诱导表达，且在非亲和与亲和互作中表达差异明显。定量PCR结果表明该基因的表达模式与所选取的抗性及抗性相关基因的表达模式一致。综合结果提示该基因可能参与了稻瘟病菌诱导的抗性反应。     

利用重组自交系分析水稻稻曲病抗性位点及效应

 利用157个家系组成的大关稻/IR28重组自交系群体，采用高效引发稻曲病人工接种方法，以病情指数作为稻曲病的表型值，鉴定了亲本及157个重组自交系群体对水稻稻曲病的抗性。利用QTL Cartographer 软件，对水稻稻曲病抗性基因进行检测分析。检测到qFsr1、qFsr4、qFsr10、qFsr11和qFsr12共 5个QTL位点，分别位于第1、4、10、11和12染色体上，贡献率为9.8%~22.5%。根据抗性位点加性效应方向，在qFsr1、qFsr10、qFsr11和qFsr12位点上，亲本IR28存在抗稻曲病的增效等位基因，大关稻具有减效等位基因；而qFsr4位点抗性效应来源于大关稻。     

南方水稻黑条矮缩病抗性的遗传分析及主效QTL的精细定位

【目的】近年来由白背飞虱传播的南方水稻黑条矮缩病给水稻生产造成了巨大损失,开展该病的抗性遗传分析和基因精细定位,将为抗性育种提供材料和理论依据。【方法】分析了抗性材料D4对南方水稻黑条矮缩病的抗性特征,并通过广恢998/D4F2群体分析该病抗性的遗传规律,利用QTL-seq技术联合遗传连锁分析定位主效抗性QTL。【结果】D4对南方水稻黑条矮缩病的抗性表现为抗病毒性而非抗虫性,且受主效基因和微效基因共同控制。QTL-seq和连锁分析将南方水稻黑条矮缩病主效抗性QTL定位于第9染色体上,命名为qSRBSDV9。利用代换作图法进一步将qSRBSDV9定位在102.3kb的区间内,该区间包含21个预测基因,其中9个基因与赤霉素信号传导相关。【结论】揭示了D4对南方水稻黑条矮缩病的抗性特征及遗传规律,精细定位了南方水稻黑条矮缩病主效抗性QTL qSRBSDV9。这为该QTL的图位克隆及育种利用奠定了基础。     

水稻抗稻瘟病突变体lmm326的鉴定与调控通路初步分析

【目的】绝大多数水稻类病斑突变体中免疫系统被激活可以有效提升其对稻瘟病的抗性,为进一步解析类病斑突变体抗病的分子机制,对类病斑突变体lmm326进行了研究。【方法】lmm326是粳稻中花11通过EMS辐射诱变,经多代自交和回交获得的一个类病斑突变体,并将突变体分别与中花11和Dular杂交获得的F_2群体用于遗传分析,采用图位克隆的方法对目的基因进行精细定位。【结果】5叶期时,该突变体下部叶片表面开始出现类病斑表型;与野生型相比,突变体叶片光合色素含量、净光合速率、株高、结实率、单株有效分蘖数、千粒重等显著下降;突变体带病斑叶片中死亡细胞数量及过氧化氢的积累量明显多于野生型;突变体相较于野生型对4个已鉴定的稻瘟病生理小种的抗性明显提高。遗传分析表明该性状由一对单隐性核基因控制。采用图位克隆方法将该基因定位在第1染色体长臂端38kb的区间内,其中包含6个开放阅读框。测序发现基因Os01g0919900第2外显子上对应CDS的第433位碱基由C突变成T,最终导致其编码蛋白的第145个氨基酸由苯丙氨酸(F)变为亮氨酸(L)。qRT-PCR结果显示,与野生型相比,lmm326中参与水杨酸信号通路的防卫基因显著上调表达。【结论】LMM326与OsSSI2互为等位基因,该基因可能参与负调控水杨酸信号转导途径,其突变激活了水稻体内的防卫反应。     

一种水稻微效QTL精细定位和克隆新途径

水稻重要农艺性状一般由少数主效QTL和大量微效QTL共同控制。水稻主效QTL克隆已取得显著进展,而微效QTL由于遗传作用弱,表型鉴定易受测量误差影响,克隆进展缓慢,但微效QTL在水稻重要农艺性状调控中的作用不容忽视。本文介绍了一种水稻微效QTL精细定位和克隆的新途径。该途径包含2个阶段：1）应用剩余杂合体构建近等基因系群体进行目标QTL的精细定位;2）应用基因编辑技术创制候选基因突变体验证基因功能。应用该策略笔者所在团队在水稻第1染色体长臂精细定位了6个微效粒重和粒型QTL,并成功克隆首个微效粒重QTL。该技术可在方法上为水稻QTL克隆及新种质创制提供更多选择。     

水稻稻瘟病抗性基因及稻瘟病菌无毒基因研究进展

稻瘟病是水稻生产上最为重要的病害之一,可引起大幅度减产。水稻—稻瘟病菌互作机制是目前研究植物与病原物互作的模式系统。关于稻瘟病抗性基因、稻瘟病菌无毒基因的研究取得显著进展,为水稻抗稻瘟病分子标记辅助育种、基因工程育种及稻瘟病绿色防治提供了广阔的前景。对稻瘟病菌侵染机制、稻瘟病抗性基因定位与克隆、抗病基因和无毒基因的互作模式等方面进行了综述,并对有待开展进一步研究的方向进行了展望。     

Avoidance of Linkage Drag Between Blast Resistance Gene and the QTL Conditioning Spikelet Fertility Based on Genotype Selection Against Heading Date in Rice

Previous study showed that a linkage drag between a blast resistance gene Pi25(t) and QTLs conditioning spikelet fertility (qSF-6) and number of filled grains per panicle (qNFGP-6) was detected on the short arm of chromosome 6. A larger population was used for further verification, and the results confirmed the linkage drag between the blast resistance gene and QTL conditioning spikelet fertility, other than QTL conditioning number of filled grains per panicle. Breakdown or avoidance of the linkage drag could be achieved by selection against the genotype background of a heading-date gene (qHD-7) that resided in the region between RM2 and RM214 on chromosome 7. For further validation, two lines with almost identical genotypes on all chromosomal regions except the Pi25(t) region on chromosome 6 were chosen to develop a new population. The results showed that qSF-6 could be further subdivided into qSF-6-1 and qSF-6-2. When the genotype of the region between RM2 and RM214 was from rice variety Zhong 156, the linkage drag between Pi25(t) and qSF-6-2 was detected and the allele of qSF-6-2 from rice variety Gumei 2 reduced the spikelet fertility. When the genotype of the region between RM2 and RM214 was from Gumei 2, no linkage drag was detected. This indicates that the linkage drag between the blast resistance gene and the QTL conditioning spikelet fertility could be broken down or avoided under a certain background genotype selection against heading-date and provides a marker aided solution for high level of blast resistance and yield breeding in rice and other crops as well.     

抗稻瘟病水稻材料谷梅2号中主效抗稻瘟病基因的成簇分布

 应用由籼稻组合中156/谷梅2号衍生的304个重组自交系，构建了由177个标记组成、覆盖12条水稻染色体的连锁图谱，定位控制水稻稻瘟病抗性的主效基因。前期定位的控制对中国稻瘟菌菌系92 183（小种ZC15）穗瘟抗性的基因Pi25(t)的位置得到进一步确认，位于第6染色体标记A7和RG456之间，与A7和RG456的遗传距离分别为1.7和15 cM；发现群体对菲律宾稻瘟菌菌系Ca89（4谱系）的叶瘟抗性由单基因控制，将该暂命名为Pi26(t)的基因定位于第6染色体标记B10和R674之间，与B10和R674的遗传距离分别为5.7和25.8 cM。两个基因座位上的抗病等位基因均来源于谷梅2号，表明谷梅2号中存在控制水稻稻瘟病抗性的基因簇。     

Clustering of Major Genes Conferring Blast Resistance in a Durable Resistance Rice Cultivar Gumei 2

By using 304 recombinant inbred lines derived from indica rice cross Zhong 156/Gumei 2, a linkage map consisting of 177 marker loci and covering 12 rice chromosomes was constructed and employed for mapping genes conferring blast resistance in rice. Genomic location of gene Pi25(t) conferring neck blast resistance to the Chinese isolate 92-183 (race ZC15) was verified to be located between markers A7 and RG456 on chromosome 6, with genetic distances of 1.7 cM and 1.5 cM to A7 and RG456, respectively. Leaf blast resistance of Gumei 2 to the Philippine isolate Ca89 (lineage 4) was found to be controlled by a single gene. The gene tentatively designated as Pi26(\) was located between makers B10 and R674 on chromosome 6, with genetic distances of 5.7 cM and 25.8 cM to B10 and R674 respectively. Resistant alleles at both gene loci were derived from Gumei 2, indicating an existence of resistance gene cluster in Gumei 2.     

Clustering of Major Genes Conferring Blast Resistance in a Durable Resistance Rice Cultivar Gumei 2

By using 304 recombinant inbred lines derived from indica rice cross Zhong 156/Gumei 2, a linkage map consisting of 177 marker loci and covering 12 rice chromosomes was constructed and employed for mapping genes conferring blast resistance in rice. Genomic location of gene Pi25(t) conferring neck blast resistance to the Chinese isolate 92-183 (race ZC15) was verified to be located between markers A7 and RG456 on chromosome 6, with genetic distances of 1.7 cM and 1.5 cM to A7 and RG456,respectively. Leaf blast resistance of Gumei 2 to the Philippine isolate Ca89 (lineage 4) was found to be controlled by a single gene. The gene tentatively designated as Pi26(t) was located between makers B10 and R674 on chromosome 6, with genetic distances of 5.7 cM and 25.8 cM to B10 and R674 respectively. Resistant alleles at both gene loci were derived from Gumei 2,indicating an existence of resistance gene cluster in Gumei 2.     

具抗稻瘟病基因Pi25杂交稻恢复系的分子标记辅助选育

 从组合中156/谷梅2号所衍生的重组自交系群体中选择携带抗稻瘟病基因Pi25的3个株系，分别与高产恢复系9308和3 11配组，通过单粒传法获得的6个F6重组自交系群体用于研究。在Pi25先前定位的遗传图谱上，新增加与该基因紧密连锁的分子标记RM3330和A7，并结合RM3330和A7分子标记辅助选择的结果，共筛选到了109个Pi25基因纯合的株系。用现有的与恢复基因连锁的标记对这109个株系进行二次筛选，最终获得20个Pi25基因和恢复基因均纯合的株系。对育性恢复力鉴定试验表明，选育出的抗病恢复系具有较好的恢复能力，并已应用于育种实践；人工稻瘟病接种试验证实，所用标记不同，分子标记辅助选择的效率差异显著，单个标记辅助选择符合率均不高，而采用目标基因两侧连锁的标记同时进行辅助选择，则可以明显提高分子标记辅助选择符合率。     

Dissecting Genetic Basis of Deep Rooting in Dongxiang Wild Rice

Deep rooting is an important trait in rice drought resistance. Genetic resources of deep-rooting varieties are valuable in breeding of water-saving and drought-resistant rice. In the present study, 234 BC₂F₇ backcross introgression lines were derived from a cross of Dongye 80 (an accession of Dongxiang wild rice as the donor parent) and R974 (an indica restorer line as the recurrent parent). A genetic linkage map containing 1 977 bin markers was constructed by ddRADSeq for QTL analysis. Thirty-one QTLs for four root traits (the number of deep roots, the number of shallow roots, the total number of deep roots and the ratio of deep roots) were assessed on six rice chromosomes in two environments (2020 Shanghai and 2021 Hainan). Two of the QTLs, qDR5.1 and qTR5.2, were located on chromosome 5 in a 70-kb interval. They were detected in both environments. qDR5.1 explained 13.35% of the phenotypic variance in 2020 Shanghai and 12.01% of the phenotypic variance in 2021 Hainan. qTR5.2 accounted for 10.88% and 10.93% of the phenotypic variance, respectively. One QTL (qRDR2.2) for the ratio of deep roots was detected on chromosome 2 in a 210-kb interval and accounted for 6.72% of the phenotypic variance in 2020. The positive effects of these three QTLs were all from Dongxiang wild rice. Furthermore, nine and four putative candidate genes were identified in qRDR2.2 and qDR5.1/qTR5.2, respectively. These findings added to our knowledge of the genetic control of root traits in rice. In addition, this study will facilitate the future isolation of candidate genes of the deep-rooting trait and the utilization of Dongxiang wild rice in the improvement of rice drought resistance.     

基于元分析的抗玉米灰斑病QTL比较定位

以玉米遗传连锁图谱IBM2 2008 Neighbors为参考图谱,整合65个抗玉米灰斑病QTL,构建QTL综合图谱。采用元分析方法优化65个QTL,获得11个"一致性"QTL区间,分别位于染色体bin区的1.05、1.06、2.03、2.07、3.02、4.05、5.03、5.05、7.02、8.07、9.03位置,其在遗传连锁图谱上对应的位置分别为442.21、528.27、228.10、478.00、74.65、311.59、169.62、302.35、252.19、422.70、257.93 cM。对两个具有较多报道和较高表型贡献的"一致性"QTL区间bin1.05和bin1.06,从MaizeGDB网站搜索得到324个基因。因抗病基因在结构上具有高度保守性,将324个基因分别与水稻和拟南芥基因组进行同源比对,在bin1.05和bin1.06内分别确定了7个和3个基因作为玉米抗灰斑病候选基因。     

水稻与无芒稗的竞争和化感作用

 用差时播种共培法的改进方法对105份水稻、6份巴西陆稻进行了化感作用抗稗草评价。 结果表明长匡7号、P4、Kogyoku、 IR27316、 Milyang 54和巴西陆稻AJ035等材料对无芒稗有较好的化感作用。盆栽研究表明，谷梅2 号、中156对无芒稗的抑制作用显著大于对照，而化感作用材料TN1对无芒稗的抑制作用与无化感作用材料秀水63无显著差异。中156的抑制作用强与其株高有关，而谷梅2号对无芒稗的抑制作用强主要在于其本身的化感作用。随着水稻密度增加，无芒稗受抑程度加剧，化感作用水稻对稗草根部的抑制似乎要比无化感作用水稻强。TN1对无芒稗的化感作用不明显，可能是由于对不同生态的稗的作用不同之故。     

稻瘟病广谱抗性基因Pigm特异性分子标记的开发和应用

【目的】来自籼稻品种谷梅4号的Pigm是一个对稻瘟病菌具有广谱和持久抗性的重要基因。为有效提高Pigm基因的选择效率,有必要开发具有特异性的共显性分子标记进行辅助育种。【方法】本研究根据谷梅4号Pigm位点存在的特异性核苷酸变异,利用Tetra-primer ARMS-PCR和KASP两种不同的基因分型技术开发出分子标记T-Pigm和K-Pigm,对不同品种(品系)以及淮稻9号/谷梅4号的F₂分离群体进行基因型检测,并结合穗颈瘟人工接种鉴定,对标记的准确性进行评价。【结果】序列比对分析表明,谷梅4号Pigm位点中Pigm-Nbs2基因起始密码子上游515 bp处存在一个特殊的单核苷酸变异。利用已开发的两种类型的分子标记能够有效区分3种不同的基因型,且基因型与穗颈瘟人工接种鉴定结果完全一致。【结论】利用分子标记T-Pigm和K-Pigm可以实现对Pigm基因型快速、准确的检测,加快抗稻瘟病水稻新品种的选育进程。