两个水稻品种叶瘟抗性主效基因的精细定位与QTL分析

论文摘要

稻瘟病菌（无性世代为Pyricularia grisea,有性世代为Magnaporthe grisea）是危害水稻生产的主要病害之一。利用抗性基因培育水稻抗性品种是克服稻瘟病危害最经济有效的措施。由于稻瘟病菌群体结构和致病性的变化,含单抗性基因品种的抗性容易伴随新的致病型菌株的出现而丧失。因此,挖掘和鉴定广谱的抗性主效基因和抗性数量基因座位,通过分子标记辅助选择聚合有利的抗性基因,培育广谱和持久抗性的水稻品种,是水稻抗稻瘟病育种面临的主要工作。本研究分析了两个水稻抗性品种IR24和DV85的抗稻瘟病基因组成,鉴定和定位了3个稻瘟病抗性主效基因和多个抗性QTL。主要研究结果如下：1.IR24抗中国稻瘟病菌株的主效基因主要是Pi20（t）和Pib,其中Pi20（t）基因对北方粳稻区的菌株表现广谱抗性（94.2%）,对南方籼稻区的菌株的抗谱中等（52.6%）,是水稻抗稻瘟病育种的一个优良抗性基因。本研究从160个中国稻瘟病菌株中鉴定了一个能特异性鉴别Pi20（t）基因的菌株98095,利用该菌株接种Asominori（感）×IR24（抗）的重组自交系和F2群体,借助分子标记进行精细定位,鉴定出5个与Pi20（t）基因紧密连锁的SSR标记,即OSR32、RM1337、RM5364、RM7102和RM28050,其中,3个共分离标记RM1337、RM5364和RM7102对Pi20（t）基因选择效率达100%,2个旁侧标记OSR32和RM28050对Pi20（t）基因选择效率达98%以上。这5个分子标记在Pi20（t）基因的供体亲本IR24和一系列国内推广品种之间具有良好的多态性。Pi20（t）基因可以通过分子标记辅助选择直接应用于粳稻抗稻瘟病改良或与互补抗性基因聚合应用于籼稻抗稻瘟病改良。2.DV85对中国稻瘟病菌株具有高水平的抗性,其中对北方粳稻区的菌株的抗谱高达92.9%,对籼稻区菌株的抗谱为54.0%,在中国也是一个优良的抗源材料。利用Kinmaze（感）×DV85（抗）的重组自交系、BC1F1 （Kinmaze/DV85//Kinmaze）和F2群体对DV85进行抗性基因分析和基因定位,鉴定出一个新的显性主效抗稻瘟病基因Pidv（t）,位于1号染色体长臂末端。通过扩大F2作图群体和开发新标记,将Pidv（t）精细定位于Indel标记C4和SSR标记RM12182区间,与两标记的遗传距离分别为0.5cM和0.1cM,两标记之间的物理距离为66.9kb。Pidv（t）的精细定位为该基因的标记辅助选择和图位克隆奠定了基础。3利用91-17-2、97-27-2、59-3、L64-1、CH26和TH16等6个稻瘟病菌株接种两套重组自交系群体—Asominori（?）：感)×IR24（抗）的71个重组自交系（群体Ⅰ）和Kinmaze（?）：感)×DV85（抗）的81个重组自交系（群体Ⅱ）,分别从群体Ⅰ和Ⅱ鉴定出58个抗性QTL和59个抗性QTL分布于1-12号染色体上,其中病斑数（LN）、病斑长（LL）、病叶面积（LA）和病级（LD）等四个性状在群体Ⅰ中分别鉴定出16、13、12和17个抗性QTL,在群体Ⅱ中分别鉴定出16、12、14和17个抗性QTL。34个QTL的抗病等位基因源自IR24,24个QTL的抗病等位基因源自Asominori,29个QTL的抗病等位基因源自DV85,30个QTL的抗病等位基因源自Kinmaze。对表型变异贡献率大的QTL位于IR24的Pib座位和DV85的Pidv（t）座位,抗性QTL与主效基因共同构成了IR24和DV85的抗瘟性能力。两个群体鉴定的QTL均存在聚簇和共座位现象,聚簇现象多发生在主效基因座位区域,而同一菌株的不同致病性状鉴定的QTL常共座位。只有少数抗性座位抗2-3个不同的菌株,因而QTL表现了明显的小种特异性。通过比较分析,两个群体分别有17和15个抗性QTL区域对应存在着前人鉴定的抗稻瘟病QTL或主效基因,而两群体鉴定的QTL之间也存在11个共座位的QTL区域,表明水稻基因组存在保守的广谱抗稻瘟病QTL。这些保守的广谱抗性QTL有助于开展QTL的精细定位以进一步标记辅助选择和图位克隆QTL。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1. 稻瘟病的危害与防治策略
• 1.1 稻瘟病的危害
• 1.2 稻瘟病的防治策略
• 2. 稻瘟病抗性遗传资源与主效基因定位
• 2.1 水稻抗稻瘟病遗传资源研究
• 2.2 水稻品种的持久抗性与多基因抗性
• 2.3 水稻抗稻瘟病主效基因的定位
• 2.3.1 定位使用的群体
• 2.3.2 主效基因定位的研究进展
• 3. 稻瘟病抗性QTL的遗传本质、定位及其比较分析
• 3.1 稻瘟病抗性QTL的遗传本质
• 3.2 稻瘟病抗性QTL的定位
• 3.2.1 定位使用的群体
• 3.2.2 QTL的性状评价
• 3.2.3 QTL定位的统计遗传模型
• 3.2.4 稻瘟病抗性QTL的分子标记定位
• 3.3 QTL的比较分析
• 4. 植物防卫反应相关基因与抗病基因克隆
• 4.1 植物的防卫反应及其相关基因
• 4.2 稻瘟病菌诱导的水稻防卫反应相关基因
• 4.3 植物抗病基因的克隆
• 4.3.1 已克隆的植物抗病基因及其结构特征
• 4.3.2 水稻抗病基因的克隆
• 5. 水稻抗稻瘟病基因的分子标记辅助育种
• 5.1 分子标记辅助选择在抗病育种上的作用
• 5.2 水稻抗稻瘟病基因分子标记辅助育种的应用
• 5.2.1 单个抗性基因的转移
• 5.2.2 多个抗性基因的聚合
• 5.3 水稻抗稻瘟病基因分子标记的开发
• 6. 本研究的目的和意义
• 第二章 水稻品种IR24稻瘟病抗性主效基因的精细定位与QTL分析
• 第一节 稻瘟病广谱抗性基因Pi20（t）的精细定位及其标记辅助选择
• 1. 材料和方法
• 1.1 水稻材料
• 1.2 播种与育苗
• 1.3 供试菌株及小种划分
• 1.4 接种与抗性鉴定
• 1.5 DNA的提取与PCR扩增
• 1.6 基因定位
• 2. 结果与分析
• 2.1 Pi20（t）基因对中国稻瘟病菌株的抗谱
• 2.2 IR24的抗性遗传分析与Pi20（t）和Pib基因的鉴别
• 2.3 Pi20（t）基因的精细定位
• 2.4 Pi20（t）基因的分子标记辅助选择
• 2.4.1 12号染色体片段置换系Pi20（t）的分子标记检测
• 2.4.2 5个SSR标记对Pi20（t）的选择效率
• 2.4.3 5个SSR标记在IR24与推广品种间的多态性
• 3. 讨论
• 第二节 利用Asominori/IR24重组自交系群体分析水稻抗稻瘟病QTL
• 1. 材料和方法
• 1.1 水稻材料
• 1.2 稻瘟病接种与抗性评价
• 1.3 QTL定位
• 2. 结果与分析
• 2.1 亲本与RIL的抗感分析
• 2.2 QTL的定位
• 2.3 QTL的效应
• 3. 讨论
• 第三章 水稻品种DV85稻瘟病抗性主效基因的精细定位与QTL分析
• 第一节 稻瘟病广谱抗性基因Pidv（t）的精细定位
• 1. 材料和方法
• 1.1 水稻材料、播种与育苗
• 1.2 稻瘟病小种与接种
• 1.3 DNA的提取与分子标记检测
• 1.4 基因定位
• 2. 结果与分析
• 2.1 DV85的抗谱测定
• 2.2 DV85的抗性遗传分析
• 2.3 Pidv（t）基因座位的初步确定
• 2.4 Pidv（t）基因座位的精细定位
• 3. 讨论
• 第二节 利用Kinmaze/DV85重组自交系群体分析水稻抗稻瘟病QTL
• 1. 材料和方法
• 1.1 水稻材料
• 1.2 稻瘟病接种与抗性评价
• 1.3 QTL定位
• 2. 结果和分析
• 2.1 亲本与RIL的抗性评价
• 2.2 QTL的定位
• 2.3 QTL的效应
• 3. 讨论
• 第三节 共座位（Co-location）抗稻瘟病QTL的鉴定与分析
• 1. 材料和方法
• 1.1 水稻材料
• 1.2 稻瘟病接种、抗性评价与QTL的定位
• 2. 结果与分析
• 2.1 Asominori/IR24 RIL群体定位的抗性QTL与已知抗性基因座位的比较
• 2.2 Kinmaze/DV85 RIL群体定位的抗性QTL与已知抗性基因座位的比较
• 2.3 两个群体定位的抗性QTL的比较
• 3. 讨论
• 第四章 全文结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 在读期间发表和撰写的论文