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.     

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。     

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。     

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.     

抗稻瘟病基因Pi9的STS连锁标记开发及在分子标记辅助育种中的应用

 利用带有广谱抗稻瘟病基因Pi9的籼稻品系75 1 127作为抗病基因供体亲本,用于扬稻6号和R6547抗病性的回交育种。通过比较75 1 127、扬稻6号和日本晴的Pi9基因位点的DNA序列,开发出了与Pi9基因紧密连锁的共显性STS（序列标记位点）标记PB9 1,用于Pi9基因的分子标记辅助选择。结合田间农艺性状选择和分子标记辅助选择,培育出8个Pi9基因纯合的回交后代株系。其中,具有扬稻6号和R6547遗传背景的株系各4个。经湖北恩施和宜昌的病圃鉴定,携带有抗病基因株系的稻瘟病抗性水平较受体品种扬稻6号和R6547有不同程度的提高。具有R6547遗传背景的株系08C893配制的杂交组合在上述病区的抗性表现也明显优于对照品种扬两优6号。上述结果说明,共显性标记PB9 1在Pi9抗稻瘟病基因分子标记辅助育种中具有应用价值,并且Pi9基因作为稻瘟病抗源之一可以在湖北稻区进行有效利用。     

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。     

应用候选基因定位水稻抗稻瘟病QTL

 应用经克隆了的已知功能或有潜在功能的DNA序列,即候选基因，作为分子标记，在中156/谷梅2号F8重组自交系群体中进行水稻抗稻瘟病QTL的分析。大部分候选基因在水稻染色体上成簇分布，并且位于已知抗病基因簇区域。应用复合区间法检测到1个调控病斑大小和1个调控病斑数量的QTL，前者位于第1染色体CG36a~RM212区间，贡献率为4.17%，抗性等位基因来自父本谷梅2号；后者定位于第2染色体CG18a~RM263区间，贡献率为6.25%，抗性等位基因来自母本中156。同时检测到2对控制病叶面积和1对控制病斑大小的基因互作。这些QTL和互作基因涉及抗性基因同源序列、离子通道调控子以及编码致病相关蛋白和几丁质酶的基因，表明候选基因的应用有助于揭示QTL的功能。玉米锈病抗性基因Rp1与稻瘟病抗性有关，提示了利用水稻这个模式作物来克隆较大基因组中有利基因的可能性。     

高原粳稻子预44抗稻瘟病基因遗传分析和定位

 以高感稻瘟病的低海拔粳稻江南香糯与高抗稻瘟病的高原粳稻子预44作亲本进行杂交,获得F1、F2、BC1F1和以F2单粒传构建的、由276个株系组成的F7重组自交系群体。分别用稻瘟病菌生理小种ZB13和ZE1对两亲本江南香糯和子预44及其杂交后代群体F1、F2和BC1F1进行抗性接种鉴定和遗传分析。结果表明,子预44对稻瘟病菌生理小种ZB13和ZE1的抗性都表现为单基因控制的显性遗传。进一步利用重组自交系F7群体的266个有效株系作为定位群体,将抗稻瘟病菌生理小种ZE1的基因定位在水稻第11染色体上与SSR标记RM206间遗传距离为0 cM的位置,暂定名为Pi zy（t）。这些结果为进一步将子预44中的抗性基因用于水稻抗病育种及该抗稻瘟病基因的克隆奠定了重要基础。     

Analysis of Blast Resistance Genes and Neck Blast Resistance of japonica Rice Varieties/Lines Recently Developed in Jiangsu Province

【Objective】Evaluating the breeding potential of the known blast resistance (R) genes harbored in rice varieties is one of prerequisites for developing rice blast resistant varieties and R genes-based control of the disease epidemic.【Method】A total of 195 new japonica varieties/lines from Jiangsu Province were genotyped using functional markers corresponding to 14 rice blast R gene loci. In order to identify gene or gene combination with breeding potential against neck-blast, 158 japonica rice varieties were then artificially inoculated with blast strains as well as 17 advanced backcrossing lines containing Pigm gene in two different genetic backgrounds at booting stage. 【Result】Most varieties carried 2 to 5 R genes, and none of new varieties contained Pigm; the distribution frequencies of Pib, Pita and Pikh were relatively high and all exceeded 45%, the rest 10 genes were under 30%; Pid3, Pid2, Pia and Pb1 had apparently higher frequency in lines from regional tests than that in authorized and released varieties. Three genes with effects ordered as Pia > Pi3/5/i > Pita significantly contributed to neck-blast resistance, and significantly positive interaction effects were found between Pia and Pita, and between Pi3/5/i and Pita. Combination effect of Pia+Pita was significantly higher than that of Pi3/5/i+Pita, and the varieties harboring Pia+Pita reached resistant or highly resistant levels. The resistance of 17 advanced backcrossing lines carrying Pigm was all significantly improved as compared with corresponding controls, and all reached resistant level or even higher. 【Conclusion】 The results suggested that Pigm and the combination of Pia+Pita have critically important breeding potential in japonica rice breeding against neck blast in Jiangsu Province.     

Strategy for Use of Rice Blast Resistance Genes in Rice Molecular Breeding

Rice blast is one of the most destructive diseases affecting rice production worldwide. The development and rational use of resistant varieties has been the most effective and economical measure to control blast. In this review, we summarized the cloning and utilization of rice blast resistance genes, such as Pi1, Pi2, Pi9, Pi54, Pigm and Piz-t. We concluded that three main problems in the current breeding of rice blast resistance are: availability of few R(resistance) genes that confer resistance to both seedling and panicle blast, the resistance effect of pyramided lines is not the result of a simple accumulation of resistance spectrum, and only a few R genes have been successfully used for molecular breeding. Therefore, novel utilization strategies for rice blast R genes in molecular breeding were proposed, such as accurately understanding the utilization of R genes in main modern rice varieties, creating a core resistant germplasm with excellent comprehensive traits, screening and utilizing broadspectrum and durable resistance gene combinations. Lastly, the trends and possible development direction of blast resistance improvement were also discussed, including new genes regulating resistance identified via GWAS(genome-wide association study) and improving rice blast resistance using genetic editing.     

利用微卫星标记定位一个新的小麦抗白粉病基因

小麦农家品种ZB90是一个广谱抗白粉病材料.苗期和成株期鉴定表明,其白粉病抗性由显性单基因控制.从位于不同染色体上的53对微卫星引物中筛选出3对引物(Wms382、Wms311和Wms312),对144株F2分离群体进行抗病连锁性分析.另外,与Pm4a共分离的STS标记STS-470也被用于基因定位.这4个标记和抗病基因在染色体上的顺序为:基因位点-Xgwm382-Xgwm311-STS-470-Xgwm312,它们之间的遗传距离分别为2.9、4.5、23.1和49.6 cM,与小麦染色体2AL上已构建的微卫星图谱顺序一致.根据材料来源和抗病基因的染色体定位结果,确定该基因为一个新的小麦抗白粉病基因,并命名为PmZB90.文中还讨论了PmZB90和其他位于染色体2AL上的基因之间的关系.     

水稻Pi9基因序列标记的开发及其抗瘟育种应用

利用广谱抗稻瘟病基因Pi9的3'UTR序列设计特异DNA标记pi9utr,通过分子标记辅助选择和连续回交育种实践,改良7份籼稻亲本(316B、金23B、R207、R228、R288、R389、明恢86)的稻瘟病抗性。结果表明:pi9utr是一个高效显性分子标记,除R207外,在其余6份受体亲本与Pi9供体亲本75-1-127间均存在明显而稳定的多态;在室内接种后的316B×75-1-127 BC4F1群体和R288×775-1-127 BC6F1群体中随机取样,进行稻瘟病抗性表型和基因型鉴定及Pi9基因表达分析,证明pi9utr对两个组合回交后代个体的抗病性辅助选择效率均为100%,且在所有抗病单株中均能检测到Pi9基因的高效表达,在所有感病单株中均没有检测到Pi9基因的表达。利用pi9utr在回交世代中的连续辅助选择,获得了3个组合的BC4F1及3个组合的BC6F2代群体,为选育抗稻瘟病新品种打下了基础。     

云南地方品种子预44中一个新的抗稻瘟病基因的定位

【目的】子预44是具有广谱持久稻瘟病抗性的云南地方粳稻品种。为了揭示子预44广谱持久抗瘟机制并在抗稻瘟病育种中进行有效利用,【方法】利用江南香糯与子预44杂交构建的遗传群体及分离自云南罗平的稻瘟病菌株LP36进行子预44的抗性遗传分析和抗性基因定位。【结果】子预44对LP36的抗性为单显性基因控制,暂定名为Pi-zy4(t),它位于水稻第4染色体长臂上SSR标记RM5503与RM3276之间约318 kb区间内。【结论】Pi-zy4(t)为新的抗稻瘟病基因。研究结果为子预44的育种利用和Pi-zy4(t)基因的克隆提供了重要信息。     

Pigm特异性选择标记的开发及其在粳稻穗颈瘟抗性育种中的利用

【目的】Pigm是一个广谱的稻瘟病抗性基因,源自持久抗性品种谷梅4号,与Piz、Piz-t、Pi2、Pi9和Pi40等互为复等位基因但抗谱存在差异。为了更好地在分子辅助选择育种中利用Pigm基因,开发与Pigm特异性标记具有重要意义。【方法】在已有文献报道定位结果的基础上,通过随机测序获得了一段谷梅4号基因组的特异序列,并据此开发了一组用于筛选Pigm基因的分子标记,进一步选取江淮稻区3个不同生态型代表性粳稻品种作为受体,利用分子标记辅助选择结合对抗性基因的背景检测将Pigm基因导入受体品种。【结果】Pigm-4标记位于Pigm基因簇内部,与抗病功能元件PigmR紧密连锁,对不同类型的品种检测发现该标记特异性强,且利用该标记可将Pigm与Piz、Piz-t、Pi2、Pi9以及Pi40区分开来。对受体亲本稻瘟病抗性基因的检测和接种结果分析发现江淮稻区粳稻品种虽然携带了Pib、Pi54、Pita、Pb1中的2~3个基因,但是对强毒力的稻瘟病小种抗性普遍不强,而3种代表性粳稻背景下导入Pigm基因均可显著提高其对穗颈瘟的抗性水平。【结论】Pigm可以作为抗稻瘟病粳稻育种的有利基因资源加以利用,而Pigm-4是分子标记辅助筛选Pigm的优异标记。     

籼型水稻中稻瘟病抗性基因分布及抗性研究

稻瘟病严重威胁着水稻的安全生产。目前,培育抗性品种是控制稻瘟病危害最经济有效的途径之一。本研究利用11个主效稻瘟病抗性(R)基因(Pi2、Piz-t、Pi9、Pi54、Pik-m、Pid3、Pib、Pit、Pi5、Ptr和Pita)的分子标记对48个常规稻、15个不育系和129个杂交稻进行了检测。结果表明,在常规稻中,Ptr和Pi5的分布频率均为35.42%,Pib、Pi2、Piz-t、Pit的分布频率介于20.0%~30.0%之间,其余均在15%以下;在不育系中,Pita的分布频率为40.0%,其余均在20%以下;杂交稻中,Pita、Pib、Pi54、Ptr和Pi5的分布频率在40.31%~55.04%之间,其余均在20%以下;Pita在各个品系中均广泛存在,频率介于35.42%~51.16%。田间抗性评价表明,R基因较多的品种具有较高的抗性。综上所述,在参试的水稻材料中,不育系中存在抗性基因较少,所有类型材料中广谱抗性基因分布较少,抗性基因聚合可以有效提高稻瘟病田间抗性。     

抗稻瘟病基因Pi9的STS连锁标记开发及在分子标记辅助育种中的应用

利用带有广谱抗稻瘟病基因Pi9的籼稻品系75-1-127作为抗病基因供体亲本,用于扬稻6号和R6547抗病性的回交育种。通过比较75-1-127、扬稻6号和日本晴的Pi9基因位点的DNA序列,开发出了与Pi9基因紧密连锁的共显性STS(序列标记位点)标记PB9-1,用于Pi9基因的分子标记辅助选择。结合田间农艺性状选择和分子标记辅助选择,培育出8个Pi9基因纯合的回交后代株系。其中,具有扬稻6号和R6547遗传背景的株系各4个。经湖北恩施和宜昌的病圃鉴定,携带有抗病基因株系的稻瘟病抗性水平较受体品种扬稻6号和R6547有不同程度的提高。具有R6547遗传背景的株系08C893配制的杂交组合在上述病区的抗性表现也明显优于对照品种扬两优6号。上述结果说明,共显性标记PB9-1在Pi9抗稻瘟病基因分子标记辅助育种中具有应用价值,并且Pi9基因作为稻瘟病抗源之一可以在湖北稻区进行有效利用。     

太湖流域粳稻地方品种黑壳子粳抗稻瘟病基因的分子定位

以广谱、高抗稻瘟病的太湖流域粳稻地方品种黑壳子粳与感病品种苏御糯杂交,产生F1、F2、F2∶3及F5∶6重组自交系群体,用日本稻瘟病鉴别菌系北1接种鉴定。黑壳子粳对北1的抗性是由1对显性主效基因控制的,定名为Pi hk1(t) 。根据不同杂交世代群体对北1的抗、感反应,结合SSR分子标记,将黑壳子粳中的Pi hk1(t) 基因定位在水稻第11染色体长臂末端,与RM7654和RM27381两个标记的遗传距离分别为0.9 cM和1.6 cM。     

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。     

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。     

利用分子标记技术聚合3个稻瘟病基因改良金23B的稻瘟病抗性

以C101LAC和C101A51为稻瘟病抗性基因的供体亲本,金23B为受体亲本,通过杂交、复交及一次回交,在分离世代,利用分子标记辅助选择技术结合特异稻瘟病菌株接种鉴定和农艺性状筛选,获得6个导入Pi 1、Pi 2和Pi 33基因的金23B导入系,其中导入系W1对稻瘟病的抗病频率为96.7%,明显高于携带单个基因的C104LAC（Pi 1）、C101A51（Pi 2）和北京糯（Pi 33）。基因聚合后抗病频率提高,说明基因聚合是培育稻瘟病持久抗性的有效方法之一。