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水稻抗灰飞虱QTL分析

2020-11-28阅读(150)

水稻抗灰飞虱QTL分析

论文摘要

水稻灰飞虱（Laodelphax striatellus Fallén）,属同翅目（Homoptera）,飞虱科（Delphacide）,是水稻生产上的一种重要害虫,广泛分布于我国各地。灰飞虱除直接刺吸水稻汁液造成为害外,还传播水稻条纹叶枯病和黑条矮缩病等重要病毒病。近年来,灰飞虱种群发生数量呈逐年锐增态势,并于2004年暴发成灾。伴随着灰飞虱大发生,水稻条纹叶枯病也在我国暴发与流行,给水稻生产造成了严重的损失。长期以来,对灰飞虱的防治主要依靠施用化学农药,导致灰飞虱种群抗药性不断增强,天敌杀伤严重,环境污染加剧,兼之灰飞虱具有迁飞特性,防治效果并不十分理想。利用品种抗性被认为是防治灰飞虱最为经济有效的方法之一,选育高抗灰飞虱新品种,既能有效防止灰飞虱直接取食为害,也可以阻断灰飞虱传播病毒病。本研究在参照标准苗期筛选法的基础上,对该方法进行了适当改进,建立了适用于水稻抗灰飞虱苗期集团鉴定的技术。利用改进的苗期集团筛选法,对138份来自江苏、浙江、云南等地水稻种质进行了抗灰飞虱鉴定与评价,并对其中部分种质进行了抗性特性研究;同时分析了抗虫品种DV85、高抗品种Kasalath和Mudgo对灰飞虱抗性的数量性状基因座。有关研究结果如下:1.利用改进的苗期集团鉴定法从138份水稻种质中筛选出对灰飞虱具有不同程度抗性的材料25份,占总鉴定材料的18.1%,其中高抗种质2份,抗性种质9份,中抗材料14份,粳稻品种明显比籼稻品种感虫。对部分材料进行的排驱性、抗生性试验及相关分析表明,Rathu Heenat（iRHT）、Mudgo、Kasalath和IR36对灰飞虱具有强的排驱性和抗生性,其抗性水平与这两种抗虫机制密切相关;道人桥、羊毛谷的抗生性强,但排驱性弱,其主要抗虫类型为抗生性;Dular、ASD7和Milyang 23对灰飞虱具有较强的排驱性和抗生性,表明排驱性和抗生性是这3个品种的重要抗性类型;DV85具有较强的排驱性,但抗生性较弱,窄叶青8号和鬼衣谷具有中等水平的抗生性和排驱性,推测这3个材料具有较好的耐害特性。中抗材料9311的抗性水平由中等排驱性和抗生性控制,V20A的抗性主要表现为排驱性,明恢63和扬粳9538的排驱性与抗生性均较弱,暗示其抗性机制主要是耐害性。上述具有强抗生性或排驱性的材料是理想的抗灰飞虱资源。2.籼稻品种DV85对灰飞虱表现明显的苗期抗性,运用改进的苗期集团筛选法,结合排驱性及抗生性测验,鉴定了由81个株系组成的Kinmaze （ japonica） / DV85 （ indica）重组自交系（recombinant inbred lines, RIL）群体的亲本及各株系对灰飞虱的抗性表现。利用Windows QTL Cartographer 2.5进行抗灰飞虱数量性状基因座检测和遗传效应分析。通过苗期集团筛选法,在第11染色体上检测到2个抗性QTLs,即Qsbph11a、Qsbph11b,其LOD值分别为2.51和4.38,贡献率分别为16.7%和27.8%,结合表型值,Qsbph11b应为主效QTL。通过排驱性测验,共检测到3个抗性QTLs,分别位于第3、4、11染色体上,LOD值分别为2.88、2.41和2.39,贡献率为9.17～14.9%,可解释37.5%的总表型变异。此外,在第3、11染色体上分别检测到1个抗生性相关QTL,其LOD值分别为2.79和2.33,贡献率分别为12.4%和13.5%。通过上述3种方法,均在11染色体上的XNpb202～C1172标记区间检测到1个抗性QTL,且其抗性效应均来自DV85,说明该抗性位点能够稳定表达。上述抗性QTL及其相应的连锁标记,可望在聚合多个抗性基因的分子标记辅助选择育种中加以应用。3.水稻品种Kasalath高抗灰飞虱,对灰飞虱表现出强的排驱性和抗生性。为了进一步解析该品种的抗性机理,利用Nipponbare/ Kasalath//Nipponbare回交重组自交系群体进行水稻抗灰飞虱数量性状基因座分析。通过Windows QTL Cartographer 2.5进行复合区间作图发现,在苗期集团接虫试验中,于第3、11染色体上共检测到3个抗灰飞虱QTL位点Qsbph3b、Qsbph11d、Qsbph11e,其LOD值分别为3.14、2.95和4.12,贡献率为13.8%、12.6%和23.5%。从其加性效应看出,增强抗性的基因效应分别来自于Kasalath、Nipponbare和Kasalath。通过排驱性测验,检测到3个对灰飞虱具有排驱性的QTLs（Qsbph3c、Qsbph8和Qsbph11f）,分别位于第3、8、11染色体上,各QTL的LOD值分别为3.19、2.58和3.36,贡献率为10.3 %～13.6 %,可解释群体表型总变异的36.4 %。抗生性研究表明,在第2、11染色体上各存在1个抗性QTL位点Qsbph2、Qsbph11g,LOD值分别为3.23和3.52,贡献率为13.8%和14.7%,加性效应显示这2个数量性状基因座对灰飞虱的抗性均来自抗虫亲本Kasalath。通过三种不同的表型鉴定方法分别检测到的Qsbph11e、Qsbph11f和Qsbph11g,均位于第11染色体上标记S2260～G257之间,表明该位点对Kasalath的抗性表现起着重要作用。与这些数量性状基因座连锁的分子标记,可望应用于培育对灰飞虱具有持久抗性水稻新品种的育种实践中。4.Mudgo是一个高抗稻飞虱的籼稻品种,对灰飞虱具有强的排驱性和抗生性抗性。本研究利用Mudgo/武育粳3号F2群体,构建了含有177个单株的F2群体的遗传连锁图谱。该连锁图包含104个SSR标记和3个Indel标记,覆盖整个水稻基因组1409.9 cM ,每两个标记之间的平均距离为13.2 cM。采用改进的苗期集团筛选法对177个F2:3家系进行了抗性鉴定,通过Windows QTL Cartographer 2.5进行复合区间作图分析,在第2、3、12染色体上各检测到1个抗灰飞虱QTL位点Qsbph2b、Qsbph3d和Qsbph12a,分别位于标记RM5791～RM29、RM3199～RM5442和I12-17～RM333 1之间,单个LOD值分别为3.25、3.11和6.82,贡献率为15.6%～35.3%,可解释68.7%的总表型变异。其中Qsbph12a与标记RM3331和I12-17紧密连锁。加性效应表明,各QTL增强抗性的等位基因效应均来自于Mudgo。结合表型鉴定的结果,Qsbph12a应为抗灰飞虱主效QTL,与该位点紧密连锁的标记可用于进行抗灰飞虱快速选择辅助育种。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 灰飞虱的发生与危害
  • 1.2 灰飞虱的生物学特性
  • 1.2.1 寄主植物
  • 1.2.2 越冬
  • 1.2.3 生活史
  • 1.2.4 雌雄性比和长短翅型成虫的比例
  • 1.2.5 生活习性
  • 1.2.6 灰飞虱的传毒特性
  • 1.3 灰飞虱种群的遗传多样性
  • 1.4 灰飞虱体内共生菌的研究
  • 1.5 灰飞虱暴发成灾的因素
  • 1.6 防治技术研究进展
  • 1.6.1 化学防治研究进展
  • 1.6.2 抗性品种的筛选与利用
  • 1.7 稻飞虱抗性遗传基础研究
  • 1.7.1 水稻抗褐飞虱遗传基础研究
  • 1.7.2 水稻抗白背飞虱的研究
  • 1.7.3 水稻抗灰飞虱的研究
  • 1.8 植物抗虫机理研究
  • 1.8.1 植物抗虫性的基本概念
  • 1.8.2 植物对昆虫的防御反应
  • 1.8.3 植物对刺吸口器昆虫的抗性反应信号途径
  • 1.8.4 昆虫的生物型和基因对基因假设
  • 1.8.5 水稻品种对稻飞虱的抗性机制研究
  • 1.9 研究目的和意义
  • 第二章 水稻种质资源抗灰飞虱评价及抗性机制分析
  • 2.1 材料与方法
  • 2.1.1 试验材料
  • 2.1.2 试验方法
  • 2.2 结果与分析
  • 2.2.1 苗期集团鉴定法对灰飞虱的鉴定
  • 2.2.2 水稻幼苗对灰飞虱若虫的排驱性
  • 2.2.3 水稻对灰飞虱成虫定居及产卵的排驱性选择
  • 2.2.4 不同水稻品种对灰飞虱若虫的抗生性反应
  • 2.3 讨论
  • 第三章 利用KINMAZE/DV85 重组自交系群体定位水稻抗灰飞虱数量性状位点
  • 3.1 材料与方法
  • 3.1.1 供试材料
  • 3.1.2 飞虱
  • 3.1.3 抗虫性鉴定
  • 3.1.4 QTL 分析
  • 3.2 结果与分析
  • 3.2.1 改进的苗期集团筛选法鉴定重组自交系群体对灰飞虱的抗性及QTL 定位
  • 3.2.2 排驱性测验法鉴定DV85/Kinmaze 群体的抗性及QTL 检测
  • 3.2.3 抗生性测验及QTL 定位
  • 3.3 讨论
  • 第四章 利用回交重组自交系群体分析水稻抗灰飞虱QTL
  • 4.1 材料与方法
  • 4.1.1 供试材料
  • 4.1.2 灰飞虱的饲养
  • 4.1.3 试验方法
  • 4.2 结果与分析
  • 4.2.1 苗期集团鉴定法检测 Nipponbare/Kasalath//Nipponbare BIL 群体的抗性表现及抗灰飞虱QTL 定位
  • 4.2.2 BIL 群体对灰飞虱的排驱性反应及抗性相关QTL 检测
  • 4.2.3 抗生性测验及QTL 定位
  • 4.3 讨论
  • 2群体检测灰飞虱抗性QTL'>第五章利用MUDGO/武育粳3 号F2群体检测灰飞虱抗性QTL
  • 5.1 材料与方法
  • 5.1.1 植物材料
  • 5.1.2 灰飞虱的饲养与繁殖
  • 5.1.3 抗灰飞虱性鉴定
  • 5.1.4 DNA 样品制备
  • 5.1.5 SSR 标记分析
  • 5.1.6 连锁图谱的构建及QTL 分析
  • 5.2 结果与分析
  • 5.2.1 遗传连锁图谱的构建
  • 1对灰飞虱的抗性表现'>5.2.2 亲本Mudgo、武育粳3 号及其F1对灰飞虱的抗性表现
  • 2：3家系对灰飞虱的抗性反应'>5.2.3 177 个F2：3家系对灰飞虱的抗性反应
  • 2群体抗灰飞虱QTL 分析'>5.2.4 F2群体抗灰飞虱QTL 分析
  • 5.3 讨论
  • 第六章全文结论
  • 参考文献
  • 附录
  • 致谢
  • 作者简历

    • 相关论文文献

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