水稻稻瘟病抗性变化及抗性基因克隆的研究进展

种植抗性品种是预防水稻稻瘟病最有效、最经济和环保的方式之一。目前农业生产上推广种植的抗病品种在数年内抗性减弱,甚至丢失,这可能与寄主体内的抗性基因丧失或相对应的无毒基因发生变异有关。本文综述了稻瘟病菌的致病机理、稻瘟病菌发生变异的原因、稻瘟病菌无毒基因发现与克隆以及稻瘟病的相关防治策略,以期为稻瘟病防治提供理论基础。     

稻瘟病菌效应蛋白与水稻互作研究现状及展望

水稻是世界上最重要的粮食作物之一，水稻安全生产关乎食品安全问题。由稻瘟病菌引起的稻瘟病是一种世界性的真菌病害，给水稻生产造成严重损失。相较于药物防治，抗病品种的培育与应用是控制该病害最为经济有效的方法。然而，田间稻瘟病菌群体复杂多样、杀菌剂过量施用、气候环境变化等因素造成小种变异迅速，品种的抗性往往只能维持 3~5 年。稻瘟病菌通过无毒基因的变异产生新的生理小种，逃逸或抑制水稻的免疫系统，实现侵染致病。目前已在稻瘟菌中鉴定出 26 个无毒基因，其中 14 个已被克隆，其在病原菌的侵染、定殖和干扰寄主免疫反应过程中发挥重要作用，稻瘟菌效应蛋白和水稻抗性蛋白的互作分子机理研究也不断深入。研究稻瘟菌的致病机理及其与水稻互作的分子机制有助于更好地理解病原菌的作用途径和植物抗病基因响应的免疫反应，以制定更高效、绿色的防治措施。本文综述了近年来稻瘟病菌效应蛋白在水稻细胞转运和分泌的过程、效应蛋白与抗病蛋白互作的研究进展和效应蛋白的区域性分布，讨论和展望了当前研究面临的机遇和 挑战，以期为水稻与稻瘟病菌互作的分子机理研究、抗病育种及病害防控策略提供借鉴。     

无毒基因在不同寄主梨孢菌中的变异研究

梨孢菌除侵染水稻外,还可侵染禾本科和莎草科等多种植物,已有研究表明稻区草类寄主的梨孢菌与稻瘟病的发生有关。无毒基因在水稻—稻瘟病菌互作系统中扮演了重要角色,并且无毒基因经常发生变异,可以利用无毒基因变异的特性来研究梨孢菌群体的遗传多样性。对35株草类寄主的梨孢菌进行系统进化分析,这些菌株被分为两类,一类是寄主为马唐的菌株,另一类是寄主为牛筋草和狗尾草的菌株。筛选了27对无毒基因引物,对这些草类寄主梨孢菌进行扩增,结果表明无毒基因在这些菌株中的变异类型有完全缺失、插入、不完全缺失、多位点,其中完全缺失为主要的变异类型。进一步对无毒基因的扩出率进行统计,结果表明,供试菌株中没有菌株同时含有所有已克隆的无毒基因,此外,所有供试菌株均没有AVR-Pik/km/kp,PWL3和PWL4基因,以马唐为寄主的菌株中没有ACE1,AVRPiz-t,AVR-Pita1和PWL1;以牛筋草为寄主的菌株中没有AVR-Pia,AVR-Pita1,AVR-Pita2和PWL2;以狗尾草为寄主的菌株中没有AVR-Pii,AVR-Pia,PWL1和PWL2。     

黑龙江省稻瘟病菌无毒基因AVR-Pib、AVR-Pik和AvrPiz-t的检测与分析

【目的】检测黑龙江省稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）无毒基因AVR-Pib、AVR-Pik和AvrPiz-t在不同地区、年份间流行菌株的分布情况与变异机制,了解其等位基因的致病表型,为黑龙江省抗瘟品种布局提供参考依据。【方法】利用NCBI中公布的无毒基因序列对3个无毒基因AVR-Pib、AVR-Pik和AvrPiz-t的基因全长和编码序列（coding sequence,CDS）分别设计特异性引物,将2016年和2017年采自黑龙江省不同地区335个稻瘟病菌单孢分离菌株的DNA进行PCR扩增,通过琼脂糖凝胶电泳检测分析,并挑选不同带型和不同地区代表菌株的PCR产物进行测序。测序结果与相应无毒基因序列进行碱基与氨基酸序列的比较分析,并利用水稻抗性单基因系,对不同变异类型的稻瘟病菌菌株进行致病型测定。【结果】在PCR电泳检测中AVR-Pib、AVR-Pik和AvrPiz-t均出现特异性条带,说明这3个无毒基因在黑龙江省均有分布,并以不同分布频率与突变类型出现。3个无毒基因平均扩增频率分别为75.52％、87.16％和85.67％。其中AVR-Pib通过电泳检测与PCR产物测序检测出4种带型（无带、高带、中高带与低带）和5种变异类型AVR-Pib（1-1、1-2、2、3、3-1）,基因型AVR-Pib-1-1、AVR-Pib-1-2、AVR-Pib-2和AVR-Pib-3-1为新发现的变异类型,其中基因型AVR-Pib-1-1和AVR-Pib-1-2均为转座子Pot2的插入,但插入位点不同;基因型AVR-Pib-2在阅读框上游存在小片段的插入;基因型AVR-Pib-3-1碱基序列与原序列比对有4处差异,即32（C/G）35（T/A）36（T/A）38（T/A）,导致氨基酸翻译提前终止。对检测到的5种等位基因型进行致病型测定,分析发现除正常基因型AVR-Pib-3外,其他变异基因型无毒功能均已丧失。而AVR-Pik经PCR产物测序检测出7种等位基因型,AVR-Pik（D、A、B、C、E、F、F2）,碱基序列的变化均导致氨基酸错义突变,7种等位基因型均已见报道。无毒基因AvrPiz-t通过电泳检测和PCR产物测序分析,发现2种带型（高带和正常带型）与4种基因型AvrPiz-t（A、B、C、D）,其中AvrPiz-t-A为正常基因型;基因型AvrPiz-t-B在191位处有碱基A的插入,导致氨基酸翻译提前终止;基因型AvrPiz-t-C为新发现的等位基因型,其特点在于与A类型存在17（T/C）和19位处碱基C的插入,发生移码突变翻译提前终止;高带型对应的无毒基因型AvrPiz-t-D经测序验证为Pot3转座子的插入。4种基因型菌株分别接种水稻单基因系发现,AvrPiz-t-A可以被Piz-t识别表现无毒,AvrPiz-t（B、C、D）均不能被Piz-t所识别而表现为有毒性。【结论】黑龙江省稻瘟病菌无毒基因AVR-Pib、AVR-Pik和AvrPiz-t分布较为广泛,且变异类型丰富,研究结果可为选育和推广携带相应抗病基因的水稻品种提供参考。     

PWL基因家族在稻瘟病菌中的分布及变异初探

PWL寄主特异性无毒基因家族是稻瘟病菌无毒基因中一个重要的类群,了解PWL家族成员在稻瘟病菌中的分布和变异对稻瘟病菌群体遗传多样性的研究具有重要价值。研究通过设计23对引物对PWL家族成员进行分布和变异分析,结果筛选到12对引物有特异性扩增结果。扩增结果表明PWL家族基因的主要变异为缺失,试验结果表明,PWL1基因仅存在于牛筋草来源的稻瘟菌菌株中存在,而在分离于水稻的稻瘟病菌中表现为完全缺失;与此相反,PWL2基因则仅在水稻来源的菌株中存在。而插入变异仅存在于部分菌株PWL4基因的上游区域。结果还表明PWL家族成员在稻瘟病菌中具有丰富的的扩增多态性,对稻瘟病菌群体遗传多样性的研究具有重要价值。     

辽宁省稻瘟病菌无毒基因型鉴定及分析

【目的】鉴定稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）的无毒基因型,了解无毒基因在不同地区流行菌株中的分布情况,为品种布局提供参考。【方法】根据已经克隆且与稻瘟病菌致病性相关的6个无毒基因序列设计引物,选取辽宁省稻瘟病常发区的26株稻瘟病菌单孢菌株,提取各菌株DNA样本作为模板,进行PCR扩增。通过琼脂糖凝胶电泳及PCR产物测序,对6个无毒基因PCR产物进行碱基和氨基酸序列的分析比较。对琼脂糖凝胶电泳未出条带的,设计不同引物进行验证性试验。【结果】在PCR产物电泳检测中,Avr1-CO39、Avr-pia和Avr-pii没有产物条带,对这3个无毒基因设计验证引物,其PCR产物电泳检测仍没有条带出现,其结果证明辽宁省各水稻主产区流行稻瘟病菌中多不携带Avr1-CO39、Avr-pia和Avr-pii;对于其他3个无毒基因 AvrPiz-t、Avr-pik和Avr-pita则有特异性扩增产物,说明这3个无毒基因在各稻区稻瘟病菌中以不同突变类型及不同频率出现。其中,与Pi2、Pi9和Piz-t对应的AvrPiz-t,分别在22个菌株的中被检测到,且有21个菌株的序列与其序列一致,说明该基因遗传相对稳定,也间接证明携带Pi2、Pi9和Piz-t 的水稻品种在辽宁地区的广谱抗性;与基因组序列不同的16号菌株,在DNA序列192 bp处发生一个单碱基C的缺失,从而导致移码突变,且碱基突变导致氨基酸序列至72位氨基酸时提前终止,而使该基因编码的蛋白质失去无毒基因的功能。与Pik、Pik-p、Pik-m和pik-s对应的Avr-pik,电泳检测结果表明各菌株均有特异性条带出现,经测序验证等位基因序列分为4种类型（B、D、F、G）,其中12个菌株携带可为Pik或其等位基因Pik-m和pik-p所识别的D类型;9个菌株携带B类型,该等位基因曾被报道,但是否具有无毒基因的功能仍未验证;另有2个菌株携带F类型等位基因,该基因为首次发现,并分别出现在丹东和盘锦地区。其特点在于与D类型基因间存在143（A/G）的碱基差异,氨基酸序列翻译结果显示其为错义突变,即48（G/D）;而其余3个菌株携带G类型等位基因,该基因亦属首次发现,且仅出现在抚顺新宾地区,碱基序列与D类型存在168（G/A）的差异,导致翻译提前终止,基因功能丧失。对于Avr-pita,26个菌株特异性扩增产物一致,但测序检测到5种等位基因类型,且均与Avr-pita有差异,碱基序列的变化多导致错义突变。这5种等位基因的氨基酸序列之间差异由3个氨基酸位点的差异所致,分别为83（D/N）、192（Y/C）和207（K/R）,3处突变均在基因结构域范围内,几种等位基因均已见报道。【结论】辽宁稻区流行稻瘟病菌中Avr-pik、AvrPiz-t和Avr-pita分布较为广泛,选育及推广携带相应抗病基因的水稻品种可减轻稻瘟病的危害。     

水稻与稻瘟病菌互作机制研究进展

水稻-稻瘟病菌互作已成为研究植物与病原物互作的模式系统,本文从稻瘟病菌侵入机制、效应分子功能、水稻抗稻瘟病免疫系统及抗病基因和无毒基因的互作等方面对水稻与稻瘟病菌互作机制研究进展进行了综述,并对有待进一步研究的问题进行了讨论和展望。     

源于广8 A杂交稻组合的稻瘟病菌无毒基因型分析

【目的】分析源于广8 A杂交稻组合的稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)无毒基因型,为华南不同主栽抗病水稻品种的合理布局提供参考依据。【方法】利用抗稻瘟病单基因系,对稻瘟病菌单孢分离菌株进行致病型测定;并根据已克隆的且与稻瘟病菌致病性相关的8个无毒基因功能性分子标记进行分离菌株的无毒基因型分析。选取分离自广8 A杂交稻组合的27个稻瘟病菌单孢菌株,提取各菌株的菌丝体DNA作为模板,进行PCR扩增及琼脂糖凝胶电泳检测。并对其中的7个稻瘟病菌菌株进行相应无毒基因全长或CDS区域的PCR产物测序,将测序序列与相应无毒菌株的无毒基因序列进行比较分析。【结果】所测定的菌株对其中的5个单基因系IRBLkh-K3(Pikh)、IRBLb-B(Pib)、IRBLz5-CA(Pi2)、NIL-e1(Pi50)和IRBL9-W(Pi9)表现高的无毒性频率(85%),所有菌株对单基因系IRBL9-W(Pi9)和NIL-e1(Pi50)都表现无毒;这些菌株对其中的7个单基因系表现较低的无毒性频率(20%),包括IRBLks-F5(Piks)、IRBLa-A(Pia)和IRBL19-A(Pi19)等,表明分离自广8 A杂交稻组合的稻瘟病菌对不同的单基因系表现出不同的致病型。所有菌株都被检测出含无毒基因AvrPi9和AvrPik,并可检测到无毒基因AvrPik的2种类型:AvrPik-D型和AvrPik-E型,但未检测出无毒基因Avr1-CO39、AvrPii和AvrPia。在部分菌株中能检测到无毒基因AvrPiz-t、AvrPib和AvrPita预期大小的产物,但在所检测的菌株中均以较低的频率与不同的突变类型出现。对GD13-621、GD14-349与GD15-291等7个菌株分别进行相应无毒基因的PCR产物测序,AvrPi9、AvrPita及AvrPiz-t的基因序列与其各自无毒菌株的无毒基因序列完全一致,表明分离菌株中这3个无毒基因的基因结构相对稳定。测序菌株的AvrPib基因序列与已报道的AvrPib无毒菌株的序列在基因的上游区域存在2个SNP的差异及3个连续碱基的插入,具有较丰富的多样性;6个测序菌株的AvrPik基因序列高度一致,仅在编码区存在1个SNP的差异即136(C/A),该位点SNP的变异导致氨基酸的错义突变46(H/N),表现为菌株携带AvrPik-D或AvrPik-E型。【结论】在华南主栽品种广8 A杂交稻组合上分离的稻瘟病菌中AvrPi9和AvrPik分布较为广泛,在上述品种感病区域,可选用含Pi9和Pik的抗病品种作为轮换种植。     

黑龙江省和海南省稻瘟病菌中AVR-Pita家族的分布及变异分析

【目的】通过检测黑龙江省和海南省不同稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)菌株群体中AVR-Pita家族的分布情况和变异特征，了解其变异类型的致病表型，为区域内抗病种质的筛选与选育提供参考。【方法】通过参考NCBI中公布的AVR-Pita家族序列分别对启动子区和CDS区设计特异性引物共6对，对2020年采自黑龙江省和海南省不同地区的397个稻瘟病菌单孢菌株提取DNA，进行PCR扩增。通过电泳检测结果，分别选取囊括不同地区的代表菌株对扩增片段进行测序。测序结果与NCBI中相应的碱基与氨基酸序列进行比较分析，并利用水稻抗性单基因系，对不同变异类型的稻瘟病菌菌株进行无毒功能验证。【结果】在PCR电泳检测结果中，黑龙江省稻瘟病菌菌株携带所有待测基因，分布广泛且检出频率较高；而海南省稻瘟病菌菌株中仅携带AVR-Pita1和AVR-Pita2，并以低频率集中存在。无毒基因组成分析结果显示，黑龙江稻区的稻瘟病菌菌株复杂多样，携带的基因型种类较海南菌株丰富。PCR产物测序检测结果显示，AVR-Pita家族以点突变、插入和缺失为主要变异类型划分为19种,且不同稻瘟病菌群体来源的菌株，其变异类型...     

黑龙江省水稻稻瘟病研究现状及抗病育种

对黑龙江省水稻稻瘟病的研究进展情况进行综述,着重在稻瘟病优势生理小种的变化动态、抗性基因、无毒基因、抗病品种研究等方面进行了总结,并简要提出了黑龙江省稻瘟病研究及抗病育种的未来发展方向。     

稻瘟病菌生理小种多变性及稳定化选择的重要性

扼要综述了水稻稻瘟病菌Magnaporthe grisea的多变性及稻瘟病菌的致病性变异途径：突变、准性生殖、异核现象和有性杂交。另外，特别强调了寄主稳定化选择对维持自然界病菌群体相对稳定的重要性。并针对稻瘟病菌变异频率高低的两种对立观点及水稻抗稻瘟病育种提出了看法和建议。     

辽宁地区粳稻品种抗稻瘟病基因Pita的等位基因类型及其功能研究

Pita是最早被定位的抗稻瘟病基因之一,并广泛应用于世界各稻区的抗稻瘟病品种选育中。研究不同地区水稻品种中Pita等位基因的类型及其对田间流行病原菌的抗性对于水稻抗病育种具重要意义。本研究选用17份辽宁地区粳稻品种,通过对供试材料的Pita等位基因进行测序,发现该基因在这些品种中只有两种类型(Pita-A,Pita-B),他们之间存在7个单碱基突变(SNP),未发现插入缺失突变,这些突变导致5个氨基酸发生变化,没有导致基因表达的提前终止;通过人工接种鉴定,发现含有Pita-A的水稻抗病率仅为20%,而含有Pita-B的水稻抗病率高达70%,表明Pita-B对辽宁地区稻瘟病菌具一定抗病性,但当将Pita-B克隆并转化于感病品种辽星1号时,转基因T0代植株对同样的病原菌仍表现感病,进而表明单独携带Pita抗病基因的水稻品种对辽宁地区稻瘟病菌抗性较差,在进行抗病品种选育时,需与其它基因聚合使用,以提高品种的广谱抗性。     

稻瘟病菌八个组合后代菌株对楚粳3号的致病性遗传分析

 报道了利用8个稻瘟病菌杂交组合的后代菌株在云南水稻品种楚粳3号上的致病分离,分析稻瘟病菌94-64-1b对该品种所持有的无毒基因的研究结果。结果表明,94-64-1b 对楚粳3号持有的两个无毒基因,在自交后代中,发生了两基因的分离,在两次自交后,子囊孢子菌株中出现了持有单个无毒基因的菌株。根据基因对基因学说,说明水稻品种楚粳3号对菌株94-64-1b持有两个抗病基因。     

水稻稻瘟病菌研究进展

介绍了稻瘟病菌生理小种的鉴别与命名,稻瘟病菌的侵染机理、变异原因和基因研究概况;指出在稻瘟病菌鉴别品种、侵染机理和无毒基因研究中存在的问题;提出培育国际统一使用的稻瘟病菌鉴别品种、加强稻瘟病菌对水稻地上部组织外的其他侵染途径以及稻瘟病菌无毒基因的研究等策略,以深化对稻瘟病的研究,使稻瘟病的系统研究得到快速发展。     

水稻稻瘟病抗病基因的克隆

水稻是重要的粮食作物,稻瘟病严重影响水稻的产量和品质。实践证明,培育和合理利用抗病品种是控制该病害最经济有效和对环境最安全的途径。然而,往往具有单一抗病基因的水稻品种在广泛种植一段时间以后就丧失了抗病性。因此,对稻瘟病的防治一般从两方面着手,一方面需不断地发掘和创造新抗原;另一方面,抗病基因是植物-病原物互作中的一个关键因子,克隆抗病基因是研究植物抗病机制、揭示植物-病原物互作机理和了解寄主与病原菌共进化规律的基础,为控制和防治该病害提供全新的理论与途径。     

水稻稻瘟病菌研究进展

介绍了稻瘟病菌生理小种的鉴别与命名,稻瘟病菌的侵染机理、变异原因和基因研究概况;指出在稻瘟病菌鉴别品种、侵染机理和无毒基因研究中存在的问题;提出培育国际统一使用的稻瘟病菌鉴别品种、加强稻瘟病菌对水稻地上部组织外的其他侵染途径以及稻瘟病菌无毒基因的研究等策略,以深化对稻瘟病的研究,使稻瘟病的系统研究得到快速发展.     

黑龙江省稻瘟病菌生理小种演变与抗瘟育种对策

<正>1稻瘟病菌致病性变异的机制对于稻瘟病菌致病性变异产生的原因主要有以下8个方面:1有性杂交;2异核作用;3位置效应,有研究显示,基因在染色体上位置的不同而使病原菌致病能力不同;4同源重组;5转座子的转移,转座子的转移会导致染色体缺失、插入、倒位、重复和移位;6突变,病菌的致病性也可能是突变的结果;7寄主定向选择;8迁移,稻瘟病菌通过风媒介或感病材料的移动而发生迁移。     

Physiological differentiation of rice blast fungus and their toxicity to four rice cultivars

[目的]研究广西桂北、桂南、桂中、沿海及右江河谷等稻瘟病偏重发生的部分县(市)稻瘟病菌生理分化、无毒基因类型和出现频率,为水稻品种合理布局和稻瘟病持续控制提供理论依据.[方法]以7个中国稻瘟病鉴别品种和4个单基因水稻品种为试验材料,对从广西5个县(市)稻瘟病样本中分离获得的104个稻瘟病菌株进行生理分化和致病性测定.[结果]供试的104个稻瘟病单孢菌株分属于6个群(ZA、ZB、ZC、ZD、ZE、ZG),共24个生理小种,其中优势种群为ZB群,优势小种为ZB群1、9和15号小种.104个稻瘟病菌株在4个单基因水稻品种的毒性频率分别为89.42％、55.77％、82.69％和72.12％,相应的无毒基因频率分别为10.58％、44.23％、17.31％和27.88％.来自全州县、鹿寨县、合浦县、平果县和桂平市的104个稻瘟病菌株所含的无毒基因类型基本一致,都包含有对Pi-a、Pi-ta、Pi-b、Pi-k等4个抗性基因的无毒基因类型,各地出现的无毒基因频率有一定差异.[结论]广西田间稻瘟病菌群体结构复杂、生理小种数量大是水稻品种抗病性容易丧失的主要原因;来自广西不同地区的稻瘟病菌株间无毒基因出现频率有差异,含有抗病基因Pi-b的水稻品种比含有抗病基因Pi-ta、Pi-a和Pi-k的水稻品种对于稻瘟病有更强的抵抗能力,具有较高的应用价值.     

广西稻瘟病菌生理分化及对4个水稻品种的毒性测定

[目的]研究广西桂北、桂南、桂中、沿海及右江河谷等稻瘟病偏重发生的部分县(市)稻瘟病菌生理分化、无毒基因类型和出现频率,为水稻品种合理布局和稻瘟病持续控制提供理论依据.[方法]以7个中国稻瘟病鉴别品种和4个单基因水稻品种为试验材料,对从广西5个县(市)稻瘟病样本中分离获得的104个稻瘟病菌株进行生理分化和致病性测定.[结果]供试的104个稻瘟病单孢菌株分属于6个群(ZA、ZB、ZC、ZD、ZE、ZG),共24个生理小种,其中优势种群为ZB群,优势小种为ZB群1、9和15号小种.104个稻瘟病菌株在4个单基因水稻品种的毒性频率分别为89.42%、55.77%、82.69%和72.12%,相应的无毒基因频率分别为10.58%、44.23%、17.31%和27.88%.来自全州县、鹿寨县、合浦县、平果县和桂平市的104个稻瘟病菌株所含的无毒基因类型基本一致,都包含有对Pi-a、Pi-ta、Pi-b、Pi-k等4个抗性基因的无毒基因类型,各地出现的无毒基因频率有一定差异.[结论]广西田间稻瘟病菌群体结构复杂、生理小种数量大是水稻品种抗病性容易丧失的主要原因;来自广西不同地区的稻瘟病菌株间无毒基因出现频率有差异,含有抗病基因Pi-b的水稻品种比含有抗病基因Pi-ta、Pi-a和Pi-k的水稻品种对于稻瘟病有更强的抵抗能力,具有较高的应用价值.     

水稻品种对稻瘟病抗性研究

由水稻稻瘟病菌(Pyriculari grisea Sacc.)引起的稻瘟病遍布各大水稻种植区,引起水稻产量的严重损失,已成为水稻增收丰产的限制因素。在水稻的传统育种中,发掘抗病性的水稻品种,增强对稻瘟病的抗性是防治稻瘟病的有效方法。从水稻抗稻瘟病基因遗传研究概况及抗瘟性基因的抗病性机制、组织结构上的抗稻瘟病机制、抗稻瘟病基因的作用机制等方面,综合分析水稻对稻瘟病的抗病机制,以期为水稻抗稻瘟病育种提供依据。