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'...     

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。     

水稻抗稻瘟病基因Pi47的精细定位和候选基因分析

不断挖掘和克隆抗稻瘟病新基因, 是解析水稻抗病分子遗传机制和培育抗稻瘟病新品种的重要基础。Pi47是笔者从广谱、持久抗稻瘟病湖南地方品种湘资3150中鉴定的稻瘟病抗性基因, 前期研究将其初步定位于第11染色体标记RM224和RM5926间。本研究利用3个Pi47单基因系与感病亲本CO39杂交F₂群体1687个感病单株对Pi47精细定位, 利用6个STS标记对3个单基因系进行背景分析, 采用生物信息学方法进行了候选基因分析。结果表明, Pi47被精细定位于CAPS标记S32与K33间0.24 cM区域的171.2 kb物理区间内, 背景分析将Pi47进一步缩小至SC12和K33间67.8 kb的区间内; 该区间含有8个结构基因, 其中2个编码NBS-LRR抗病类似蛋白, 为Pi47的候选功能基因。稻瘟菌抗谱比较分析发现, Pi47单基因系与其定位区间内4个Pik位点的等位基因Pik、Pikm、Pikh和Pikp的近等基因系抗谱不同。这些结果为进一步克隆Pi47和利用其进行分子标记辅助选择培育抗稻瘟病水稻新品种奠定了基础。     

MAS育种改良籼稻恢复系R747及其杂交种稻瘟病抗性

为了改良籼稻恢复系R747及其杂交种的稻瘟病抗性,以携带广谱抗稻瘟病基因Pi9的籼稻品系75-1-127为供体亲本,以R747为受体及轮回亲本,利用Pi9基因内功能标记,开展分子标记辅助选择育种实践。获得了如下主要结果:室内接种试验表明,75-1-127与R747对来自国内外不同稻区的24份稻瘟菌菌株的抗菌谱差异显著,抗性频率分别为91.7%和41.7%,两亲本在田间自然病圃苗瘟抗性表现分别为高抗和高感;根据Pi9基因序列信息开发了一个共显性多态标记SPL-1,该标记在75-1-127和R747基因组中分别扩增出一条745 bp和一条850 bp的条带,标记基因型对稻瘟病抗感表型的选择效率为100%;从BC6F3株系中遴选出一个高抗苗瘟的改良恢复系R747-Pi9,并用它与不育系培矮64S、P88S和桃1A分别配制出高抗稻瘟病的杂交种;利用分布于水稻全基因组不同位点的220个SSR标记,分析了改良抗病恢复系R747-Pi9与受体亲本R747的遗传背景差异,结果表明R747-Pi9对R747的背景回复率为0.94。本研究通过分子标记辅助选择和连续回交育种,成功定向改良了恢复系R747及其杂交种的稻瘟病抗性。     

有效去除农杆菌和籼稻转化系统优化

为了提高根农杆菌籼稻转化效率，将修饰的豇豆胰蛋白酶抑制剂基因sck和潮霉素磷酸转移酶基因hpt：分别置于紧密相连的2个T-DNA上，构建载体pCDMARUSCK-HPT，电激法将表达载体转化农杆菌LBA4404．获得工程菌。比较了提门叮和国产噻孢霉素对工程菌LBA4404．的抑制效果，试验得出提门叮在500mg／L以内比噻孢霉素能更有效地去除水稻细胞中的农杆菌，而且低浓度条件下(250mg／L)就能有效地抑制工程菌LBA4404，并且有利于水稻转化细胞成功地再生植株。确立了工程菌LBA4404菌液浓度OD值0．8，浸染时间5min为明恢86合适的转化参数。在此基础上，采用优化的农杆菌介导法转化杂交籼稻优良恢复系明恢86，获得转基因植株127个克隆，转化效率4．5％。     

水稻抗稻瘟病基因Pi2特异分子标记的开发与应用

稻瘟病是水稻最严重的病害之一,利用抗病基因选育抗病品种可以安全有效地防治稻瘟病.分子标记辅助选择(marker-assisted selection,MAS)技术可实现快速精准地定向培育含抗稻瘟病基因的抗性品种,但针对不同遗传背景育种材料开发设计特异性的分子标记是MAS育种的重要基础.广谱抗稻瘟病基因Pi2已被证明高抗...     

广谱稻瘟病抗性基因Pigm和Pi2的抗谱差异及与Pi1的互作效应

Pigm是Pi2基因簇的等位或紧密连锁基因。本研究构建了4个不同遗传背景下Pigm和Pi2的系列近等基因系,204个菌株苗期接种结果显示其抗性频率均超过70%,但Pigm和Pi2的抗谱重叠度仅为54.4%~65.7%,聚合Pi1/Pigm和Pi1/Pi2杂种的抗性频率均超过90%。穗瘟人工接种及病圃自然诱发鉴定表现与苗期接种一致的发病趋势。农艺性状调查结果显示获得的近等基因系与其轮回亲本基本相似,存在较少的累赘连锁。表明Pigm是一个与Pi2抗谱差异明显的广谱抗性基因,对稻瘟病抗性育种具有重要应用价值。     

稻瘟病新抗性基因Pi39候选基因CRISPR/Cas9敲除载体的构建

Pi39是位于水稻第12染色体上的稻瘟病新抗性基因,为了明确其功能,本研究利用CRISPR/Cas9系统构建候选基因的敲除载体。通过对候选基因序列分析,将合成的靶位点序列插入入门载体pENTR-sgRNA,再与表达载体Cas9发生重组。本研究首先在候选基因的第一个外显子区域找到了2个带有PAM序列的靶位点,将2个目的小片段依次克隆到pENTR-sgRNA载体上。通过菌落PCR检测及测序,结果表明目的小片段插入位置正确。将入门载体与表达载体进行重组反应后,阳性克隆经菌落PCR和质粒DNA酶切鉴定并测序,结果表明重组载体构建成功。本研究利用CRISPR/Cas9系统构建敲除载体操作简单,耗时短,为进一步开展Pi39候选基因的功能研究奠定了基础。     

空间诱变水稻品系T2的稻瘟病抗性分析及抗病基因定位

为了弄清水稻空间诱变稻瘟病抗性变异遗传机理,以一个空间诱变抗稻瘟病突变体T2为研究对象,采取抗谱测定,遗传分析及基因定位等方法,结果发现:2013年晚造T2抗谱达到90.6%,高于部分广东主栽品种;遗传分析表明,其对GD0193的抗性由1个显性主效基因控制,暂命名为PiTH;并通过SSR和InDel标记将该基因定位于水稻11号染色体SSR标记T5与InDel标记K10之间约1.63cM的遗传区域内。目前,该位点包含Pik抗病基因簇,因抗性差异,PiTH可能为该位点一新基因。     

利用与抗稻瘟病基因Pi1连锁的MRG4766标记鉴定173份云南地方稻种

稻瘟病是世界上危害最严重的水稻病害之一,鉴定与发掘抗稻瘟病种质资源是抗稻瘟病育种的重要基础工作。本研究利用与抗稻瘟病基因Pi1连锁的SSR引物MRG4766对173份云南地方稻种抗性基因Pi1进行了检测,并选择其中30个材料进行了人工接种验证。结果表明,人工接种验证与分子鉴定结果完全相符,说明SSR引物MRG4766用于鉴定抗稻瘟病基因Pi1是可行的。分子标记检测表明,供试的173份材料中有64份含有抗稻瘟病基因Pi1,占36.99%;其中102份籼稻中有33份含有该基因,占32.35%,而71份粳稻中有31份含有该基因,占43.66%,粳稻含有抗稻瘟病基因Pi1的比例比籼稻要高。检测到含有Pi1基因的种质材料分布在云南省11个州市29个县(市),分布范围较为广泛。南部边缘水陆稻区分布频率为41.03%,滇南单双季籼稻区分布频率为32.69%,滇中一季粳稻籼稻区分布频率为35.29%、滇东北高原粳稻区为35.29%、滇西北高原粳稻区33.33%。     

水稻稻瘟病抗病基因Pi63顺式作用元件的载体构建

水稻稻瘟病抗性基因Pi63具有良好的田间抗性,且抗性与其表达量成正相关,但Pi63表达的调控机制尚未得到研究。为了研究Pi63的抗性机理,通过对Pi63启动子区域顺式作用元件的生物信息学分析,分段构建了4个含有不同顺式作用元件的缺失体,将上述缺失体转入植物双元表达载体pCAMBIA1391Z中。菌落PCR以及质粒DNA酶切鉴定后,经测序进一步确认。结果表明：以上4个缺失体载体构建成功。本研究为进一步研究启动子中不同顺式作用元件对于Pi63基因稻瘟病抗性的影响以及Pi63基因的表达特性奠定了基础。     

水稻抗稻瘟病基因Pi-ta的分子标记辅助选择

利用已建立的水稻抗稻瘟病基因Pi-ta显性分子标记对30个品系和157个来自不同国家的一些水稻品种进行分子鉴定,并采用稻瘟病菌菌株ZN57（IC-17）和ZN61（IB-49）人工接种试验进行致病性测试。结果表明,大部分品系和少数水稻品种含抗病基因Pi-ta,且对稻瘟病菌菌株ZN57和ZN61表现抗病反应。除此之外,利用两对显性分子标记YL1     

水稻稻瘟病抗性鉴定及其评价标准初探

为鉴定不同生态区水稻品种稻瘟病抗性情况,并寻求一种能快速评价稻瘟病发病指标标准,以72个水稻品种(品系)为抗性鉴定材料,采用塑料大棚人工喷雾和病株样本大棚自然诱发相结合的方法进行鉴定。在供试的72个水稻品种或品系中,抗病能力较强的水稻品种有17个,即叶瘟病情指数在0~2之间;其余品种或品系发病较重,叶瘟病情指数大于30,有的甚至全部死亡。苗期不发病的品种,到成熟期也有可能感穗颈瘟;普通型叶瘟发生的品种,移入大田后可逆转为不发病品种;急性型叶瘟发生的品种,到返青期死亡率达90%以上。苗瘟、叶瘟和穗颈瘟不存在显著的相关关系,急性型叶瘟可作为苗期鉴定水稻稻瘟病发生的评价指标标准。     

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。