粳稻品種吉粳809的稻瘟病抗性基因分析

朱亞軍孫 強王金明陳 凱馮 博方雅潔林秀云,*徐建龍,3,*

1中國農業科學院作物科學研究所, 北京 100081;2吉林省農業科學院水稻研究所, 吉林公主嶺 136100;3中國農業科學院深圳生物育種創新研究院, 廣東深圳 518120

粳稻品種吉粳809的稻瘟病抗性基因分析

朱亞軍1,**孫 強2,**王金明2陳 凱1馮 博1方雅潔1林秀云2,*徐建龍1,3,*

1中國農業科學院作物科學研究所, 北京 100081;2吉林省農業科學院水稻研究所, 吉林公主嶺 136100;3中國農業科學院深圳生物育種創新研究院, 廣東深圳 518120

稻瘟病是水稻生產中危害最為嚴重的病害之一, 種植抗病品種是抵御稻瘟病危害的有效措施。本研究利用吉粳809的2個親本材料吉粳88與93072配制的回交分離群體進行稻瘟病人工接種, 采用抗、感極端分池法定位雙親的稻瘟病抗性基因, 結合基因型分析, 推斷吉粳809的抗性基因組成。結果表明, 回交群體對強致病菌GD9-1表現為4個主效抗病基因Pi-2(t)、Pi-7-1(t)、Pi-7-2(t)和Pi-11(t)分離, 對弱致病菌GD19-1表現單個主效抗病基因Pi-2(t)分離, 其中Pi-2(t)基因同時抗2個菌株。除Pi-2(t)位點抗性等位基因來自吉粳88, 其余3個位點的抗性等位基因均來自93072。比較基因組研究表明, Pi-2(t)可能與Pi-b等位, Pi-11(t)可能與Pi-47(t)或Pik等位, 而Pi-7-1(t)和Pi-7-2(t) 是2個新的抗性位點, 分別與RM21260和RM8037連鎖, 遺傳距離為0.11 cM和6.97 cM。利用與上述4個抗病位點緊密連鎖的SSR標記和來自3000份水稻種質資源重測序開發的56K芯片鑒定抗性位點吉粳809與雙親基因型的異同, 推斷吉粳809抗性基因組成, 發現吉粳809攜帶輪回親本吉粳88的Pi-2(t)和來自供體親本93072的Pi-11(t) 2個基因, 合理地解釋了吉粳809抗性明顯好于吉粳88的原因。對如何通過不同主效抗性基因聚合特別是充分利用原來抗病品種中“喪失”抗性殘效基因來改良品種的稻瘟病抗性進行了討論。

水稻; 稻瘟病; 抗病基因; 極端分離群體分池法; 抗性基因聚合

由真菌Magnaporthe oryzae引起的稻瘟病嚴重危害水稻的生產, 每年造成全球水稻產量損失高達18%[1]。在我國, 稻瘟病在南北稻區每年均受到不同程度的危害, 一般減產 10%~20%, 嚴重的達40%~50%, 局部田塊甚至顆粒無收[2], 且在過去20年有增長的趨勢[3]。據全國農作物重大病蟲害預警, 2012年稻瘟病在中國的發病面積約為 553萬公頃, 較 2011年增加 20%[4]。稻瘟病不僅威脅世界糧食的安全, 同時還導致稻米品質下降[5]。實踐證明,通過遺傳育種手段培育優良抗病品種是防治稻瘟病和解決糧食安全的最有效途徑之一[6], 而抗病基因的發掘與利用是抗病育種的基礎和核心工作[7]。

基于快速發展的分子生物學和相應的分子標記技術, 目前至少已報道了86個主效稻瘟病抗性基因, 350個微效QTL[8-9]。這些抗性位點分布于水稻的12條染色體上, 其中第7染色體上分布最少, 僅Pi17一個, 第11染色體上最多, 達17個位點, 24個基因[10]。遺傳分析揭示, 這些抗性位點中45%來自粳稻, 51%來自秈稻, 剩余4%來自野生稻, 絕大部分位點的抗性基因呈顯性遺傳[11-12]。迄今已有24個主效基因被成功克隆, 但尚沒有微效 QTL被克隆的報道[10]。

吉粳88是吉林省農業科學院水稻研究所采用地理遠緣奧羽346為母本與長白9號雜交選育成的首個粳稻超級稻品種, 表現高產、優質、抗病, 2005年先后通過吉林省、遼寧省、國家品種審定, 在吉林省內外累計種植面積達40萬公頃以上[13]。該品種僅2006年在吉林省種植面積就達到30萬公頃, 占水田面積的40%[13]。由于大面積集中種植單一品種,吉粳88的稻瘟病抗性近年來基本喪失, 在生產上成為感病品種。

吉粳809是中國農業科學院作物科學研究所和吉林省農業科學院水稻研究所合作以吉粳 88為母本、秈稻 93072為父本, 雜交并經2次回交, 經系譜法選育成的優質、高產、抗稻瘟病粳稻品種[14]。 2013年通過吉林省農作物品種審定委員會審定, 2014年通過國家農作物品種審定委員會審定。田間鑒定試驗表明, 吉粳88感稻瘟病, 93072抗稻瘟病,吉粳809對苗瘟表現為抗病, 葉瘟和穗瘟均表現為中抗, 稻瘟病綜合評價指標為中抗以上, 抗性顯著好于吉粳88。為了揭示93072稻瘟病的抗性遺傳機制, 挖掘其潛在的抗性基因, 鑒定與抗性基因緊密連鎖的分子標記, 本研究通過對吉粳88與93072配制的回交群體人工接種稻瘟病, 采用極端分離群體分池法分析抗性位點, 定位 93072的抗性基因, 獲得與之緊密連鎖的SSR標記, 并結合系譜分析, 推斷吉粳809的抗性基因, 為今后抗稻瘟病品種培育和抗病品種合理布局提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

吉粳 88為吉林省農業科學院選育的吉林省首個大面積推廣的國審超級稻品種[15], 近年來稻瘟病抗性減弱, 逐年喪失稻瘟病抗性, 成為感病品種; 93072為全球分子育種材料, 表現優質、抗旱和抗稻瘟病。以吉粳 88為輪回親本與稻瘟病抗源品種93072雜交和回交, BC1F1代隨機選25個單株回交, 從BC2F2群體中逐株收獲少量種子形成混合分離的BC2F3群體, 用于抗性鑒定和篩選。吉粳 809是以吉粳88為母本與93072雜交后經2次回交結合系譜法選育成的優質粳稻品種, 其稻瘟病綜合評價為中抗以上。

1.2 稻瘟病接種和鑒定

委托廣東省農業科學院植物保護研究所, 參照楊健源等[16]描述的接種方法進行苗期稻瘟病接種試驗。水稻種子經催芽后穴播于30 cm×20 cm×5 cm規格的搪瓷盆, 供試親本、抗病對照 Tetep和感病對照麗江新團黑谷各播種1行, 每盆播品種材料24 個, 每行播量為 8~10粒種子。將回交群體一分為二, 定名為A群體和B群體, 分別用于接種G1小種的強致病菌GD9-1和弱致病菌GD19-1。每群體各3500粒, 播2盆。采取旱育秧, 長至一葉一心期施硫酸銨, 每盆施0.5 g, 接種前共施3次。待稻苗長至 3.5~4.0葉齡, 用配制好的孢子液人工噴霧接種, 每盆接種菌液量為20 mL。接種后于遮光密閉的培養箱中25℃保濕24 h, 之后置溫室, 在25~28℃下保濕培植至稻苗發病, 接種7 d后進行調查。

由廣東省農業科學院植物保護研究所和吉林省農業科學院水稻研究所提供的16個秈型小種和14個粳型小種的品種抗譜測定菌株, 分別來自廣東省和吉林省各地區, 包括14個B群小種、2個C群小種、1個E群小種、5個F群小種和8個G群小種(表1)。品種抗譜測定設2個重復, 按國際水稻研究所稻瘟病圃苗瘟分級標準調查病級, 0~3級為抗病、4~9級為感病[17]。

1.3 DNA提取和BSA抗感池構建

采用CTAB法提取單株的基因組DNA[18]。基于回交群體接種后的抗性評價選株構建抗感池。從群體A中選擇17個抗病單株(0級)和17個極端感病單株(9級)提取DNA構建群體A的抗、感池, 分別記作A-R和A-S; 從群體B中選15個抗病單株(0級)和15個極端感病單株(9級)提取DNA構建群體B的抗、感池, 即B-R和B-S。用于抗病池構建的抗病株是從被四周感病植株包圍的抗病株中選擇, 以排除由于接種因素而導致的不發病造成的抗病假象。

1.4 分子標記多態性篩選和基因型鑒定

首先利用常用的535對均勻分布于水稻12條染色體上的SSR引物對雙親進行多態性篩選, 進一步利用雙親間多態標記對 A和B群體的抗感池進行基因型鑒定, 初步確定與抗性基因連鎖的標記位點。依據初步定位獲得的與抗性基因連鎖的位點, 從 SSR引物數據庫中有針對性地從該連鎖位點兩側選更多的引物, 逐一鑒定抗感池和雙親的多態性,從而在每個抗性位點附近獲得一組多態標記。篩選的多態性標記對A和 B群體中鑒定出來的更多感病株進行基因型鑒定, 通過以下公式估算各標記位點與抗性基因位點的重組值, 實現對抗性基因的進一步精細定位。

重組率= (N1+N2/2)/N, 其中 N1為各標記帶有抗病親本純合基因型的個體數, N2為帶有雙親雜合基因型的個體數, N為感病群體的總株數。

試驗過程中PCR反應采用20 μL總體積的常規反應體系, 以 8%的聚丙烯酰氨凝膠電泳對每個PCR產物進行基因型分型。

1.5 吉粳809抗性基因分析

首先以與抗性基因緊密連鎖的多態性標記對93072、吉粳88和吉粳809分型, 分析吉粳809抗性基因的遺傳組成。進一步利用56K高通量基因芯片對吉粳88、93072和吉粳809進行全基因組基因型掃描, 分析吉粳809與雙親的多態性尤其是抗性位點附近的多態性。比較SNP基因型揭示的差異區段與抗性基因SSR標記定位結果, 驗證抗性位點的可靠性, 并推斷吉粳809帶有的抗性基因。56K SNP芯片是基于 3000份全球水稻核心種質重測序數據開發的[19], 包括55 312個SNP位點, 這些位點均勻分布于水稻12條染色體, 平均間距為6.84 kb。委托北京博奧晶典生物技術有限公司完成3個樣本的SNP芯片基因型分型。

1.6 統計分析

采用Microsoft Excel整理數據、統計分析和計算遺傳重組率。

2 結果與分析

2.1 吉粳88、93072和吉粳809抗性評價

采用從我國廣東省和吉林省分別收集的 15個秈型和粳型優勢致病菌株, 接種吉粳809和其雙親吉粳88和93072, 輪回親本吉粳88對稻瘟病的抗性頻率僅為46.7%, 屬于感病品種, 93072抗性頻率為 73.3%, 屬中抗品種(表1)。由吉粳 88和 93072雜交衍生出來的吉粳809的抗性頻率介于雙親之間, 為 66.7%, 屬中抗類型, 表明吉粳 809的抗性來自93072的抗性基因。分析3個品種對30個秈、粳菌株的抗性表明, 雙親對57-2、13-284和2013-1-1均表現抗病, 但吉粳 809對這些菌株則表現感病; 相反, 雙親對13-466均表現感病, 而吉粳809則表現抗病。表明秈、粳雜交后代分離群體發生基因重組時可能產生新的等位基因, 這些等位基因的抗性反應完全不同于雙親。

2.2 93072的抗性基因定位

利用均勻分布于水稻12條染色體上的553對SSR引物對抗、感親本進行多態性分析, 獲得 13對多態性標記。進一步利用篩選到的多態性標記,分別對接種強致病菌GD9-1的A群體和接種弱致病菌GD19-1的B群體建立的抗、感池分析, 從A群體的抗、感池獲得 7對多態性標記, 分別是第 2染色體的RM208、RM406、RM266, 第7染色體的RM427、RM214、RM542和第11染色體的RM254; 從B群體的抗、感池獲得3對多態性標記, 分別是第2染色體的RM208、RM406和RM266, 其中第2染色體的 3個引物(RM208、RM406和 RM266) 在2個群體的抗、感池中都表現出多態性(表2)。

利用隱性集團分析法估算各多態標記位點與抗性基因位點之間的重組率。A、B群體各接種3500株苗, 分別分離出感病單株882和922株。結果在A群體定位到4個抗性基因, 其中Pi-2(t)被定位到第2染色體長臂末端, 與RM208緊密連鎖, 遺傳距離為3.75 cM; Pi-7-1(t)和Pi-7-2(t)都被定位到第7染色體上, 分別與RM427和RM214連鎖, 遺傳距離分別是12.24 cM和9.69 cM; Pi-11(t)被定位在第11染色體長臂末端, 與 RM254緊密連鎖, 遺傳距離為2.15 cM (表2)。在B群體定位到1個抗性基因, 與第2染色體上的RM208緊密連鎖, 遺傳距離為3.15 cM (表2)。除Pi-2(t)位點的抗性基因來自吉粳88外, 其余3個抗性位點的有利等位基因均來自供體親本93072。

表1 吉粳809及其雙親對30個稻瘟病菌株的抗性反應Table1 Reaction of resistance to 30 Magnaporthe oryzae strains for Jijing 809 and its parent

表2 抗性基因的初步定位Table2 Preliminary mapping for resistance genes

在初步定位結果的基礎上, 在上述3條染色體上鑒定到與抗性基因連鎖的位點兩側, 選擇更多的SSR標記鑒定雙親和抗、感兩池的多態性, 又鑒定出10個新的SSR多態性標記, 包括第2染色體上的1個(RM14175), 第7染色體上的9個(RM6697、RM3484、RM21260、RM21264、RM5499、RM8021、RM8037、RM7184和RM6449), 而第11染色體上RM254位點附近沒有篩選到新的多態性標記。利用位于RM208上游約55 kb的多態性標記RM14175 對B群體的感病單株進行PCR檢測表明, Pi-2(t)與RM14175緊密連鎖, 遺傳距離為3.27 cM。綜合上述定位結果, Pi-2(t)最終被定位到分子標記RM14175與 RM208之間(圖1)。由于 Pi-7-1(t)和Pi-7-2(t)僅在 A群體中定位到, 因此利用9對新篩選的位于第7染色體上的多態性標記對A群體的感病單株進行基因型鑒定, Pi-7-1(t)與RM21260緊密連鎖, 922個單株中僅出現1個交換單株, 遺傳距離約為 0.11 cM; Pi-7-2(t)位于分子標記 RM8021與RM8037之間, 與后者遺傳距離較小, 約 6.97 cM(圖1)。

2.3 吉粳809抗性基因分析

抗性基因定位結果證實, RM208、RM21260、RM8037和RM254分別與4個定位到的抗性基因緊密連鎖, 因此利用這 4個分子標記對 93072、吉粳88和吉粳809進行基因型分型。結果發現吉粳809 在RM254位點上擴增出與供體親本93072相同大小的片段(表3), 在其余 3個位點上擴增出與吉粳88大小相同的片段, 表明吉粳809攜帶了第2染色體上的Pi-2(t)基因和第11染色體上的Pi-11(t) 2個抗基因, 其中前者有利等位基因來自親本吉粳 88,后者的有利等位基因來自93072。

圖1 連鎖圖譜和抗性基因在染色體上的分布Fig.1 Genetic linkage map and distribution of four resistance genes on chromosomes

進一步利用56K基因芯片來驗證SSR分析結果。56K基因芯片總計包括55 312個SNP位點, 刪去雙親和吉粳 809中雜合和缺失的位點, 剩余52 921個SNP, 其中親本間沒有多態的位點43 808 個, 有多態的位點 9113個。對于 3個抗性基因Pi-2(t)、Pi-7-1(t)和 Pi-7-2(t), 以與抗性基因緊密連鎖的左右兩側標記為界, 分析兩側標記內吉粳809與雙親的基因型, 結果表明, Pi-2(t)定位區間內有10個SNP在雙親間有多態性, 且吉粳809在這 10個多態性 SNP位點上的基因型和母本吉粳88一致(表4); Pi-7-1(t)和Pi-7-2(t)定位區間內分別有13和33個多態性SNP, 吉粳809在這些多態性SNP位點的基因型和母本吉粳88一致; 對于Pi-11(t), 僅檢測到 RM254與其緊密連鎖, 因此以包括 RM254 (24 230 491 bp)在內上下游各 10 kb的范圍對吉粳 809與父母本基因型一致性進行分析, 發現55K芯片在該區間共有5個SNP位點, 其中4個在親本間表現出多態性, 吉粳809在這些多態性SNP位點的基因型與父本93072基因型一致(表4)。表明 SNP基因型分析結果與 SSR完全一致, 證實吉粳809確實攜帶了2個抗性基因, 即保留自輪回親本吉粳 88的 Pi-2(t)和來自供體親本93072的 Pi-11(t), 該結果合理地解釋了吉粳 809抗性好于吉粳88的原因。

表3 吉粳809在與4個抗性基因緊密連鎖的位點上的基因型Table3 Genotyping for Jijing 809 using seven linkage markers of four resistance genes

表4 利用56K芯片驗證吉粳809所攜帶的抗性基因Table4 Verification of blast resistance genes carried by Jijing 809 using 56K chip

3 討論

3.1 定位基因與已知抗性基因的比較

迄今, 已報道了 86個主效稻瘟病抗性基因和350個微效QTL[8-9]。在本研究中, 鑒定到Pi-2(t)、Pi-7-1(t)、Pi-7-2(t)和Pi-11(t) 4個抗性基因。Pi-2(t)位于第2染色體長臂, 與SSR標記RM208緊密連鎖, Pi-7-1(t)和 Pi-7-2(t)位于第 7染色體, 分別與RM21260和RM8037連鎖; Pi-11(t)位于第11染色體長臂末端, 與RM254緊密連鎖。將與4個抗性基因緊密連鎖的4個標記錨定到日本晴參考基因組上,與已經定位和克隆的主效抗性基因比較發現, RM208位于已克隆主效抗性基因 Pib上游約 29.9 kb處。多個文獻也指出 RM208與Pib共分離, 可用于稻瘟病分子輔助改良研究[20-23], 這表明Pi-2(t)很可能是Pib或其等位基因。Pi17是迄今第7染色體上唯一被定位到的主效抗性位點, 與同工酶基因Est9連鎖, 位于染色體長臂73.3 cM處[24]。與Pi-2(t)不同, Pi-7-1(t)和Pi-7-2(t)是2個新的抗性位點, 抗性等位基因均來自供體親本 93072, 前者位于染色體短臂, 后者位于著絲粒區附近, 均位于Pi17上游且距離較遠。分析表明, Pi-11(t)位于第11染色體末端的抗性基因富集區域, 且有2個抗性位點與其鄰近或可能存在關聯, 如 Pik位于 Pi-11(t)下游約 1 Mb處, Pik的復等位基因Pik-m與RM254緊密連鎖,遺傳距離為13.4 cM[25]; Pi-47(t)被定位于分子標記RM206 和 RM224 之間(22 480 961~27 673 251 bp)[26], 該區間覆蓋Pi-11(t)和Pik。56K芯片數據表明, 在第 11染色體上, 吉粳 809在染色體末端24~26 Mb范圍內僅滲入了93072的2個小片段, 其中1個小片段恰好覆蓋Pik (未給出詳細數據)。因此, 我們推斷 Pi-11(t)可能是 Pi-47(t)或 Pik的等位基因。鑒于Pik-m和Pi-47(t)是2個重要的廣譜抗病基因[2], 攜帶3個抗性基因的93072 [Pi-7-1(t)、Pi-7-2(t)和Pi-11(t)]比攜帶2個抗性基因的吉粳809 [Pi-2(t)和 Pi-11(t)]具有更強的抗性, 因此后續我們將對Pi-7-1(t)、Pi-7-2(t)和Pi-11(t)進行進一步的定位和克隆, 闡明其抗性特征, 明確 Pi-11(t)與Pi-47(t)和Pi-km的確切關系, 加快其在稻瘟病抗性改良中的應用。

3.2 秈粳交后代基因重組產生新的等位變異

秈粳亞種間存在隱秘的染色體結構差異, 由于染色體重排和基因重組, 秈粳交后代將產生豐富的遺傳變異[27], 這一現象在水稻全球分子育種計劃的回交育種實踐中得到證實。Zhang等[28]從黃華占與國際水稻研究所品種PSBRC66和PSBRC28的雜交和回交的后代, 從雙親感病的回交后代篩選到一批對白葉枯病廣譜抗病的株系, 遺傳分析證實其攜帶一個新的白葉枯病抗性基因 Xa39, 揭示了秈秈交后代染色體重組也會產生新的有利變異。本研究中, 利用15個秈型和15個粳型優勢致病菌株, 對吉粳88、93072和吉粳809進行抗性評價, 結果發現接種多數致病小種后, 吉粳809與2個親本的抗感反應一致, 但有少數菌株接種后, 吉粳 809與 2個親本的抗感反應不一致, 抗感完全相反, 如接種57-2、13-284和2013-1-1后, 雙親均表現抗病, 但吉粳809表現出感病; 相反, 接種13-466后雙親均表現感病, 但吉粳809卻表現出抗病特征(表1)。因此, 我們推測吉粳 809在培育過程中, 秈粳染色體發生重組而產生了新的有利變異, 而且這些等位基因的效應可能完全不同于雙親。這一現象啟示我們,在秈粳交或遺傳距離較遠的秈秈交甚至粳粳交后代, 加強選擇有可能篩選出雙親不具備的有利性狀。

3.3 推廣品種的稻瘟病抗性改良策略

大多抗病品種在生產上推廣數年后, 由于抗病基因相對單一, 稻瘟病菌群體中的毒性小種逐漸成為優勢小種, 最終導致抗病品種的抗性喪失, 造成病害流行。這迫使育種家通過聚合多個抗性基因來延長品種的抗性壽命[29]。研究表明, 持久抗性與多個抗病, 基因的協同作用密切相關。一些優異的稻瘟病抗源, 如Moroberekan、Tetep、三黃占等, 都具有多個抗病基因[30]。近年來, 采用定向回交育種和分子標記輔助選擇技術相結合策略, 選育出一批優異的水稻抗病改良株系, 如Hittalmani等[31]將Pi1、Piz5和Pita聚合到水稻品系BL125中, 顯著提升了BL125的抗性水平和抗譜; 柳武革等[32]聚合Pi1和 Pi2基因育成廣譜抗稻瘟病兩系不育系GD-7S; 李洪亮等[33]把Pi1和Pi2基因聚合到水稻品種空育131 中, 培育出了廣譜、 持久抗稻瘟病的寒地優質水稻品種; 王軍等[34]將稻瘟病抗病基因Pi-ta和Pi-b和條紋葉枯病抗病基因Stv-bi聚合, 選育出高產、優質、多抗水稻新品系74121; 向小嬌等[35]將稻瘟病抗性基因Pi9、Pigm和pi21導入感稻瘟病的京作1號背景, 培育出不同單基因和多基因聚合的抗病新品系。

本研究表明, 吉粳88帶有Pi-2(t)基因, 該基因與Pi-b可能等位, 在品種育成之初具有較好的稻瘟病抗性。由于該品種在吉林省大面積集中種植, 其攜有的Pi-2(t)基因在推廣數年后喪失抗性。程芳艷等[36]也證明了 Pi-b基因在黑龍江省無效, 建議在北方粳稻育種中不宜單獨利用。抗源供體 93072對強致病菌株GD9-1帶有 3個抗性基因, 即 Pi-7-1(t)、Pi-7-2(t)和Pi-11(t), 前2個是本研究發現的新基因, Pi-11(t)可能與 Pi-47(t)或 Pik等位, 具有較廣的抗譜。因此, 將93072的Pi-11(t)導入吉粳88, 與原有的Pi-2(t)聚合,增強了育成品種吉粳 809的抗性水平。Li等[37]發現來自特青的抗白葉枯病 Xa-4位點的等位基因 Xa-4T對白葉枯病菌CR4和CXO8表現為1對顯性主基因抗性, 但其抗性被CR6小種克服, 表現為1個具顯著殘余效應的隱性 QTL, 認為白葉枯病持久抗病品種可以通過聚合多個基因或 QTL, 包括表現殘余效應的QTL來實現抗性累加。吉粳809中來源于吉粳88的抗性“喪失”的 Pi-2(t)基因與來自 93072的 Pi-11(t)抗性基因之間是否存在抗性協同作用還有待進一步驗證。稻瘟病持久抗性品種的培育, 除聚合不同的主效抗性基因外, 是否可以通過聚合感病品種中已有抗性“喪失”的殘余效應基因與外來導入的抗性基因來提高抗性水平, 值得進一步深入研究。

4 結論

定位到4個主效抗病基因, 其中 Pi-2(t)同時抗2個菌株。Pi-2(t)可能與 Pi-b等位, Pi-11(t)可能與Pi-47(t)或Pik等位, Pi-7-1(t) 和Pi-7-2(t)是2個新的抗性位點, 除Pi-2(t)位點的抗性等位基因來自吉粳88外, 其余3個位點的抗病等位基因均來自93072。吉粳809攜帶來自受體親本吉粳88的Pi-2(t)和來自供體親本93072的 Pi-11(t) 2個抗性基因, 合理地解釋了吉粳809抗性明顯好于吉粳88的原因。

致謝: 感謝廣東省農業科學院植物保護研究所朱小源研究員提供苗期稻瘟病接種幫助。

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Analysis of Blast Resistance Genes in Japonica Variety Jijing 809

ZHU Ya-Jun1,**, SUN Qiang2,**, WANG Jin-Ming2, CHEN Kai1, FENG Bo1, FANG Ya-Jie1, LIN Xiu-Yun2,*, and XU Jian-Long1,3,*

1National Facility for Crop Gene Resources and Genetic Improvement / Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China;2Rice Research Institute, Jilin Academy of agricultural Sciences, Gongzhuling 130000, China;3Shenzhen Institute of Breeding and Innovation, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Shenzhen 518120, China

Blast is one of the most hazardous diseases in rice production.Planting resistance variety is an effective solution to control the disease.In this study, a backcross population derived from two parents, Jijing 88 and 93072, was selected to identify blast resistance genes using bulked extremes and recessive class under artificial inoculation and further to deduce the composition of resistance genes in Jijing 809 developed from Jijing 88 and 93072.Four major resistance genes, i.e., Pi-2(t), Pi-7-1(t), Pi-7-2(t), and Pi-11(t), were responsible for segregation of resistance to the strong virulent strain GD9-1, and only one resistance gene Pi-2(t) for segregation of resistance to the weak virulent strain GD19-1.Among them, Pi-2(t) was effective to both strains.The favorable alleles at all loci were from 93072 except for the allele at Pi-2(t) from Jijing 88.According to genomic comparison, Pi-2(t) wasdeduced to be allelic to Pi-b, and Pi-11(t) to Pi-47(t) or Pik; whereas Pi-7-1(t) and Pi-7-2(t) were two novel resistance genes, which were linkages to SSR markers with RM21260 (0.11 cM) and RM8037 (6.97 cM).Genotypes on the four above-referenced loci were compared between Jijing 809 and its parents by using closely linked SSR markers and a set of 56k gene chip developed from re-sequenced data of 3000 accessions of rice germplasm.The results indicated that the resistance genes in Jijing 809, Pi-2(t) and Pi-11(t), were inherited from the recurrent parent Jijing 88 and the donor parent 93072, respectively, which reasonably explained the higher blast resistance in Jijing 809 than in Jijing 88.Finally, we discussed how to pyramid different known major resistant genes, especially to make full use of the ‘defeated’ resistance gene in the original resistant variety to improve blast resistance in rice.

Rice; Blast; Resistance gene; Bulked extremes and recessive class; Pyramiding of resistance gene

10.3724/SP.J.1006.2016.01638

本研究由引進國際先進農業科學技術計劃(948計劃)項目(2010-G2B-2), 吉林省科技成果轉化計劃項目(20130305038NY), 國家高技術研究發展計劃(863計劃)項目(2014AA10A601)和吉林省自然科學基金項目(20140101014JC)資助。

This study was supported by the Program of Introducing International Super Agricultural Science and Technology (2010-G2B-2), Project of transformation of scientific and technological achievements in Jilin Province (20130305038NY), the National High Technology Research and Development Program of China (2014AA10A601), and the Natural Science Foundation of Jilin Province (20140101014JC).

*通訊作者(Corresponding authors): 徐建龍, E-mail: xujlcaas@126.com, Tel: 010-82105854; 林秀云, E-mail: linxiuyun1965@163.com, Tel: 13504462960

**同等貢獻(Contributed equally to this work)

聯系方式: 朱亞軍, E-mail: zhuyajunstar@163.com; 孫強, E-mail: jlsunqiang@126.com

稿日期): 2016-08-01; Accepted(接受日期): 2016-09-18; Published online(

日期): 2016-09-18.

URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20160918.1608.004.html