12个抗稻瘟病基因在山东省地方水稻品种中的分布.pdf

山 东 农 业 科 学():./.收稿日期:基金项目:济宁市重点研发计划项目()国家水稻产业技术体系济宁试验站项目()山东省重点研发计划(乡村振兴科技创新提振行动计划)项目()山东省农业良种工程项目()山东省农业科学院农业科技创新工程项目()作者简介:房文文()女博士助理研究员主要研究方向为水稻抗病育种:.通信作者:张士永()男研究员主要从事水稻育种研究:.个抗稻瘟病基因在山东省地方水稻品种中的分布房文文王海凤郭涛姜艳芳薛芳张焕霞张士永(山东省农业科学院湿地农业与生态研究所/山东省水稻工程技术研究中心山东 济南)摘要:为进一步明确山东省地方水稻品种中抗稻瘟病基因(以下简称抗瘟基因)的分布情况本研究利用、和 个抗瘟基因的功能标记对 个山东省地方水稻品种进行了分子检测 结果表明 和 在供试品种中的分布频率高达.和.其次是、和 分布频率分别为.、.、.、.和.分布频率较低的是、和 分布频率均为.供试品种中都未检出 和 在供试品种中检出 个抗瘟基因的品种数量最多占供试品种总数的.检出 个抗瘟基因的品种数量次之占.检出、个抗瘟基因的品种分别有、个另有 个品种未检出任意一个抗瘟基因 在遗传相似系数为.时可将 个品种聚为 类其中 个品种聚为一类 本研究初步明确了 个山东省水稻品种的抗稻瘟病基因分布情况可为进一步利用地方品种中的稻瘟病抗性基因培育广谱抗稻瘟病新品种提供科学依据关键词:水稻山东省地方品种抗稻瘟病基因分子标记中图分类号:.文献标识号:文章编号:()(/).水稻是世界上的主粮作物之一近一半的人口以稻米为主食 稻瘟病是水稻生产上最重要的病害严重影响水稻产量和品质 山东省一般 年左右会暴发一次发病田块一般减产 严重的甚至超过 山东属黄淮海稻区以粳稻为主年均种植面积达 万公顷 稻瘟病的发病条件为气温 、相对湿度 以上临沂、日照等稻区水稻抽穗灌浆期的气候特点符合其发生流行的条件是山东省稻瘟病发生较重的地区 目前选育和合理种植抗病品种是控制稻瘟病流行最经济有效的途径 由于田间稻瘟病菌小种类型多样易发生变异一些抗病水稻品种连续种植 年后抗性就会丧失田间表现为感病从而造成减产随着水稻基因组学和测序技术的迅速发展越来越多的抗稻瘟病基因被定位与克隆目前已被定位的抗瘟基因有 多个已克隆的抗瘟基因超过 个 抗瘟基因多为显性基因其作用方式多为通过与核苷酸结合位点富含亮氨酸重复序列蛋白()结合从而使病原菌失去侵染性 近年来抗瘟基因分子标记的开发主要为、标记为高效检测抗瘟基因奠定了基础 张亚玲等利用 个抗瘟基因标记检测了黑龙江省 个水稻主栽品种发现抗瘟基因、和 在供试品种中的出现频率为、和 的出现频率为 、和 的出现频率为 仅在个品种中被检测到 仅在 个品种中被检测到而、和 在供试品种中未检测到杨林浩等利用一套稻瘟病菌标准菌株和特异性分子标记相结合检测了吉林省 个主栽水稻品种发现、和 为吉林省主栽品种中出现频率较高的抗瘟基因推测所有品种可能不含有、和 基因山东省作为重要的粳稻产区有着丰富的地方品种资源但有关这些品种资源的抗瘟基因分布未见报道 本研究利用、共 个抗瘟基因的分子标记对 个山东省地方品种进行抗瘟基因检测以初步明确这些品种的抗瘟基因组成为今后进一步挖掘和利用抗瘟基因、培育持久广谱抗瘟品种提供基因信息和数据支持 材料与方法.试验材料供试材料为 个山东省地方水稻品种见表均由山东省农业科学院湿地农业与生态研究所种质资源团队收集和保存均以常规方法栽培试剂 及 仪 器:十 六 烷 基 三 甲 基 溴 化 铵()购于生工生物工程(上海)股份有限公司 试剂北京全式金生物技术()有限公司产品 核酸染料美国 公司产品 智能型生化培养箱、人工气候培养箱宁波江南仪器厂产品 型立式冰箱青岛海尔股份有限公司产品罗氏 实时荧光定量 仪 公司产品.水稻 提取剪取 段供试水稻品种的叶片(大小为)于 离心管中采用 法提取 具体步骤如下:()向装有供试水稻叶片的离心管中加 预热的 然后 温浴 ()冷却后加 氯仿异戊醇溶液(氯仿和异戊醇体积比为)混匀 /离心 吸 上清液加入等体积的异丙醇轻轻颠倒混匀后于 条件下沉淀 ()/、条件下离心 弃上清液加入 体积百分含量为的乙醇洗涤沉淀 次放入通风橱内吹干()加入 (/./.)溶解 使用核酸定量仪测量 浓度并将浓度调整为约/山 东 农 业 科 学 第 卷 表 供试山东省地方水稻品种编号品种名编号品种名编号品种名编号品种名编号品种名编号品种名小黄稻塘稻秋旱稻北圆 号香稻大红芒竹秆青旱糯稻高秸水旱稻北圆 号水稻佃户屯乡 号大青秸汪稻高秸水旱稻北圆 号郯城野生稻石槐大青秸水牛皮旱稻紫皮水旱稻清水稻红皮高丽旱稻糯米大青秸水牛皮旱稻白芒子明水香稻红皮高丽旱稻糯米竹秆青木枪秆稻子小白屯旱稻水旱稻小壳旱稻小红芒旱稻白芒香粘稻老旱稻水旱稻旱粘稻旱稻子明水米旱稻香粘稻白砂米白米稻旱粘稻紫皮旱稻明水米旱稻香粘稻铁耙子粘稻白香糯秋白水稻粘旱稻青旱稻八月芒秃头红米稻紫秆旱稻蒋庄 号粘旱稻蓬莱稻乐陵旱稻短顶芒白米紫皮旱稻大长芒旱稻圆粒水稻蓬莱稻葫芦香稻水斗扬紫皮旱稻紫颖稻半芒水稻蓬莱稻小雪稻大红芒范李庄 号保存待测.抗瘟基因分子标记本研究选用抗瘟基因、的分子标记进行试验其 特异性引物信息见表 所有引物均由华大基因有限公司合成 表 抗瘟基因的特异性引物引物名称引物序列()退火温度/.扩增荧光 反应体系:(含/)/./模板 ./正、反向引物各.用 定容至 荧光 扩增程序:预变性 变性 退火 个循环普通 反应体系:().水稻 .正、反向引物各.反应程序:预变性 变性 退火 (根据梯度 的结果选择最佳退火温度)延伸.(由扩增产物的长度决定)次循环 延伸 .琼脂糖凝胶电泳检测抗瘟基因、的扩增产物用 琼脂糖凝胶电泳检测 稳压电泳 然后在凝胶成像系统中拍照.检测抗瘟基因、的扩增产物经熔解曲线()检测 分析程序:变性 退火 以./的速率升温/采集荧光信号至 保持 采用 软件进行熔解曲线分析.数据处理与统计分析采用 对数据进行整理和作图 采用 .软件计算 个品种间的遗 第 期 房文文等:个抗稻瘟病基因在山东省地方水稻品种中的分布传相似系数然后利用非加权类平均法()对遗传相似系数进行聚类分析得到聚类树形图 结果与分析.稻瘟病抗性基因的分子标记检测及在品种中的分布本研究利用、和 的功能标记对 个山东省地方水稻品种进行分子检测结果(表)发现有 个品种含有 有 个品种含有 有 个品种含有 有 个品种含有有 个品种含有 和 有 个品种含有 有 个品种含有、和 所有品种中均未检测到 和 部分基因分子标记的检测结果如图、图 所示 和 在供试品种中的分布频率最高分别高达.和.其次是、和 分布频率分别为.、.、.、.和.分布频率较低的是、和 均为.检测品种中都不含有抗性基因 和(表、图)为 基因分型结果红色曲线代表携带 基因纯合型蓝色曲线代表不含 基因的野生型 为 基因分型结果红色曲线代表携带 基因的纯合型蓝色曲线代表不含 基因或含有其他等位基因的野生型 为 基因分型结果红色曲线代表携带 基因的纯合型蓝色曲线代表不含 基因的野生型图 高分辨率熔解曲线检测地方水稻品种的抗瘟基因 山 东 农 业 科 学 第 卷 为 基因检测结果(抗病基因)/(感病基因)为 基因()检测结果 为 基因()检测结果泳道 依次是圆粒水稻、半芒水稻、秋旱稻、高秸水旱稻、高秸水旱稻、紫皮水旱稻、白芒子、小白屯、香粘稻、香粘稻、香粘稻、青旱稻图 琼脂糖凝胶电泳检测地方水稻品种的抗瘟基因、表 山东省地方水稻品种抗瘟基因检测结果编号品种名抗瘟基因小黄稻竹秆青大青秸大青秸大青秸竹秆青小红芒旱稻子紫皮旱稻秋白水稻蒋庄 号大长芒旱稻紫颖稻塘稻旱糯稻汪稻水牛皮旱稻水牛皮旱稻木枪秆稻子旱稻白芒明水米旱稻明水米旱稻粘旱稻粘旱稻圆粒水稻半芒水稻秋旱稻高秸水旱稻高秸水旱稻紫皮水旱稻白芒子 第 期 房文文等:个抗稻瘟病基因在山东省地方水稻品种中的分布 表(续)编号品种名抗瘟基因小白屯香粘稻香粘稻香粘稻青旱稻蓬莱稻蓬莱稻蓬莱稻北圆 号北圆 号北圆 号清水稻明水香稻旱稻老旱稻白砂米铁耙子八月芒乐陵旱稻葫芦香稻小雪稻香稻水稻郯城野生稻红皮高丽旱稻红皮高丽旱稻水旱稻水旱稻白米稻粘稻秃头红米稻短顶芒白米水斗扬大红芒大红芒佃户屯乡 号石槐糯米糯米小壳旱稻旱粘稻旱粘稻白香糯紫秆旱稻紫皮旱稻紫皮旱稻范李庄 号 注:分子标记检测结果中“”代表含有抗病基因“”代表不含有抗病基因或含有其等位基因 山 东 农 业 科 学 第 卷图 个抗稻瘟病基因在山东省地方 水稻品种中的分布频率.不同地方水稻品种含抗瘟基因的数量分析由表 和图 可知竹秆青、竹秆青、塘稻、明水米旱稻、明水香稻、紫秆旱稻等 个品种检测出 个抗瘟基因占检测品种总数的.其中有 个品种检出 有 个品种检出了 小黄稻、大青秸、小红芒、旱稻子、秋白水稻、蒋庄 号等 个品种检测出 个抗瘟基因占检测品种总数的.其中有 个品种检测出 粘旱稻、秋旱稻、高秸水旱稻、蓬莱稻、香稻、郯城野生稻等 个品种检测出 个抗瘟基因 占检测品种总数的.另外紫皮旱稻、水牛皮旱稻、青旱稻、蓬莱稻、葫芦香稻等 个品种检测出 个抗瘟基因铁耙子、八月芒、乐陵旱稻、短顶芒白米 个品种检测出 个抗瘟基因仅秃头红米稻检测出 个抗瘟基因红皮高丽旱稻、粘稻 个品种检测出 个抗瘟基因 而大青秸、汪稻、水牛皮旱稻、老旱稻、旱粘稻 共 个品种未检测到 个抗瘟基因中的任何一个图 山东省地方水稻品种含抗瘟基因数统计.山东省地方水稻品种的聚类分析基于遗传相似系数利用 法对 个山东省地方水稻品种进行聚类分析结果(图)显示在遗传相似系数.处可将 个供试材料分为四类 第一类包括大青秸、汪稻及水牛皮旱稻 共 个品种第二类仅有高秸水旱稻第三类包括大青秸、紫颖稻、粘旱稻 及白芒子共 个品种其余 个品种均聚在第四类中图 个山东省地方水稻品种的聚类分析结果 讨论与结论水稻与稻瘟病菌存在协同进化关系一个抗病新品种在生产上使用几年后由于稻瘟菌变异而突破水稻的防御机制使抗病品种的抗病能力下降甚至丧失变为感病品种 因此在改良水稻品种的稻瘟病抗性时要首先弄清品种中的抗瘟 第 期 房文文等:个抗稻瘟病基因在山东省地方水稻品种中的分布基因(组合)从而更好地利用不同的抗瘟基因组合对品种进行改良 有关我国现有水稻品种中抗瘟基因的分布情况前人已进行过一些研究如岂长燕等研究了抗瘟基因、和 在我国 份水稻微核心种质中的分布范方军等研究了、和 在江苏省迟熟中粳稻预试 份品系中的分布 本研究利用 个抗瘟基因(、)的分子功能标记检测了 个山东地方水稻品种的抗瘟基因分布情况结果表明除、未检测到外其余 个基因均能在山东省地方水稻品种中检测到 其中 和 在供试品种中的分布频率较高达.和.其次是、和 分布频率分别为.、.、.、.和.、的分布频率较低仅为.各品种含有抗瘟基因的数量为 个不等抗瘟基因组合种类丰富目前培育持久广谱抗病品种和合理布局抗病品种仍是控制稻瘟病最经济有效的途径而挖掘种质资源中的抗瘟基因是重要基础 本研究结合山东省稻瘟病菌群体生理小种的变异动态挑选出可进一步利用的抗瘟基因、和 下一步可作为目的基因利用到主栽品种中这为育种家培育抗稻瘟病新品种提供了数据支持助力了培育持久和广谱抗稻瘟病水稻新品种 但需注意有些抗瘟基因与不良性状的“连锁累赘”效应如 与小粒性状连锁以避免在提高抗病性的同时负向影响产量或品质本研究仅检测了 个抗瘟基因在 个山东省地方水稻品种中的分布情况但其他抗瘟基因的分布情况还有待进一步研究另外地方品种中抗瘟基因数量与水稻品种稻瘟病抗性频率间的关系也有待进一步研究参 考 文 献:.:./.:().:/./.():.孙国昌杜新法.水稻稻瘟病防治研究进展和 世纪初研究设想.植物保护():.刘振林杨军金桂秀等.山东水稻稻瘟病发病规律、特点及防治措施.安徽农业科学():.吴修杨连群陈峰等.山东省水稻生产现状及发展对策.山东农业科学():.赵文生.水稻稻瘟病发病规律与防治措施.科技创新与应用():.朱有勇陈海如范静华等.利用水稻品种多样性控制稻瘟病研究.中国农业科技():.贺雄丁朝辉胡立东等.湖南 个水稻栽培品种抗瘟性评价及抗性基因鉴定.江苏农业科学():.:.高清张亚玲葛欣等.水稻抗稻瘟病基因研究进展.分子植物育种():.():.:.易怒安李魏戴良英.水稻抗稻瘟病基因的克隆及其分子育种研究进展.分子植物育种():.():.().():.张亚玲高清赵羽涵等.黑龙江省水稻种质稻瘟病抗性评价及抗瘟基因结构分析.中国农业科学():.杨林浩王瀚赵丹等.吉林省主栽水稻品种抗瘟性评价及抗瘟基因型鉴定.植物病理学报():.岂长燕许兴涛马建等.抗稻瘟病基因、和 在我国水稻微核心种质中的分布.植物遗传资源学报():.范方军王芳权刘永峰等.、和 对水稻穗颈瘟的抗性评价.华北农学报():.山 东 农 业 科 学 第 卷