水稻抗白叶枯病基因Xa21转基因水稻及其杂交稻研究

用基因枪转基因技术将高抗白叶枯病的Xa21基因导入中国三系杂交稻恢复系(明恢63)和保持系(皖B)中，获得转基因水稻系，其中4个株系只含有Xa21基因，不含选择标记潮霉素抗性基因hph。筛选抗白叶枯病转基因纯合系，在田间种植6代，用PCR检测证明，Xa21基因能稳定遗传表达。用转基因水稻配制两系杂交稻，杂交组合F1含有Xa21基因     

转Xa21基因杂交水稻选育和评价

通过基因枪转基因方法和双质粒共转化体系将Xa21基因转入优良恢复系明恢63,得到转基因系M12和M22,并进一步做田间试验、新品种选育和食用安全性评价。结果显示:M12和M22对中国的所有白叶枯病小种都表现出高度抗性,但与原受体品种明恢63相比,农艺性状上有许多变异,主要表现在:结实率、千粒重等农艺性状变差,与珍汕97A的配合力显著降低;但与温敏不育系(X07S、056S)配组的F1有较好的田间表现。通过多代回交和分子标记辅助选择,成功地将Xa21基因从M12株系转到保持系80-4B和不育系80-4A中,得到抗白叶枯病的皖21B和皖21A。并利用皖21A不育系选育出优良杂交组合抗优97(皖21A×R-18),该组合在两年区域试验和一年生产试验中产量表现突出,米质优良。对不同世代和不同遗传背景的转基因品系进行白叶枯病鉴定和Southern分析表明:Xa21基因都能稳定遗传和正常表达,连续16代的种植并没使其白叶枯病的抗性减弱或丧失,而且不论Xa21基因是纯合的还是杂合的都有相同的抗性表现。对大鼠和小鼠的饲喂试验表明:转基因大米实质上等同于非转基因大米,是安全无害的。     

白叶枯病抗性基因Xa21、Xa4和Xa23的聚合及其效应分析

水稻白叶枯病（Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo）是由水稻黄单胞杆菌引起的细菌性病害，是世界水稻三大病害之一，常年给水稻生产造成不同程度的损失。水稻受害后，叶片枯萎，影响光合作用，千粒重降低，一般减产20%~30%^[1], 严重的可减产80%^[2], 甚至绝收^[3]。培育和种植抗病品种是从根本上控制白叶枯病的有效措施^[4~6]。但长期以来，我国利用的白叶枯病抗性具有专化性，抗性基因单一，加强了病菌的选择压，必然加速新的或原来处于劣势的病原菌小种变迁，使品种失去原有的抗性^[7]。Huang等（1997）曾将多个抗性基因聚合于同一个品种（系），提高了抗性，拓宽了抗谱，这是改良和延长品种抗性的一个有效措施^[8]。     

水稻抗白叶枯病基因Xa21的调控机理研究进展

十年来，已经陆续鉴定的近30个白叶枯病抗性基因中先后有5个被克隆，它们是Xa21、Xa1、Xa26、Xa5和Xa27。Xa21是最早克隆的水稻白叶枯病抗性基因，也是单子叶植物中第一个克隆的抗病基因，具有广谱抗性，相关研究既有重要的理论意义，也具有重要的实用价值。     

杂交稻抗白叶枯病的遗传机制

8种不同胞质类型的不育系及其保持系与9个恢复系按P×Q交配设计分别配制不育系杂种和保持系杂种, 接种白叶枯病(Xoo)“强”致病力菌系ZHE-173和“弱”致病力菌系KS-6-6, 研究杂交稻抗白叶枯病的遗传机制。 结果表明： (1) 不育系或保持系、 恢复系以及不育系或保持系与恢复系间的互作对不育系杂种或保持系杂种抗性的影响均     

水稻抗白叶枯病基因Xa14的遗传定位

Xa14是一个高抗菲律宾白叶枯病生理小种5的显性基因,Taura等将它定位在水稻第4染色体长臂末端。本研究利用中国国家基因中心的水稻第4染色体测序结果,用SSR标记对Xa14进行遗传定位,为进一步用图位克隆法克隆该基因奠定基础。利用775株IRBB14/IR24 F₂中的145株高感群体,将基因Xa14限定在SSR标记HZR970-8和HZR988-1之间的区间,与两个分子标记的距离各为0.34 cM,并找到了在该群体中与基因共分离的HZR645-4、HZR669-2、HZR669-5和HZR669-7四个SSR标记。利用763株IRBB14/珍珠矮F₂中158株高感群体,将基因Xa14限定在分子标记HZR648-5与RM280之间的区段,找到了一个与基因紧密连锁的SSR标记HZR648-5,与基因的距离为1.90 cM。将两个F₂群体的定位结果进行整合,表明Xa14位于分子标记HZR970-8和HZR988-1之间的3个BAC克隆上,并与这两个标记紧密连锁。     

水稻白叶枯病抗性基因Xa7候选基因的实时荧光定量表达分析

水稻白叶枯病抗性基因Xa7精细定位的区域包括三个与抗性相关的候选基因。为研究这三个候选基因在水稻抗性反应中的作用,本研究利用水稻白叶枯黄单胞菌SCB4-1(Ⅳ型菌)接种分别在20℃、26℃和32℃条件下栽培的感病品种IR24及其含有Xa7基因的近等基因系IRBB7,采集接种前0d(对照),及接种后0.5d、1d、2d、3d、4d、5d和6d的叶片,通过实时荧光定量PCR技术,研究在不同温度条件下Xa7三个候选基因(CG-XA7-1、CG-XA7-2、CG-XA7-3)在IRBB7和IR24中的表达情况。研究结果表明,在20℃条件下,CG-XA7-1和CG-XA7-2在IRBB7的表达量比IR24的低,CG-XA7-3的个别时间点在IRBB7的表达量比IR24的高,但并不显著;在26℃和32℃条件下,三个候选基因在IRBB7的表达量比IR24的高。对于抗病品种IRBB7,三个候选基因在26℃时的相对表达量比在20℃和32℃的高;对于感病品种IR24,三个候选基因在20℃时的相对表达量比在26℃和32℃的高。根据白叶枯病的发生适宜气温为25～30℃,而20℃以下和33℃以上该病发生受抑制的特点,测试的三个候选基因的表达量与水稻白叶枯病抗性有较高的相关性,可能在白叶枯病抗性反应中发挥一定的作用。     

分子标记辅助选择Xa23基因改良杂交稻亲本的白叶枯病抗性

白叶枯病是世界上影响水稻产量最严重的病害之一,本研究利用携有目前已知的、抗谱最广和抗性最强的显性基因Xa23的水稻材料CBB23作为基因供体,以感白叶枯病的杂交水稻的3个骨干亲本培矮64S、明恢86和C418作为受体,采用杂交和复交,在分离群体中利用与Xa23紧密连锁的SSR标记RM206进行分子标记辅助选择。通过分子标记检测、田间抗性鉴定和农艺性状选择,BC3F3株系中获得Xa23基因纯合且农艺性状稳定的培矮64S、明恢86和C418。获得的恢复系或不育系及配制的杂交组合在田间对我国7个以及菲律宾P1和P6白叶枯病生理小种都具有抗性。     

水稻抗白叶枯病Xa1基因家族的生物信息学分析

水稻抗白叶枯病基因Xa1是一个能对日本白叶枯病优势小种产生专化抗性的R基因,曾被广泛应用于水稻的抗性育种研究.为深入了解Xa1家族成员及其特征,本研究通过生物信息学对Xa1类成员进行系统鉴定,并分析其基本结构特征、染色体定位、序列变异以及系统进化关系等相关特性.结果显示,共鉴定到34个成员,它们都来自稻属植物,这些成员...     

利用分子标记辅助选择聚合水稻基因Xa21和Pi9(t)

通过有性杂交和田间多代选育，利用分子标记辅助选择和田间／温室抗性鉴定，将广谱高抗白叶枯病的Xa21，基因和高抗稻瘟病的Pi9(t)基因聚合到同一品系中，获得双基因纯合且农艺性状稳定的株系。用中国7个和安徽省流行白叶枯病病菌以及多个稻瘟病小种进行抗病性鉴定，结果表明：双抗基因系同时抗白叶枯病和稻瘟病，抗性级别为HR-R，抗谱与供体亲本一致，抗性水平基本相当。室内考种结果显示：双抗基因系间株高变异较大；单株有效穗比两亲本弱；结实率和千粒重明显优于Xa21，基因的供体M12，与Pi9(t)基因的供体亲本75-1-127相当。     

水稻转录因子WRKY68在Xa21介导的抗白叶枯病反应中发挥正调控作用

白叶枯病是一种严重影响水稻产量的细菌性病害。Xa21是第一个克隆的抗白叶枯病基因,具有广谱抗性,在水稻抗病育种中被广泛应用。转录因子的鉴定对解析Xa21介导的水稻抗白叶枯病分子机制具有重要意义。本研究构建了Xa21背景下的WRKY68-RNAi转基因水稻。与受体材料4021相比,转基因水稻中WRKY68蛋白质丰度下调,接种白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo)后抗病性下降,证明WRKY68基因在Xa21介导的抗白叶枯病反应中发挥正调控作用。此外,转基因受体材料4021和感病对照TP309接种后不同时期和部位叶片中WRKY68的蛋白质丰度没有显著差异,表明WRKY68蛋白质的表达不受抗病基因Xa21和病原物Xoo诱导,推测其功能主要是调控下游基因的表达。WRKY68-RNAi转基因水稻接种后, PR1A、PR5、PR10A、PR-pha和PAL1等病程相关蛋白质表达丰度发生变化,表明相关基因可能在WRKY68基因的调控下参与下游抗病反应。     

转Xa23基因水稻的白叶枯病抗性及其遗传分析

在分离克隆抗白叶枯病基因Xa23研究中获得大量转基因水稻材料。为了系统研究转Xa23基因水稻的抗病稳定性和遗传模式, 本文通过逐株进行抗白叶枯病接种鉴定、PCR和Southern blot分子检测, 对一批转Xa23基因水稻植株进行了T₀代到T₂代的跟踪分析。结果表明, Xa23基因的整合和表达, 使感病受体品种牡丹江8号获得抗病性。由于Xa23基因插入受体基因组的位点不同, 同是单拷贝插入的转基因T₀代抗病植株, 其抗病程度有明显差异。T₀代植株的抗病程度, 可以准确、稳定地遗传到T₁代和T₂代。单拷贝转基因植株分离群体的抗感植株分离比接近3∶1, 表明转Xa23基因遵循孟德尔单基因遗传模式。已获得2个纯合的单拷贝转基因抗病株系, 它们的抗病程度稍有差别, 将用于外源基因插入位置效应分析和杂交稻抗病育种。     

转Xa23基因水稻的白叶枯病抗性及其遗传分析

在分离克隆抗白叶枯病基因Xa23研究中获得大量转基因水稻材料。为了系统研究转Xa23基因水稻的抗病稳定性和遗传模式, 本文通过逐株进行抗白叶枯病接种鉴定、PCR和Southern blot分子检测, 对一批转Xa23基因水稻植株进行了T₀代到T₂代的跟踪分析。结果表明, Xa23基因的整合和表达, 使感病受体品种牡丹江8号获得抗病性。由于Xa23基因插入受体基因组的位点不同, 同是单拷贝插入的转基因T₀代抗病植株, 其抗病程度有明显差异。T₀代植株的抗病程度, 可以准确、稳定地遗传到T₁代和T₂代。单拷贝转基因植株分离群体的抗感植株分离比接近3∶1, 表明转Xa23基因遵循孟德尔单基因遗传模式。已获得2个纯合的单拷贝转基因抗病株系, 它们的抗病程度稍有差别, 将用于外源基因插入位置效应分析和杂交稻抗病育种。     

蜀恢527抗水稻白叶枯病改良系的遗传背景和农艺性状分析

利用336个SSR标记和100个RAPD引物,对分子标记辅助选择获得的10个蜀恢527抗水稻白叶枯病改良系的遗传背景、白叶枯病的抗性和抗谱及农艺性状进行了研究。结果表明,10个改良株系在Xa21和Xa4位点纯合,抗我国7个病原型代表菌系CⅠ～CⅦ和菲律宾小种1和6（P1和P6）。在遗传背景分析检测的位点中,改良系与蜀恢527表现差异的SSR     

杂交稻对白叶枯病菌主基因抗性的配合力分析

以８种不同胞质类型的不育系及其保持系与９个恢复系配制的７２个不育系杂种及保持系杂种为材料,研究了杂交稻对白叶枯病菌主基因抗性的配合力。结果表明,杂交稻的抗性以主基因抗性为主,但同时也受双亲中与抗性有关的其他加性、显性及上位性基因效应的影响。说明杂交稻的抗性强弱取决于双亲抗性基因互补和累加程度高低。