黑龙江省主栽水稻品种抗稻瘟病基因的分子检测与分析

了解品种本身的抗性基因型对于水稻品种合理布局具有重要意义。为了明确稻瘟病抗性基因Pi-ta、Pi-b、Pik-m、Pi9、Pii、Pi-d3在黑龙江省水稻品种中的分布情况,选取34份主栽品种,利用这6个抗瘟基因的功能标记,对供试材料进行分子标记检测。结果表明,Pi9的分布频率最高,其次是Pi-ta和Pik-m,Pi-b和Pii抗性基因分布频率较低,Pi-d3的分布频率最低;供试的34份水稻材料中,被检测出最多含有5个抗性基因,而最少只含有1个抗性基因,含有2个抗性基因的品种所占比例最大,龙粳40和龙粳42不含有待检测基因。     

分子标记辅助选择Pi25基因选育抗稻瘟病三系不育系

稻瘟病是水稻最具毁灭性的病害之一,选育抗稻瘟病三系不育系,是选育抗稻瘟病品种的有效途径之一。本研究以携带抗稻瘟病基因Pi25的材料BL47为抗性供体亲本、福稻B为受体亲本,利用分子标记辅助选择技术和常规育种方法,从F2代起利用分子标记Si13070C检测Pi25基因,从F3代起结合稻瘟病重发病区苗瘟鉴定,从BC1代起对不育系植株进行花粉育性鉴定,筛选出5份具有中抗以上水平的候选不育系,其中不育系CP4A具有良好的不育性和开花习性,所配组合表现出良好的农艺性状。结果表明,利用分子标记Si13070C检测Pi25基因并结合田间苗瘟鉴定在选育抗性育种材料上是有效的。     

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。     

利用分子标记技术聚合Pi-1和Pi-2基因改良三系不育系荣丰A的稻瘟病抗性

以籼型水稻材料BL122为稻瘟病抗性基因的供体亲本,三系不育系荣丰A的保持系荣丰B为轮回亲本,通过常规杂交、回交、田间农艺性状筛选和分子标记辅助选择相结合,将Pi-1、Pi-2两个基因导入到荣丰B中,获得5个带有两个目标基因的改良保持系纯合株系。利用广东省致病性代表的30个稻瘟病菌株进行人工接种鉴定,5个改良株系的抗性频率均为100%,而原始对照荣丰B的抗性频率仅为56.67%;自然病圃诱发鉴定5个改良株系的穗颈瘟均为1级,表现高抗,而对照为7级,表现感病。所有改良保持系株系与荣丰A杂交和回交进行不育系转育,根据农艺性状综合评价,筛选出不育性彻底、后期熟色好的三系不育系安丰A。利用该不育系与一批恢复系配组,其杂交稻组合均表现出良好的稻瘟病抗性和丰产性,显示出很好的应用前景。     

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。     

Pi9基因分子标记辅助选择改良水稻不育系丰源A的稻瘟病抗性

为改良水稻不育系丰源A的稻瘟病抗性,以籼稻品系75-1-127作为广谱持久抗稻瘟病基因Pi9的供体亲本,先后以三系保持系丰源B和不育系丰源A为受体亲本,利用Pi9基因内共显性标记ClonDF_1R_1开展MAS连续回交育种。利用来自国内外不同稻区的33份稻瘟菌菌株进行温室内人工接种,分析丰源A、丰源B、75-1-127的抗菌谱,75-1-127的抗性频率为87.9%;而丰源A和丰源B的抗性频率均仅为33.3%。田间病圃抗性鉴定表明,75-1-127高抗苗瘟,而丰源B和丰源A高感苗瘟。结果表明,含有Pi9基因的75-1-127抗谱广、抗性水平高,在稻瘟病抗性育种中具有很大的应用前景;而丰源A和丰源B抗谱窄、抗性水平低,需要改良。根据Pi9基因序列信息开发了一个共显性分子标记ClonDF_1R_1,它从75-1-127基因组中扩增出一条320 bp的条带,而丰源B和丰源A基因组的扩增产物约450 bp。利用ClonDF_1R_1先后开展丰源B、丰源A稻瘟病抗性改良的MAS育种实践,获得了13个含Pi9纯合等位基因的改良抗病保持系丰源B-Pi9,以及11个含Pi9纯合等位基因的改良抗病不育系丰源A-Pi9。经过连续11 a的MAS回交育种实践,育成1个高抗稻瘟病、不育性稳定、柱头外露率高、农艺性状和产量性状优良的新三系不育系丰源A-Pi9-5,实现了丰源A和丰源B稻瘟病抗性的定向改良,为三系杂交水稻育种应用创制了新的亲本材料。     

贵州抗稻瘟病水稻三系不育系品资5A的选育

贵州省农科院作物品种资源研究所利用拉丁美洲圭亚那抗稻瘟病资源IP 346449为母本与现有的自育保持系进行杂交,然后再与中9 B进行复交,经过多代选择获得稳定株系品资3 B,再与成丰B杂交,在F 2代株系中选择优良的单株与成丰A进行测交和回交,同时结合稻瘟病抗性鉴定筛选,育成抗稻瘟病不育系品资5 A。该不育系农艺性状优良,不育性稳定,柱头外露率高,异交习性好,配合力较强,抗性较好,所配组合生育期与F优498相当。于2019年3月通过贵州省组织的专家技术鉴定。     

籼型水稻两用核不育系遗传多样性与抗性品质基因分析

以育成的 14 个籼型水稻两用核不育系为材料,利用水稻 SNP 标记,分析水稻两用核不育系的遗传多样性,构建SNP 分子指纹图谱,同时检测水稻主要病虫害抗性基因及品质基因的分布。结果表明,1K 水稻 SNP 芯片共筛选出 3302 个多态性标记位点,这些多态性位点 PIC 平均值为 0.264,最高仅为 0.375;聚类分析结果发现,遗传距离最近的 2 个品种,仅有 51个差异位点,表明这些不育系材料的多样性较低,遗传基础较为狭窄,同质化严重;通过比对参考品种功能基因,分析水稻褐飞虱、稻瘟病和白叶枯病抗性位点 Bph14、Bph3&15、Bph27、Pi1、Pi2、Pi9、Pigm、Pikh、Pita、Piz、Xa7、Xa21 和Xa23 在15 份材料中的分布,发现这批不育系材料携带的抗性基因较单一;对品质优异基因的分析发现,这些不育系具有较好的外观品质,部分品种具有低镉和香味基因。研究结果为后续的水稻品种抗性遗传改良和品质优异基因利用提供了科学依据。     

水稻两系不育系1892S抗白叶枯病和抗稻瘟病分子改良

以高配合力和抗倒能力强的光温敏两系不育系1892S为轮回亲本,与含抗白叶枯病Xa23基因和抗稻瘟病Pi9(t)基因的稳定株系7J278多代回交,连续自交、经系谱选择、花粉镜检、抗性鉴定和测交,结合分子标记辅助选择,获得1个携带两个抗性基因纯合的稳定光温敏核不育系N779S。利用中国7个流行白叶枯病菌株C1-C7和Xa23基因专化小种PXO99进行接种鉴定,N779S表现为R,受体亲本表现为S。苗期以15个稻瘟病流行小种进行接种,N779S抗性级别为0~1级,抗性水平明显高于受体亲本;在3个稻瘟病重发区种植,N779S穗发病率级别为2~5级,而受体亲本为7~9级。以改良系N779S为母本配置的杂交组合F1,对白叶枯病和稻瘟病的抗性水平均明显高于对照,同时表现出良好的配合力水平。表明Xa23基因和Pi9(t)基因不论是在纯合还是在杂合状态下,都能表现出良好的抗病能力。长日高温环境下花粉镜检结果显示,N779S为无或少花粉败育类型;农艺性状观察显示,改良株系与受体亲本在植株形态上差异不明显,但利用行业标准分析48个遗传位点,仍存在3个位点差异,表明改良系N779S与受体亲本不属于同一个品种。     

利用MAS手段改良恢复系R838稻瘟病抗性研究

为了提高杂交水稻恢复系R838稻瘟病的抗性水平,利用MAS手段将抗稻瘟病基因pigm导入目标受体,通过连续多代回交并对其回交后代进行分子标记检测或稻瘟病抗性表型鉴定。筛选回交高世代群体自交,并用三系不育系进行测配。结果表明：F1目标基因占有率为52.4%,随着回交世代的增加,其所含目标基因的占有率稳定在50%左右,通过回交高世代群体苗瘟表型鉴定,苗叶瘟抗性3~9级,株系间差异明显;用三系不育系配组,F1苗叶瘟抗性随入选父本抗性提高而提高,且农艺性状与R838基本保持一致。因此,通过分子标记辅助育种技术,用pigm稻瘟病抗性基因改良目标受体的稻瘟病抗性是一个有效途径。     

分子标记辅助改良培矮64S稻瘟病抗性

为提高我国大面积应用的两系光温敏不育系培矮64S的稻瘟抗性,本研究通过杂交转育与分子标记选择相结合的途径,利用RM3330与RM262为标记,将Pi25与Pi-d(t)基因成功聚合于培矮64S中,经抗性、不育性、综合农艺性状评价,获得了5个基因型纯合且农艺性状稳定的F8代抗性改良候选不育系。抗性鉴定结果显示,抗性改良候选不育系及其抗性组合的叶瘟病情指数平均降幅为18.78%和23.24%,穗颈瘟病情指数平均降幅为18.58%和58.45%,抗性提高幅度极显著。育性观测结果表明抗性改良候选不育系不育度都在99.5%以上,柱头外露降低5.64%,包颈粒率降低8.55%。经济性状调查结果显示不育系除穗粒数下降、有效穗增加外,其余经济性状变化不明显;试配的杂交组合平均理论产量和实际产量比对照提高16.22%和6.89%,增产极显著。这些结果表明,通过Pi25与Pi-d(t)基因的导入显著提高了培矮64S稻瘟病抗性,获得了实用的光温敏不育系新材料。     

分子标记辅助选择定向改良不育系Q211S稻瘟病的抗性

为提高水稻温敏型核不育系‘Q211S’的稻瘟病抗性,以‘Q211S’为受体材料,以携带Pi9基因的抗稻瘟病材料‘75-1-127’为供体,通过常规育种方法和分子标记辅助选择技术相结合,选育出5个抗病性改良的两系不育系。抗性鉴定及田间试验结果表明:这5个抗病性改良的两系不育系对苗瘟、穗瘟均表现较高抗性,其他特征特性与‘Q211S’相近。5个改良不育系与‘Q211S’所配组合在株高、每穗总粒数、结实率、千粒重上差异不显著;而改良不育系所配组合在稻瘟病抗性方面较‘Q211S’所配组合明显增强。     

香稻育种新材料的抗性基因与表型鉴定

‘大粒香’是著名的香稻品种之一,但对稻瘟病敏感的缺点限制了其推广。本研究利用分子标记YY5-YY8、Bph14P/Bph14N、MS5、Pibdom、Pi-ta、pTA248、Sub1-1,从课题组选育的129株‘大粒香’改良系F4代中筛选同时聚合香味基因badh2,抗褐飞虱基因Bph14和Bph15,抗稻瘟病基因Pita和Pib,抗白叶枯病基因Xa21及耐涝基因Sub1的单株,并从中选择农艺性状较好的单株进行对应基因的表型鉴定,以期获得具有多种抗性的香稻育种新材料。通过PCR技术对改良系F4代的badh2、Bph14、Bph15、Pita、Pib、Xa21和Sub1基因进行分子标记检测,从129个单株中筛选出同时聚合以上7个基因的植株30株,从中选择农艺性状较好的单株17C1389-4-4W进行表型鉴定。咀嚼实验和KOH浸泡-嗅闻实验结果表明17C1389-4-4W具有香味,褐飞虱接种实验结果表明17C1389-4-4W抗褐飞虱级别为3级,稻瘟病菌株Gally接种实验结果表明17C1389-4-4W抗稻瘟病级别为1级,白叶枯菌株PXO86接种试验结果表明17C1389-4-4W抗白叶枯病级别为1级,苗期淹涝实验结果显示17C1389-4-4W耐涝性显著强于亲本。大粒香改良系17C1389-4-4W聚合了多达6个抗性基因,将在多抗香稻育种中发挥重要作用。     

利用分子标记辅助选择改良春恢350稻瘟病抗性

水稻抗稻瘟病基因Pigm(t)抗谱广、抗性强。春恢350是超级早稻春光1号的恢复系,该恢复系配合力强,丰产性好,但不抗稻瘟病。本研究以携带抗稻瘟病基因Pigm的谷梅4号为抗源,以春恢350为轮回受体亲本,在回交选育过程中,通过表形筛选与分子标记辅助选择相结合,将Pigm(t)基因导入到春恢350中,获得3个带有目标基因的改良恢复系纯合株系。以江西近年来具有代表性的20个菌株对这3份材料进行抗性鉴定,其抗性频率为85%~100%,而原始对照春恢350的抗性频率仅为5%,表明抗性基因已成功导入春恢350中并表达;并用不育系江农早4号A与改良的春恢350测配,其杂种一代田间表现优势强,抗性强。     

聚合稻瘟病、白叶枯病和褐飞虱抗性基因的三系恢复系改良效果的评价

结合分子标记辅助轮回选择和田间鉴定的方法, 将三黄占2号的抗稻瘟病基因Pi-GD-1(t)和Pi-GD-2(t)(分别简称G1和G2)、CBB23中的抗白叶枯病基因Xa23 (简称X)和IR65482-7-216-1-2-B(简称IR65482)的抗褐飞虱基因Bph18(t) (简称B)导入温恢845、温恢117和温恢143等3个中籼恢复系,获得了8个兼抗稻瘟病和褐飞虱聚合系,温恢845-G1-G2-B-4、温恢845-G1-G2-B-5、温恢117-G1-G2-X-B-3、温恢143-G1-G2-B-3、温恢143-G2-X-B-9、温恢143-G2-X-B-10、温恢143-G1-G2-B-11和温恢143-G1-G2-B-37。这些聚合系及其与不育系五丰A的测交种,对稻瘟病和褐飞虱的抗性水平接近或略低于稻瘟病抗性亲本三黄占2号和稻飞虱抗性亲本IR65482。部分改良恢复系如温恢117-G1-G2-X-B-3、温恢143-G2-X-B-9和温恢143-G2-X-B-10及其测交种对白叶枯病表现为抗病或中抗。改良恢复系及其测交种在正常条件下的农艺性状与原始恢复系及其测交种相仿或更优,具有生产应用价值。研究结果表明,Xa23在不同恢复系背景下抗性表达完全,而Pi-GD-1(t)、Pi-GD-2(t)和Bph18(t)对稻瘟病和褐飞虱抗性的改良效果与恢复系的遗传背景有关。     

野败型不育系“赣香A”的稻瘟病抗性研究

赣香A是江西省农业科学院水稻研究所育成的一个野败籼型三系不育系,已经在省内外配组应用。为了弄清赣香A对稻瘟病的抗性水平,利用江西和福建省稻瘟病重发区进行自然鉴定,并用江西省26个市、县主要水稻产区采集的生理小种:ZA(24个)、ZB(70个)、ZC(18个)、ZD(3个)、ZE(2个)和ZG(5个)群,计122个稻瘟病单孢菌株和浙江省稻瘟病优势及致病性较强的10个混合菌株进行人工接种鉴定。结果表明,赣香A在江西井冈山稻瘟病重发区叶瘟为0级,高抗叶瘟;在福建省将乐县稻瘟病发病区连续四年鉴定,表现苗瘟0级,高抗叶瘟;在福建上杭茶地稻瘟病区鉴定,苗瘟为0级、叶瘟4级、穗颈瘟3级,发病率显著低于诱发品种,中抗稻瘟病;浙江省人工接种鉴定结果苗瘟为0级,高抗叶瘟。通过用122个稻瘟病单孢菌株分别对赣香A接种鉴定,以广抗品种特特普和感病品种丽江新团黑谷作对照,赣香A对81个菌株表现出抗病反应,占所测菌株的76.23%,对28个菌株表现出感病反应,占所测菌株的22.95%,仅对1个菌株表现出高感;对照广抗品种特特普对99个菌株表现出抗病反应,占所测菌株的81.15%,感病品种丽江新团黑谷仅对1个菌株表现出抗病反应,占所测菌株的0.82%;赣香A对ZA、ZB、ZC、ZE群和ZD7、ZG1生理小种,抗性频率达到62.5%~100%,而特特普对ZA群生理小种表现感病,抗性频率仅为4.17%,说明赣香A表现出广谱抗性。通过比较赣香A与30个单基因抗病品种对122个稻瘟病菌的抗感反应,可知,赣香A的抗病性,比所测30个单基因抗病品种中抗病结果最好的Pi-Zt(抗病率74.59%)要好。。     

野生稻DNA导入后代对稻瘟病的抗性遗传分析

连续多年鉴定了21份普通野生稻(从染色体组)DNA导入后代株系对稻瘟病的抗性,筛选出3个稳定抗病的后代株系2005 D3-60、2005 D3-136和2005 D3-112,以其与感病地方品种白皮稻的杂交F1代和F2代为材料,初步分析了导入后代对稻瘟病菌系01-13-1的抗性遗传特性.研究结果表明:3个组合的F1代对01-13-1菌系全部表现抗病,说明其抗病性都是由显性基因控制的;2005 D 3-60/白皮稻和2005 D 3-136/白皮稻的F2代抗感分离比例为9:7,说明对01-13-1的抗性是由2对显性基因控制,且基因存在互补作用,而05 D 3-112/白皮稻的F2代抗感分离比例为27:37,说明其抗病性是由3对显性基因控制的,基因亦存在互补作用;3个组合正反交的F1代均表现抗病、F1代分离比例相同,说明导入系中抗稻瘟病性状属细胞核遗传.     

一个粳稻来源抗稻瘟病基因的鉴定、遗传分析和基因定位

7001S是一个广谱抗稻瘟病的粳稻两用核不育系,对来自全国不同稻区的22株稻瘟病菌系均表现为高度抗性。通过构建7001S/80-4B F2群体的遗传分析和初步定位表明,F2分离单株对稻瘟病菌的抗性呈明显的抗、感双峰分布,抗感分离符合3﹕1的理论比例,说明粳稻7001S对稻瘟病菌的抗性由1对显性核基因或一个显性QTL位点控制,并将该基因初步定位于第11染色体长臂末端。进一步通过扩大遗传群体和分子标记开发,利用基于BSA的隐性群体分析技术,将目的基因精细定位于P21-2415和RM27322之间约310 kb的范围内,并获得了可用于分子标记辅助选择的紧密连锁和共分离分子标记,同时对目标基因所在区域进行基因预测,初步确定了候选基因。为进一步开展该抗稻瘟病基因的克隆、功能验证和抗病机理研究,以及通过分子标记辅助选择技术培育抗稻瘟病水稻新品种等工作奠定了基础。     

水稻两用核不育系龙S抗稻瘟病主效基因的定位

龙S是一个广谱抗稻瘟病的水稻两用核不育系,利用分子标记技术精细定位其主效抗性基因,对于培育抗稻瘟病水稻新品种具有重要意义。采用来自国内外的41个稻瘟病菌系通过接种鉴定方式对龙S进行了稻瘟病抗谱分析,结果显示龙S的抗性频率为100%,对其中39个菌系表现高水平抗性,与Pi9的携带品种75-1-127抗性频率和抗病级别基本相当。群体遗传分析表明龙S的抗性基因表现为显性遗传方式,对于不同菌系龙S表现出不同的抗病遗传模式,其中龙S对稻瘟菌系318-2的抗性由单基因控制。通过抗病亲本龙S与感病亲本日本晴构建F₂分离群体,采用BSA (bulk segregant analysis)及RCA (recessive class analysis)分析方法,将龙S的主效抗病基因精细定位于第9染色体上的SSR标记M1-M2所在的1.31 cM区间,与已克隆的广谱抗稻瘟病基因Pi5位于相邻的染色体区域。抗谱分析表明,龙S与Pi5、Pii单基因系的抗性频率差异明显,抗谱较后二者更广。龙S主效抗性基因的精细定位,为进一步揭示其与Pi5、Pii的等位关系以及通过分子标记辅助选择培育抗病水稻新品种奠定了基础。     

隆两优与晶两优系列杂交稻的稻瘟病抗性基因分析

隆科638S与晶4155S是袁隆平农业高科技股份有限公司于2014年培育出的抗病优质高配合力中籼型两用核不育系。本研究对2015—2019年通过国家审定的隆两优和晶两优系列杂交稻品种区试稻瘟病抗性评价数据进行分析,并利用基于KASP技术开发的针对16个稻瘟病抗性基因的标记组合,对隆两优和晶两优系列杂交稻品种进行基因型检测,以期为隆两优和晶两优系列杂交稻品种的布局和进一步改良提供理论依据。结果表明,隆两优和晶两优系列杂交稻品种,中抗至高抗稻瘟病的比例达43.92%,综合抗性指数和穗瘟最高损失率均值分别为3.3和4.7;品种携带3～7个抗性基因,平均携带5.1个抗性基因;Pia、Pita、Pi2、Pi5和Piz基因在品种中的检出频率较高,达到50%以上,其中Pia的检出频率达到100%,而Pi9、Pi35、Pi36和Pb1基因未被检出;随着抗性基因数量的增加,品种的综合抗性指数与穗瘟最高损失率均值都呈现整体下降趋势。据此提出,将Pi9基因导入至隆科638S与晶4155S中,可进一步提升其组合的稻瘟病抗性。