水稻恢复系华占抗稻瘟病遗传分析及基因鉴定

 华占是近年来我国新选育的恢复系,广泛应用于杂交稻育种中,其配组的杂交稻组合对稻瘟病均表现出良好的抗性。本研究利用来源于华南稻区的62个稻瘟病菌株对恢复系华占、明恢63和广恢998进行抗病性鉴定,结果表明:华占对接种菌株的抗谱达到95.2%,对稻瘟病表现出广谱抗性。为进一步了解该恢复系所含的抗稻瘟病基因,以高感稻瘟病品种丽江新团黑谷为母本,以华占为父本,构建了丽江新团黑谷(LTH)/华占的F₂抗病遗传分析群体。利用对华南水稻品种具有致病谱较广的稻瘟病代表菌株GD00-193a对随机选择的1 000个来源于LTH/华占的F₂个体及其F₁个体进行抗病遗传分析,结果发现F₁个体表型全为抗病,1 000个F₂个体的抗/感比率符合3∶1的显性单基因分离比,说明华占至少含有一个显性抗稻瘟病基因。利用均匀分布于水稻12条染色体的250对SSR引物,通过分离群体分析结合隐性群体分析法将华占的一个抗稻瘟病基因定位于水稻第6染色体的Pi2/Pi9/Pi50区域。通过Pi2等位基因的测序分析,结果表明华占含有Pi2抗病基因。本试验结果为华占在杂交稻上的应用及其配组组合的品种布局提供重要依据。     

应用DNA标记定位水稻的抗稻瘟病基因

 从水稻分子遗传图谱选取177个RFLP标记,比较以红脚占为抗源,感病品种IR24为轮回亲本所构建的近等基因对K80R和K79S之间的多态性表现。发现了一些可能与稻瘟病抗性基因连锁的阳性标记。在(K80R×K79S)的F₂群体中,经稻瘟病菌ZB₁小种接种,110株为抗病,33株为感病,用总共10个阳性标记与F₂群体中每个单株的DNA杂交,发现抗病基因与第12染色体上的标记RG81、RG869和RZ397共分离;检测F₃株系的抗病性分离情况,确定F₂植株的抗病性基因型,计算出抗病基因与分子标记的遗传距离,将该基因定位在第12连锁群上。应用近等基因池DNA和随机引物,经PCR扩增和共分离分析,建立了二个RAPD片段与抗病基因紧密连锁。     

珍龙13和窄叶青8号抗稻瘟病遗传分析

 用稻瘟病(Pyricularia oryzae)的菌株75-49和0206-1(分别代表ZB和ZC群小种)接种抗病品种窄叶青8号、珍龙13与感病品种朝六早、朝阳一号的杂交组合,根据F₁、F₂、F₃和B₁F₁分析结果,窄叶青8号对菌株75-49和0206-1的抗性由两对抗性基因控制,而珍龙13对菌株0206-1的抗性由单显性抗性基因控制。     

小麦品种天选43抗条锈性遗传分析及抗病基因的分子标记

 天选43是由8845-01-01-1-1和抗源材料贵农22杂交选育而成的普通小麦品种,对我国目前所有条锈菌生理小种均表现良好抗性。为明确其抗条锈性遗传基础,本研究选用当前条锈菌流行小种CYR32和CYR33,对天选43与感病品种铭贤169杂交F₁、F₂和F₃代群体进行遗传分析,同时应用460对SSR引物对接种CYR32的天选43/铭贤169 F₂代150个单株群体进行抗病基因定位。结果表明,天选43对CYR32抗性由1对显性基因控制,而对CYR33抗性由1对隐性基因控制。筛选到10个与抗CYR32基因连锁的SSR标记Xwmc134、Xgwm413、Xbarc187、Xwmc406、Xcfd65、Xgwm18、Xbarc181、Xbarc137、Xwmc419和Xgwm230,两侧距离目的基因最近的标记为Xgwm18和Xgwm413,遗传距离分别为0.8 cM和3.4 cM,并初步将其抗病基因定位于小麦染色体1BS上,暂命名为YrTx43。基因来源、抗病遗传分析、分子标记检测及染色体位点分析表明,YrTx43很可能是与Yr24、Yr26具有等位性的抗条锈基因。     

玉米抗青枯病基因的遗传分析

 本研究对2亲本1145和Y331、杂交F₁以及F₂群体进行玉米青枯病单一致病菌(肿囊腐霉菌)的接种鉴定,统计F₂群体中抗病、感病植株分离情况,并作了初步统计分析。结果表明:单一肿囊腐霉菌也能引起玉米青枯病;玉米对肿囊腐霉菌引起青枯病的抗性由显性单基因控制。     

小麦抗白粉病基因Pm13及Pm4累加体的分子标记辅助选择

 利用Pm4的STS-PCR标记及Pm13的SCAR标记,检测含Pm4b的YW243与含Pm13抗性基因品系杂交的F₃代的抗感单株,初步筛选到累加了Pm4b及Pm13两个抗性基因的植株R1、R4;并分别对R1和R4自交后代(F₄代)的15个抗病单株进行跟踪检测,得到13株累加体,而另外2株仅具Pm4b基因。本研究说明分子标记是检测抗病基因累加体、辅助育种的有效手段。     

小麦新品系抗白粉病基因分析

 本文对6个小麦新品系所含的抗白粉病基因进行了遗传分析。将感病品种Liaochun10分别与SM 20121、SM 203390、SM 20125、SM 200332、SM 20126、SM 20005杂交和自交,并将这6个品系互配成半双列杂交组合。用小麦白粉菌15号小种的单孢堆菌系对各杂交组合的亲本、F₁、F₂代群体及F₃代家系进行了苗期抗病性鉴定。遗传分析表明,供试的6个品系对小麦白粉菌15号小种的抗性均由1对显性基因控制。等位性分析推断:SM 20121、SM 203390、SM 20125和SM 200332含有抗白粉病基因Pm12;SM 20126含有抗白粉病基因Pm21;SM 20005含有抗白粉病基因Pm16。建议将这6个品系作为优良抗病亲本利用。     

源于柔软滨麦草抗小麦条锈病基因YrElm的遗传分析与SSR标记

 M852-1是由柔软滨麦草和普通小麦7182经杂交和回交培育的易位系。苗期抗病性鉴定结果表明,M852-1对CYR29、CYR31、CYR32、CYR33、Su11-4、Su11-7和V26等7个中国小麦条锈菌主要生理小种或新的致病类型均表现免疫至高抗,是一个较好的抗条锈资源材料。用条锈菌流行小种CYR33对M852-1与铭贤169杂交F₁、F₂、F₃和BC₁代进行抗性鉴定与遗传分析,发现M852-1对CYR33的抗条锈性由1对隐性基因控制,暂定名为YrElm。以F₂代分离群体构建作图群体,利用集群分离分析法,筛选到与YrElm连锁的5个SSR标记:Xcfd35、Xgwm161、Xwmc630、Xgwm533和Xcfd34,并将YrElm定位于小麦染色体3DS上。YrElm两侧最近2个SSR标记Xcfd35与Xgwm161的遗传距离分别为6.5 cM和4.2 cM。抗锈性鉴定、系谱分析以及分子标记检测结果表明,该抗病基因来源于柔软滨麦草。综合基因来源、分子检测及染色体位点等方面的分析,认为YrElm可能是一个新的抗条锈病基因。用该基因两侧最近两个标记Xcfd35和Xgwm161 检测68个甘肃和黄淮麦区小麦品种(系),10个(14.7%)品种能扩增出与M852-1相同的条带。进一步进行抗病性及系谱分析表明,这10个品种均不含YrElm。本研究结果为利用YrElm进行分子标记辅助育种和进一步的精细定位奠定了基础。     

中粱93447抗条锈病基因遗传分析和分子作图

 用小麦条锈菌生理小种对中梁93447与感病品种铭贤169的杂交后代F₁、F₂和F₃代进行苗期温室抗条锈性遗传分析,结果表明中梁93447对CYR30的抗病性由1对显性基因控制。用中梁93447×铭贤169 F₂代分离群体建立抗、感DNA池,在F₂代群体中通过SSR标记技术寻找与抗病基因连锁的分子标记,发现7个位于5BS上的标记Xwmc813、Xwmc740、Xgwm159、Xbarc4、Xwmc616、Xwmc363和Xbarc89与目的基因连锁,遗传距离分别为17、12.9、8.3、4.5、3.7、9.1和20.8cM。系谱分析及分子标记分析表明,该基因可能来自中间偃麦草,暂命名为YrZL93447。与已定位于5B染色体上的抗条锈病基因的比较研究表明,YrZL93447可能是1个新的抗条锈病基因。用SSR引物BARC4和WMC616检测43个黄淮麦区主栽品种,其中7%的黄淮麦区主栽品种具有与YrZL93447基因相同的标记位点。     

水稻抗病基因Xa21转入3个粳稻品种的抗性初步分析

 通过农杆菌介导转化,将已克隆的水稻白叶枯病抗性基因Xa21转入我国辽宁省3个粳稻品种:沈农606、辽粳454、辽粳294,共获得独立转基因系205个。通过PCR、GUS染色和Southern blot分析,证明Xa21基因已经整合到3个粳稻栽培品种的基因组中。通过温室接种菲律宾白叶枯病小种6的代表菌系PXO99,T₀代转基因水稻除了3-34表现部分抗性外,其它的转基因材料均表现高度抗病,表明Xa21转基因水稻已经获得抗性;温室接种T₁和T₂代试验表明,单拷贝整合的转化体呈现3:1分离,同时单拷贝3-34材料也表现部分抗性和感病3:1分离,证明已整合的Xa21基因能稳定遗传;同时对3-34部分抗性机制进行了分子生物学检测,证明GUS基因全部丢失、Xa21基因部分丢失并导致部分抗性。获得部分抗性材料,对于深入研究Xa21基因的功能区和研究抗病分子机制具有重要的意义。     

黑龙江省水稻种质抗瘟性及稻瘟病菌致病性分析

为明确黑龙江省水稻种质抗性及稻瘟病菌的致病性,以黑龙江省8个水稻品种、24个单基因系作为供试材料,120株稻瘟病菌株作为接种体,采用喷雾接种法测定了各供试水稻的抗瘟性及稻瘟病菌的致病性。结果表明,水稻品种对2010年和2011年菌株的抗性频率分别在31.67%~68.33%和21.67%~55.00%之间,2010年最好的抗性品种为松粳12,2011年最好的抗性品种为五优稻4和东农425;松粳12东农425组合联合抗病性最好。水稻单基因系对2010年和2011年菌株的抗性频率分别在10.00%~90.00%和5.00%~86.67%之间,抗性最好的单基因系分别为IRBLzt-T(Pi-zt)和IRBLz5-CA(Pi-z5);松粳12、东农425和龙粳22的基因聚合效果最好。2010年和2011年菌株对抗瘟基因群的致病率分别在8.33%~95.83%和25.00%~95.83%之间;无毒基因总出现频率分别为461和412次。研究表明,水稻种质抗性受菌株致病性影响较大,但高抗种质相对稳定,基因聚合方式更适宜当地品种抗性改良。     

Pi34-AVRPi34: a new gene-for-gene interaction for partial resistance in rice to blast caused by Magnaporthe grisea

The japonica rice (Oryza sativa) cultivar Chubu 32 has a high level of partial resistance to blast, which is mainly controlled by a dominant resistance gene located on chromosome 11. The partial resistance to the rice blast fungus (Magnaporthe grisea) in Chubu 32 has isolate specificity; isolate IBOS8-1-1 is more aggressive on Chubu 32 than are other isolates. We hypothesized that the gene-for-gene relationship fits this case of a partial resistance gene in Chubu 32 against the avirulence gene in the pathogen. The partial resistance gene in Chubu 32 was mapped between DNA markers C1172 (and three other co-segregated markers) and E2021 and was designated Pi34. In the 32 F₃ lines from the cross between a chromosome segment substitution line (Pi34⁻) from Koshihikari/Kasalath and Chubu 32, the lines with high levels of partial resistance to the M. grisea isolate Y93-245c-2 corresponded to the presence of Pi34 estimated by graphic genotyping. This indicated that Pi34 has partial resistance to isolate Y93-245c-2 in compatible interactions. The 69 blast isolates from the F₁ progeny produced by the cross between Y93-245c-2 and IBOS8-1-1 were tested for aggressiveness on Chubu 32 and rice cultivar Koshihikari (Pi34⁻). The progeny segregated at a 1 : 1 ratio for strong to weak aggressiveness on Chubu 32. The results suggested that Y93-245c-2 has one gene encoding avirulence to Pi34 (AVRPi34), and IBOS8-1-1 is extremely aggressive on Chubu 32 because of the absence of AVRPi34. This is the first report of a gene-for-gene relationship between a fungal disease resistance gene associated with severity of disease and pathogen aggressiveness.     

水稻品种抗稻瘟病分析及基因聚合抗性改良

为了解水稻品种抗瘟性及基因聚合改良的情况,通过喷雾和离体划伤接种法对黑龙江省20个水稻品种和16个外源抗瘟基因的抗性频率及6个主要水稻品种含有的抗瘟基因型进行了分析。结果表明,20个水稻品种抗性频率介于10.89%~68.32%之间,垦稻12抗性最低,龙粳40抗性最高;16个抗瘟基因抗性频率介于0~50.50%之间,Pi-sh、Pi-19和Pi-k~m基因抗性最低,Pi-z~t抗性最高;在联合抗病性方式下,龙粳40龙粳31和龙粳40龙稻14组合抗性改良效果略好;20个水稻品种的抗性相似系数介于0.24~0.75之间,在0.40水平上将其划分为5个类群;6个水稻品种共检测到抗瘟基因11个,Pi-1基因出现频率最高;在基因聚合方式下,龙粳39聚合后抗性最高,龙稻13聚合后抗性升幅最大。综合分析,供试水稻品种及单基因系品种抗性表现较差,基因聚合方式对水稻品种的抗性改良效果明显优于联合抗病性方式。     

稻瘟病菌无毒蛋白AvrPiz-t半胱氨酸残基的功能分析

 稻瘟病菌无毒基因AvrPiz-t编码了一个包含108个氨基酸的未知功能的预测分泌蛋白,其与对应的水稻抗稻瘟病基因Piz-t介导了基因对基因的抗病反应。序列分析发现AvrPiz-t的预测成熟蛋白AvrPiz-t₉₀含有4个半胱氨酸残基,推测它们可能参与了AvrPiz-t蛋白分子内或分子间的相互作用。为了检测这4个半胱氨酸对AvrPiz-t功能的影响,利用定点突变技术对4个半胱氨酸残基分别进行了位点突变并构建了相应的稻瘟病菌互补载体。功能互补分析发现,上述4个突变体都丧失了AvrPiz-t无毒基因的功能。由此推断,半胱氨酸对AvrPiz-t蛋白功能的表达是非常重要的。     

Identification of avirulence genes in the rice blast fungus corresponding to three resistance genes in Japanese differentials

The pathogenicity of progeny from crosses among three Chinese isolates of Magnaporthe grisea collected from rice was tested on three Japanese differentials (Ishikarishiroke, Aichiasahi, K 59) having the blast resistance genes Pii, Pia, and Pit, respectively. Monogenic control was demonstrated for avirulence to the differentials. To identify resistance genes corresponding to the avirulence genes, the resistance and susceptibility in F₃ lines of the cultivars in response to the parents of the crosses were analyzed genetically. The three avirulence genes identified, designated Avr-Pii, Avr-Pia, and Avr-Pit, appear to correspond to resistance genes Pii, Pia, and Pit, respectively. The monogenic control of avirulence in the fungus and monogenic dominant resistance in rice cultivars supports a gene-for-gene relation in the Pii-, Pia-, or Pit-dependent resistance to the rice blast fungus in rice cultivars.     

水直播条件下黑龙江省不同稻区稻瘟病菌致病性分析

为明确水直播条件下黑龙江省不同稻区稻瘟病菌Magnaporthe oryzae的致病性分化情况，以24个抗瘟单基因系品种为寄主，来源于2017—2018年黑龙江省水直播稻田的242株稻瘟病菌菌株为接种体，采用离体划伤方法接种，记录病斑反应型，计算有效致病菌株率和抗性频率，并进行聚类分析。结果显示，在水直播条件下，2017年，黑龙江省南部和中东部稻区稻瘟病菌菌株对抗瘟单基因系品种的有效致病菌株率介于8.33%~95.83%和20.83%~95.83%之间，无毒基因出现频率分别为575次和622次；2018年，南部和中东部稻区稻瘟病菌菌株对鉴别体系的有效致病菌株率介于29.17%~95.83%和20.83%~91.67%之间，无毒基因出现频率分别为536次和571次。2017年，黑龙江省南部和中东部稻区稻瘟病菌菌株的致病性相似系数介于0.15~1.00和0.14~1.00之间，以致病性相似系数0.40为阈值，可将菌株分别划分为5个类群和6个类群；2018年，南部和中东部稻区菌株的致病性相似系数介于0.15~0.93和0.26~1.00之间，以致病性相似系数0.40为阈值，可将菌株分别划分为5个类群和4个类群。2017年，抗瘟单基因系品种对黑龙江省南部和中东部稻区稻瘟病菌菌株的抗性频率介于11.29%~88.71%和10.77%~86.15%之间，其中抗瘟单基因系品种IRBL9-W（Pi-9）和IRBLz5-CA（Pi-z5）抗性表现最好；2018年，抗瘟单基因系品种对南部和中东部稻区菌株的抗性频率介于10.34%~82.67%和15.79%~85.96%之间，其中抗瘟单基因系品种IRBL9-W（Pi-9）和IRBLz5-CA（Pi-z5）抗性表现最好。表明水直播条件下黑龙江省稻瘟病菌致病性分化剧烈，稻瘟病菌整体致病力较强，但仍有部分水稻种质抗性较好且相对稳定，基因聚合后抗性会得到进一步提升。     

水稻苗期感染SRBSDV后赤霉素相关基因表达量及赤霉素含量的变化

为明确水稻在苗期被南方水稻黑条矮缩病毒(Southern rice black-streaked dwarf virus,SRBSDV)浸染后植株体内赤霉素合成相关基因表达量和赤霉素含量的变化情况,利用q RT-PCR技术检测水稻在3叶期感染SRBSDV后的5个时期Os01g0883800、Os03g0856700、Os07g0169700三个赤霉素的生物合成基因表达量;采用高效液相色谱法检测GH998和Y11植株感染SRBSDV后的赤霉素含量;观察GH998病株施用外源赤霉素后病症的缓解效果。结果表明,感染SRBSDV后在GH998叶片中,以在第0天为对照组,Os01g0883800和Os07g0169700相对表达量最大分别下调25.6倍和21.1倍,Os03g0856700在第3天相对表达量下调20.5倍,在第6天上调2.3倍;在茎中,Os01g0883800、Os07g0169700、Os03g0856700的相对表达量在第3天分别下调8.5倍、6.4倍和1.4倍。在Y11叶片中Os01g0883800、Os03g0856700和Os07g0169700相对表达量最大下调分别为6.6倍,42.7倍和16.9倍;在茎中,Os01g0883800、Os07g0169700相对表达量最大下调分别为5.3倍和10.5倍;Os03g0856700在第3天时表达量上调1.5倍,在第12天下调2.8倍。GH998感染SRBSDV后植株体内赤霉素含量显著降低;施用外源赤霉素能缓解SRBSDV部分病症,表现为株高、剑叶长、剑叶宽和根长等均增加。     

非亲和性稻瘟病菌对水稻的诱导抗性

为研究稻瘟病菌Magnaporthe oryzae不同菌株间的相互作用,选择与单抗性基因系水稻IRBL5-M （携带抗性基因Pi5）表现为亲和性的菌株HN52与非亲和性的菌株HN119为研究对象,将其单独或混合接种到单抗性基因系水稻IRBL5-M中,并通过荧光显微镜观察接种后水稻叶鞘的发病情况及病斑面积,测定接种后水稻内相关抗性基因OsWRKY45、OsNPR1、OsPR10、OsMAPK2的表达量以及活性氧的变化。结果显示,相较于单独接种亲和性菌株,混合接种后单抗性基因系水稻IRBL5-M病斑发病面积减少;混合接种中亲和性菌株HN52菌丝侵染能力降低,侵染菌丝细胞间扩展率显著降低73.13%;同时单抗性基因系水稻IRBL5-M中OsWRKY45、OsNPR1、OsPR10和OsMAPK2抗性基因表达量显著增加,水稻叶片中活性氧含量增加,表明在菌株混合侵染过程中,非亲和性菌株可通过激发水稻的抗性反应来降低亲和性菌株对水稻的侵染程度。     

水稻稻瘟病菌对烯肟菌胺的抗性风险评估及抗性机制初探

 采用菌丝生长速率法测定了100株采自我国主要水稻产区的水稻稻瘟病菌对烯肟菌胺的敏感性, 结果表明, 其EC₅₀分布于0.011 1~0.295 6 μg·mL^-1, 平均EC₅₀=(0.078 6±0.056 1) μg·mL^-1。供试菌株对烯肟菌胺的敏感性分布呈单侧峰曲线, 未出现抗药性亚群体, 可将该曲线作为稻病瘟菌对烯肟菌胺的敏感性基线。通过室内药剂驯化获得了7株抗药突变体, 突变频率为1.11×10^-4, 其中2株高抗突变体NJ0811-I和A10的抗性水平大于1 000倍, 抗药性性状能稳定遗传, 致病力显著弱于其亲本菌株;5株低抗突变体抗性水平在2.05～4.55倍之间, 抗药稳定性差, 适合度与亲本无显著性差异。交互抗药性结果表明, 烯肟菌胺与嘧菌酯存在正交互抗药性, 与田间防治稻瘟病常用药剂稻瘟灵、异稻瘟净无交互抗药性。综合分析表明, 稻瘟病菌对烯肟菌胺可能存在低到中等抗性风险。进一步克隆了抗药突变体及其亲本的cytb基因, CYTB氨基酸序列比对结果表明, 2株高抗突变体均在143位由甘氨酸突变为丝氨酸(G143S), 建立了高抗菌株的AS-PCR分子检测方法;而5株低抗突变体cytb基因未发生点突变, 推测可能存在其他的抗性分子机制。