黑龍江省水稻紋枯病菌的致病力分化與ＡＦＬＰ分析

范文艷　文景芝　金麗娜　馬　建　陳　瑾

摘要為了明確黑龍江省水稻紋枯病菌遺傳多樣性，為水稻抗病育種和水稻紋枯病的綜合防治提供依據。本文對采自13個水稻種植地區的29個水稻紋枯病菌菌株進行了致病力測定和AFLP分析。結果表明9對AFLP引物對供試菌株擴增出396條帶，其中多態性帶187條，占總擴增帶數的47.22％。黑龍江省水稻紋枯病菌的遺傳距離變化在0.50～0.92之間，平均為0.71，群體遺傳多樣性較為豐富。UPGMA法可以將供試菌株分成4個AFLP聚類組群(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ)，相同地理來源的菌株基本上聚集在同一組群內，表明AFLP類群劃分與菌株的地理來源有較強的相關性。黑龍江省水稻紋枯病菌致病性分化較為明顯，并且AFLP類群劃分與菌株的致病性鑒定之間存在一定相關性。

關鍵詞水稻紋枯病菌；AFLP；致病力；遺傳多樣性

中圖分類號S 435.111.42

水稻紋枯病是由立枯絲核菌(Rhizoctonia sola-ni Kuhn)，引起的一種世界性水稻病害，也是目前水稻生產危害最嚴重的病害之一。水稻是黑龍江省的重要糧食作物，種植面積達到220萬hm²以上，占全省糧食作物種植面積的22％。近些年來，由于施肥水平的提高和不注重此病的防治，使紋枯病的危害日趨嚴重，發病嚴重地塊，損失達20％～30％。了解病原菌的遺傳多樣性對于更好地理解病害的發生和流行以及進一步預測病害的發展是十分必要的。雖然國內外已有一些研究者采用不同的方法對紋枯病群體進行了研究，但目前國內外關于該病原菌的遺傳聚類群與其致病力、地理來源的關系，至今結論不一。AFLP(amplified fragment lengthpolymorphism)標記技術是結合了RFLP的準確性和PCR的高效性的一種DNA指紋技術。AFLP技術以其重復性好、效率高的特點已被廣泛應用于動物、植物研究，也成功地應用于植物病原真菌研究中，但在水稻紋枯病菌的研究中未見報道。因此，本研究利用AFLP技術從分子水平上對黑龍江省水稻紋枯病菌的遺傳分化進行分析，并測定其致病力，探討黑龍江省水稻紋枯病菌群體遺傳結構特征及地理來源與致病力之間的關系，為水稻抗病育種和水稻紋枯病的綜合防治提供依據。

1材料與方法

1.1供試菌株

根據黑龍江省農業氣候生態區劃類型，按水稻主產區不同生態條件，在黑龍江水稻主產區13市縣的稻田采集了具有典型癥狀的水稻紋枯病病株206份，經室內常規分離純化，采用番紅染色法，鏡檢各菌株細胞核數目以區分雙核和多核絲核菌，根據Parmeter等人描述的立枯絲核菌種的鑒定標準，通過核相觀察與形態觀察對菌株進行鑒定，共獲得29個水稻紋枯病菌菌株(表1)。

1.2致病力測定

采用溫室人工接種測定不同菌株的致病力。接種方法采用牙簽接種法。具體如下：用經過高壓滅菌的1.0cm長牙簽接種病菌，在PDB培養基上培養3d。然后，用鑷子將牙簽嵌入稻株自上向下第3葉鞘內側。病級調查標準參照國際水稻研究所的0～9級標準。供試水稻品種為粳稻合江19號。

1.3菌絲培養和DNA提取

將菌株接種到裝有100mLPDB(馬鈴薯200g，葡萄糖20g，水1000mL)培養基的250mL三角瓶中，25℃靜置培養4d，在菌核形成前收集菌絲。菌絲基因組DNA的提取參照周而勛等的方法。

1.4 AFLP試驗

采用Vos等的方法。選擇性擴增用EcoRI和MseI雙酶切，EcoRI引物E-AAC、E-ACT和E-ACG與MseI引物M-CAA、M-CAT和M-CTC組合的9個組合作為選擇擴增引物組合。利用5％聚丙烯酰胺變性膠進行電泳，80W恒功率電泳1.5h。銀染檢測擴增產物。

1.5數據分析

對電泳結果采用有帶記為“1”、無帶記為“0”的方法記錄譜帶。利用NTSYS分析軟件計算兩兩菌株間的Dice相似系數，并利用UPGMA法進行聚類分析，建立聚類樹狀圖。

2結果分析

2.1致病力鑒定

由表1可以看出，供試的29個菌株對水稻品種合江19都有致病性，并且水稻紋枯病菌菌株之間的致病力存在不同程度差異，按菌株的平均病級大小劃分為強、中、弱3種類型：強致病力菌株3個，占10.3％；中等致病力菌株18個，占62.1％；弱致病力菌株8個，占27.6％。致病力與地理分布存在一定的相關性，采自樺川縣、蘿北縣、富錦和慶安縣的菌株致病力相對較弱。

2.2水稻紋枯病菌株遺傳多樣性分析

試驗使用9對引物對29個供試水稻紋枯病菌菌株進行AFLP分析，均獲得清晰AFLP譜帶(圖1)。9對引物組合產生條帶總數為396條，其中多態性條帶為187條，占總擴增帶數的47.22％。應用NTSYS軟件對擴增出的187條多態性條帶進行分析，結果顯示黑龍江省水稻紋枯病菌Dice相似系數在0.5～0.92之間，平均為0.71，說明黑龍江省水稻紋枯病菌遺傳分化比較大，群體遺傳多樣性較為豐富。利用AFLP分析得到的分子標記可將不同地理來源的菌株區分開。在Dice相似系數0.62水平上，供試的29個菌株可以劃分為4個類群(圖2)。類群工分別由來自勃利、寶清和樺南的6個菌株組成，BL-1與來自樺南的2個菌株HN-1和HN-2關系較近。類群Ⅱ為寧安、尚志和五常菌株，其中來自寧安的2個菌株分化較大，并且寧安菌株與尚志菌株的關系較近。來自虎林、密山和雞東的菌株為類群Ⅲ，該類群可進一步分為3個亞群，其中HL-2與其他菌株的遺傳距離較遠，獨立成為一個亞群；在其他兩個亞群中，菌株HL-3與MS-3、JD-1與MS-2、JD-2與MS-1關系較近。來自蘿北、樺川、富錦和慶安的菌株組成類群Ⅳ，其中樺川和富錦兩地菌株的關系較近。

2.3 AFLP類群分析與菌株致病力關系

從圖2的聚類結果可以發現，在Dice相似系數0.56水平上，29個菌株可分為兩大類群。Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ為一大類群，這一類群是由中等致病力和強致病力菌株組成；由來自蘿北、樺川、富錦和慶安的菌株弱致病力菌株組成類群Ⅳ。這說明菌株的地理分布與菌株的遺傳距離有一定的相關性。同一類群的菌株由于其親緣關系較近，因而表現出較為一致的致病力，說明紋枯病菌的AFLP類群與菌株的致病力有一定的相關性。

3討論

3.1水稻紋枯病菌的遺傳多樣性

基于本試驗研究結果，黑龍江省水稻紋枯病菌的遺傳相似系數變化在0.50～0.92之間，平均為0.71，從分子水平上證明水稻紋枯病菌群體遺傳多樣性比較豐富。這與廣東、云南和福建省水稻紋枯病菌一樣。導致黑龍江省水稻紋枯病菌遺傳多樣性復雜原因可能有以下幾個方面。(1)黑龍江

省水稻種植品種多樣化，主栽品種多達49個品種(系)，各地區主栽品種差異較大。由于寄主與病原菌在進化過程中相互依存，品種的多樣化對紋枯病菌的長期選擇使當地菌株發生突變，形成了適應相應品種的菌株。AFLP聚類群工的來源地主栽品種以9031、空育131、綏粳4號、富士光、系選1號為主；聚類群Ⅱ的來源地以松粳二號、龍選93-8、長粒香、五優一號、五稻三號作為主栽品種；聚類群Ⅲ的來源地主栽品種為空育131、墾鑒稻7號、松粳6號、墾稻10；聚類群Ⅳ的來源地以墾稻12、墾稻10、龍粳14、空育131、牡丹江19、綏粳4作為主栽品種。易潤華等研究也證明了紋枯病菌菌株親緣關系與寄主有一定的相關性。(2)黑龍江省各稻區的氣候差異導致形成適應當地自然條件的新菌株。黑龍江省稻區主要分布在3個農業氣候帶，即溫涼農業氣候帶(樺川、富錦、蘿北、慶安)、溫和農業氣候帶(寶清、樺南、勃利、雞東、虎林、密山和尚志)和溫暖農業氣候帶(寧安、五常)。由于自然環境和農業生態條件對水稻紋枯病菌基因型的分布具有一定的選擇壓力，造成不同地區菌株的遺傳分化程度高，而同一地區的菌株所面臨的環境選擇壓力相同，因而分化程度低，因此，相同地理來源的菌株間親緣關系較近，而不同地理來源的菌株間遺傳差異較大。(3)菌核隨種子傳入其他地區也可能是導致黑龍江省水稻紋枯病菌遺傳多樣性豐富的原因之一。從圖2可以看到，類群Ⅲ的遺傳結構較為復雜，出現了相同地理來源菌株的遺傳距離較遠，而一些不同來源菌株的遺傳距離反而較近。這一現象與虎林、密山和雞東三地水稻互相調種較為頻繁有很大關系。頻繁的引種過程增加了兩地菌株的遷移，從而使紋枯病菌的群體間產生隨機遺傳漂變效應，使這個群體菌株與原群體產生較大差異。

3.2 AFLP類群與紋枯病菌致病力之間的關系

植物病原菌的遺傳宗譜與其致病譜之間是否有一定的關系是植物病理學的研究熱點之一。在分子水平上研究紋枯病菌的群體遺傳結構可以從DNA水平探究病原菌的變異規律，尋找病菌系譜與致病性的關系，克服依據鑒別寄主來區分病菌生理小種的方法的局限性。目前人們對水稻紋枯病菌遺傳多樣性的了解較少，國內外只有少數報道，且結論不一。Pascual等研究結果表明，紋枯病菌菌株間毒力差異和RAPD聚類有一定程度的一致性，而易潤華等研究表明紋枯病菌菌株的致病力與菌株的親緣關系不大。本研究結果表明，在Dice相似系數0.56水平上，紋枯病菌菌株間毒力差異和AFLP聚類有一定程度的一致性。

由于R.solani的異核現象導致了其多變性，即使是屬于同一融合亞群的水稻紋枯病菌的菌株間也存在致病性變異與生理分化現象。盡管目前對紋枯病菌克服水稻抗病性可能是由于遺傳改變導致新致病性類型產生的推論還沒有充足的證據，但是病菌遺傳結構復雜的群體顯然更容易克服寄主的抗病性，因此揭示紋枯病菌的真實遺傳背景必然有助于減少水稻抗紋枯病育種的盲目性，提高品種布局的合理性，從而利于增加抗病品種的持久性。目前，運用分子標記技術對水稻紋枯病菌群體遺傳結構的研究已經取得了一些進展，但是要解決水稻紋枯病抗性弱的問題，必須進一步監測水稻紋枯病菌群體遺傳結構的變化規律，掌握其變化動態和潛在的變化趨勢，同時也要明確水稻抗性品種的防御機制，并將水稻紋枯病菌遺傳結構和水稻抗病品種遺傳特性結合起來進行研究，這種研究策略才更科學、更有意義。