稻瘟病菌与水稻互作研究进展

为了更好的防控稻瘟病的发生,为水稻育种工作和新药研发提供科学依据,深入了解稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)与水稻相互作用的机制是非常必要的。本文归纳了稻瘟病菌侵染水稻的机制、水稻对稻瘟病菌侵染的信号识别及其下游反应以及识别后诱导水稻产生的防御反应机制,分析了水稻防御相关基因的表达调控以及利用分子育种手段提高水稻抗病性的相关策略。稻瘟病菌侵染水稻后,植株会通过细胞壁加厚、病程相关蛋白表达以及病原菌侵入位点细胞程序性死亡等系统免疫反应来抵御稻瘟病菌的侵染;因此指出通过基因工程手段诱导植物发生免疫反应来抵御稻瘟病菌的危害具有重要的现实意义,也是防治病害最有效和最经济的方法;而且,作为研究病原菌—植物互作的模式系统,深入了解稻瘟病菌与水稻的互作机制,也为通过诱导水稻防御基因的表达来防治其他重要真菌性病害提供了科学依据。     

OsSAMS1在水稻稻瘟病抗性中的功能研究

稻瘟病是水稻最重要的病害之一,对农业生产造成巨大的经济损失。研究表明,水稻中S-腺苷-L-甲硫氨酸合成酶OsSAMS1参与了水稻衰老相关的进程,我们实验室前期利用转录组测序分析发现, OsSAMS1基因的表达水平受稻瘟病菌诱导后明显提高。然而, OsSAMS1是否参与水稻的免疫反应,尚未明确。基于此,本研究选取野生型ZH11为背景材料,通过构建OsSAMS1基因敲除突变体来探究该基因在水稻抗病中的功能。结果表明, OsSAMS1主要在水稻叶片中表达;且其表达明显受稻瘟病菌侵染所诱导。亚细胞定位结果显示,OsSAMS1在细胞膜、细胞质和细胞核内均有表达。通过接种稻瘟病菌发现,与对照相比,2个等位敲除突变体ossams1-1和ossams1-2均表现为更加感病,且体内病程相关基因的表达也明显更低,同时突变体中乙烯合成相关基因的表达也受到明显抑制。综上所述,OsSAMS1参与了水稻的免疫反应,且正调控水稻稻瘟病的抗性。本研究为深入揭示OsSAMS1在稻瘟病免疫反应的分子机理奠定了基础,并为稻瘟病抗病育种研究提供了基因资源。     

水稻-病原菌互作途径研究进展

水稻稻瘟病和白叶枯病分别由真菌病原菌Magnaporthe oryzae (M. oryzae)和细菌病原菌 Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo)引起,是造成世界范围内水稻减产的主要病因,水稻-稻瘟病菌及水稻-白叶枯病原菌互作已成为研究植物-病原菌互作的模式系统。本文归纳了目前已克隆的抗稻瘟病及白叶枯病基因与其分子结构和功能,概括了近年来鉴定的一些病原菌相关分子(Pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)及稻瘟病菌和白叶枯菌分泌的效应蛋白,并总结了针对稻瘟病菌和白叶枯菌介导的病原物分子诱导的抗病反应(PAMP-triggered immunity,PTI)和效应蛋白诱导的抗病性(Effector-triggered immunity,ETI)及其信号传导途径的研究成果,指出效应蛋白-抗病蛋白间互作将为探索植物-病原菌间互作提供新的分子基础,并为水稻抗病育种实践提供借鉴与指导。     

水稻-病原菌互作途径研究进展

水稻稻瘟病和白叶枯病分别由真菌病原菌Magnaporthe oryzae (M. oryzae)和细菌病原菌 Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo)引起,是造成世界范围内水稻减产的主要病因,水稻-稻瘟病菌及水稻-白叶枯病原菌互作已成为研究植物-病原菌互作的模式系统。本文归纳了目前已克隆的抗稻瘟病及白叶枯病基因与其分子结构和功能,概括了近年来鉴定的一些病原菌相关分子(Pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)及稻瘟病菌和白叶枯菌分泌的效应蛋白,并总结了针对稻瘟病菌和白叶枯菌介导的病原物分子诱导的抗病反应(PAMP-triggered immunity,PTI)和效应蛋白诱导的抗病性(Effector-triggered immunity,ETI)及其信号传导途径的研究成果,指出效应蛋白-抗病蛋白间互作将为探索植物-病原菌间互作提供新的分子基础,并为水稻抗病育种实践提供借鉴与指导。     

稻瘟病菌无毒基因研究进展

水稻与稻瘟菌间存在广泛而特异的相互作用,是研究寄主与病原物互作的重要模式系统。无毒基因是病原物遗传因子,能诱发寄主植物产生抗病性,是稻瘟菌与水稻互作最重要的激发子。为寻求稻瘟病防治的新策略,本研究概述了研究稻瘟病菌无毒基因的意义,归纳了抗性基因与无毒基因互作的3种模式,总结了国内外稻瘟病菌无毒基因的克隆及功能研究,探讨了无毒基因在生产上病害流行预测中的应用,指出利用抗性基因与无毒基因的关系对稻瘟菌分类将会更为科学和实用,应进一步加快稻瘟病菌无毒基因的克隆。     

籼型恢复系云恢290稻瘟病抗性遗传学分析

稻瘟病是由子囊菌Magnaporthegrisea(Hebert)Barr.(其无性世代为Pyriculariagrisea(Cooke)Sacc.)引起的广泛发生在世界各稻区的最主要的水稻病害之一,每年给水稻生产造成严重的损失。本实验利用7个稻瘟病菌系对籼型恢复系云恢290进行稻瘟病抗性的田间注射鉴定,结果表明云恢290对7个菌系均表现为抗性;云恢290对四川-43菌系的稻瘟病抗性表现为单基因控制的显性性状。     

黑龙江省稻瘟病菌生理小种毒力基因分析与抗病育种策略

近年来黑龙江省稻瘟病危害程度加重,给水稻生产造成巨大损失。为了解当地稻瘟病菌生理小种及其毒性基因的组成与分布,有针对性地利用抗性基因,选育抗病品种和使之合理布局,本文利用9个日本鉴别品种、7个中国鉴别品种、31个抗稻瘟病单基因系及12个当地主栽品种,对2006年采自该省主要积温区不同水稻品种的173个稻瘟病菌株进行致病性测定。结果鉴定出55个日本小种,优势小种为017、077、037、377和047,总频率为42.29%。鉴别力比较结果证实日本鉴别品种比中国鉴别品种更适合于当地稻瘟病菌致病性变异与小种分化研究。在12个主栽品种中,除龙粳14、龙盾104外,其他品种已经或正在丧失对稻瘟病的抗性。Pi9基因在所有积温区对稻瘟病菌株的抗谱都最广(平均94.80%),是当前黑龙江省水稻育种上极有价值的抗性基因;基因Piz-5(CA)、Piz-5(R)、Pita-2(R)、Pita-2(P)、Pi12(t)和Pi20(t)对供试菌株有高于70%的抗谱,也具有较高的利用价值。黑龙江省当前抗稻瘟病育种的策略应该是,在利用抗源龙粳14、龙盾104和Pi9的基础上,通过分子标记辅助选择方法聚合一至多个广谱抗性基因;同时加强对稻瘟病菌种群的监测和新抗源的发掘,有针对性地向主栽品种导入新的抗性基因。     

利用SSR标记定位粳稻云引抗稻瘟病基因

稻瘟病是由子囊菌Magnaporthegrisea(Hebert)Barr[无性世代为Pyriculariagrisea(cooke)Sacc.]引起的广泛发生在我国南北稻区及世界各稻区的主要水稻病害之一,严重阻碍水稻高产与稳产。挖掘和利用广谱稻瘟病抗源,通过基因累加手段将不同抗稻瘟病基因聚集于一体,可延长抗稻瘟病品种应用年限。本研究应用6个稻瘟病菌系四川-1、四川-4、四川-9、四川-31、四川-39和四川-41,对广谱抗性粳稻品种云引F2群体进行田间注射接种,结果表明云引F2群体对所用的6个稻瘟病菌系均表现为3(抗病):1(感病)的分离比例,说明这些抗性均为单显性基因控制。本研究利用Mapmaker3.0/QTL将云引对四川-1菌系的抗稻瘟病基因初步定位在水稻的第11染色体上,云引对四川-4、四川-9、四川-31、四川-39和四川-41的抗稻瘟病基因初步定位在第2染色体上。     

脱落酸对水稻种子萌发期耐高温胁迫的诱抗效应

为了探究高温胁迫下外源脱落酸(Abscisic acid, ABA)对水稻种子萌发和幼芽生长的影响。采用10μmol/L的ABA溶液对水稻种子浸种24 h,然后置于40℃的高温环境中萌发,设计对照(CK-ABA)、ABA浸种(CK+ABA)、高温处理(HS-ABA)和ABA浸种后施加高温处理(HS+ABA)4种处理方式,研究ABA浸种对高温胁迫下水稻种子萌发、幼芽生长、活性氧(ROS)积累、细胞损伤和相关基因表达的影响。结果表明,高温胁迫显著(P0.05)抑制了水稻种子的萌发及幼芽和幼根的生长,且种子发芽率与超氧阴离子、过氧化氢及丙二醛含量显著负相关(P0.05),说明导致ROS过量积累及细胞损伤是高温胁迫抑制种子萌发的重要限制性因素。非高温胁迫下,ABA浸种与非ABA浸种处理间水稻种子的萌发及幼芽生长指标无显著差异。高温胁迫下,ABA浸种提高了水稻种子的发芽率及幼芽、幼根的生长,显著(P0.05)降低了高温胁迫下水稻幼芽的ROS含量和质膜损伤程度,上调了ROS清除基因OsCATB、OsAPX6、OsFe-SOD和OsCu/Zn-SOD以及细胞死亡抑制基因OsBI1的表达。高温胁迫下,且ABA浸种条件下水稻种子的发芽率、芽长和主根长均与超氧阴离子(O~-_2)和过氧化氢(H_2O_2)含量呈极显著(P0.01)或显著(P0.05)负相关关系。此外,高温胁迫下,ABA浸种显著(P0.05)上调了幼芽内ABA应答基因Salt和OsWsi18的表达,说明ABA信号途径被激活。综上所述,提高下游抗氧化防御能力、抑制ROS过量积累和降低细胞损伤是ABA诱导水稻在种子萌发期适应高温胁迫的一个重要途径。     

24个单基因系对黑龙江省优势菌群的抗性及联合抗病性分析

为了明确24个抗稻瘟病基因在黑龙江省的抗性水平及其利用价值,将2006年黑龙江省优势菌株和强致病力菌株接种于以丽江新团黑谷为轮回亲本培育而成的含有24个抗瘟单基因系上。结果表明：水稻抗瘟基因Pi9(t)、pi-z5对优势和强致病力菌株抗性最强,是较好的抗源可以广泛的利用;对2个抗瘟基因的联合抗病性系数分析,结果表明基因两两搭配后的联合抗病系数最高、联合致病系数最低的组合是pi-9(t)*pi-z5 和pi-9(t)*pi-ta2 ;分析得出,黑龙江省稻瘟病菌致病力较强,大部分抗瘟基因都已失去抗性,急需引进新的抗瘟基因。     

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。     

水稻抗性基因Pi在福建省抗稻瘟病方面具有较好的应用前景

<正>抗病品种的合理利用和布局是实现水稻抗瘟持久化的关键因子之一。为明确水稻24个抗性基因在福建省的抗病性及其应用前景,福建省农业科学院植物保护研究所联合福建省作物有害生物监测与治理重点实验室研究人员首先分别采用全国稻瘟病菌生理小种鉴别品种和CO39近等基因系来鉴定2012~2015年间从福建省各稻区种植     

分子标记辅助培育水稻抗白叶枯病和稻瘟病三基因聚合系

水稻的白叶枯病和稻瘟病是水稻的两大主要病害, 通过分子标记辅助选择与传统的杂交、自交相结合的方法, 将抗稻瘟病的Pi9(t)基因和抗白叶枯病的Xa21及Xa23基因聚合到同一株系中, 经多代大田或/和温室接菌鉴定、室内标记选择和田间农艺性状的筛选, 获得了4个三基因聚合且农艺性状优良的株系L17~L20。用不同国家和地区的20个稻瘟病小种、中国流行的7个白叶枯病菌系C1~C7以及安徽省流行的白叶枯病菌系进行大田或/和温室抗病性鉴定, 结果显示, 株系L17~L20对20个稻瘟病小种均表现出抗性, 抗性水平与Pi9(t)基因的供体亲本75-1-127相当, 抗谱相同; 对白叶枯病的抗性和抗谱与Xa23基因相似, 不论在苗期还是在成株期均抗白叶枯病。与Xa21、Xa23基因的供体亲本M12和CBB23相比, 成株期的抗性水平有所增强。利用多重PCR技术, 在同一PCR反应中可同时选择Pi9(t)和Xa21基因, 提高了PCR选择效率。     

稻瘟病抗性基因特异性分子标记的开发及应用进展

由稻瘟病菌引起的水稻稻瘟病是影响水稻生产的重要病害之一,培育和合理利用抗性品种是控制稻瘟病最经济有效、环保的措施。虽然DNA分子标记分子已经被广泛用于基于分子标记辅助选择技术(MAS)的水稻抗性育种工作中,但是分子标记辅助选择育种的效率取决于分子标记与目标基因的连锁距离。目前,已经克隆的稻瘟病抗性基因多达26个,其全基因组序列已经公开发表,这将有利于基因特异性分子标记的开发。基因特异性分子标记与基因共分离,在分子育种过程中实现了对目标基因的直接选择,有可能成为未来分子育种技术中鉴定目标基因的主流工具。本研究综述了稻瘟病抗性基因特异性分子标记的开发及应用情况,并对已经开发成功的基因特异性分子标记相关信息进行整合,旨在为育种家在分子标记的选择上提供指导信息。     

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。     

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P...     

水稻稻瘟病菌诱导表达启动子OsQ16p的克隆与功能分析

qRT-PCR分析表明,日本晴OsQ16基因受稻瘟病菌诱导表达。利用PCR技术从日本晴基因组中克隆了该基因编码区5′端上游1 229 bp的启动子序列,命名为OsQ16p。用其取代pBI121中gus基因上游的CaMV35S启动子,构建重组表达载体pBIQ16p,经农杆菌介导转化日本晴,获得转基因植株。GUS组织化学染色和qRT-PCR分析表明: (1) gus基因在抗性愈伤组织和阳性转基因植株中均能表达; (2)转基因植株在接种稻瘟病菌后12 h,GUS表达量是处理前的2.7倍; (3)抗病相关信号分子水杨酸(salicylic acid,SA)和茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)喷施转基因植株叶面后12 h,GUS表达量分别为处理前的3.1倍和3.5倍。以上结果表明,OsQ16p启动子具有启动活性,并明显受稻瘟病菌、MeJA和SA诱导表达。     

p38MAPK信号通路选择性调节FSH对甾体生成 的诱导作用研究

利用乙烯雌酚（DES）处理23日龄SD大鼠，分离卵巢颗粒细胞(GC)进行无血清培养。结果表明，FSH (50ng/m1) 处理GC，可迅速激活有丝分裂原蛋白激酶（p38 MAPK），FSH处理5min便可观察到磷酸化的p38 MAPK；FSH处理30min，磷酸化的p38 MAPK水平达到最高;向培养液中加入H89(蛋白激酶A抑制剂，10μM)，则显著抑制了FSH对p38 MAPK的激活作用，提示这种激活作用依赖于蛋白激酶A(PKA)。用 SB203580(p38MAPK抑制剂，20μM)抑制p38 MAPK激活，则进一步提高了FSH对孕酮和甾体生成快速调节蛋白（StAR）的诱导作用，同时降低了FSH对雌激素生成的促进作用(p<0.01)。RT-PCR结果显示：抑制p38 MAPK活性后，FSH对StAR mRNA刺激作用明显增强，但对细胞色素P450芳香化酶（P450arom）mRNA的诱导作用却减弱了(p<0.05)。激光共聚焦和蛋白印迹结果显示：在GC中，StAR蛋白主要分布在线粒体中；与对照组相比，FSH显著提高了StAR的荧光强度和蛋白水平；抑制p38MAPK活性则增强了FSH对StAR蛋白表达的诱导作用。     

标记辅助改良节水抗旱杂交稻亲本材料的稻瘟病抗性

稻瘟病是水稻的主要病害之一,培育抗稻瘟病品种是防治稻瘟病的有效手段。本研究通过回交与分子标记辅助选择相结合的方式,将稻瘟病抗性基因(Pi1,Pi2和Pi9)导入到节水抗旱稻杂交组合的保持系"沪旱1B"和恢复系"旱恢3号"。对BC2F3代材料进行苗期稻瘟病抗性鉴定,结果表明,携带1个或2个目标基因的株系达到抗或中抗水平,抗病性显著高于各自的轮回亲本或者阴性株系。SSR标记分析表明改良株系的遗传背景回复率达到82.1%~93.6%。通过标记辅助选择获得的改良材料为节水抗旱杂交稻的培育提供了稻瘟病抗性亲本。