水稻抗稻瘟病基因研究進展

王丹　曹志　肖應輝

摘 要 水稻（Oryza sativa）作為世界上主要的糧食作物之一，它的生產關系糧食安全。稻瘟病是由真菌病原物Magnaporthe oryzae引起的，是水稻最嚴重的病害之一，嚴重威脅著世界的糧食生產。簡述國內外水稻抗稻瘟病基因的研究進展，

關鍵詞 水稻；稻瘟病；抗性基因

中圖分類號：S511 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2015）30-0-03

水稻（Oryza sativa）作為世界上主要的糧食作物之一，它的生產關系糧食安全。稻瘟病是由真菌病原物Magnaporthe oryzae引起的，是水稻最嚴重的病害之一，嚴重威脅著世界的糧食生產[1]。據統計，從1975-1990 年間，全世界由稻瘟病導致的水稻產量損失高達1.57億t[2]。自20世紀末以來，我國稻瘟病每年發生面積均超過380萬hm2，所造成的產量損失達數億公斤每年[3]。實踐證明，控制此病害最經濟、有效和環保的方法是利用寄主的抗性培育和種植抗病品種[1，4]，而應用分子標記輔助選擇（Marker-assisted Selection，MAS）技術將多個具有不同抗譜的稻瘟病抗性基因聚合到同一個品種中，是培育具有持久抗瘟性品種的有效措施之一[5]。

1 稻瘟病的抗性遺傳

稻瘟病抗性可分為兩種類型：完全抗性和部分抗性。完全抗性是指寄主與病原菌之間以一種不親和的方式互作，病原菌不能在寄主上完成生長世代；這種抗性一般是由單個主效抗病基因控制的，這種抗性對病原菌具有小種專一性，在特定的品種中抗性的壽命有限，原因是它對病原菌進化的選擇壓很大。而部分抗性是指寄主與病原菌以一種親和方式互作，但其能減輕病原菌的侵染程度；一般認為，部分抗性是由多個基因控制的[6]，每一個微效基因又稱為數量性狀基因座QTL。

2 稻瘟病抗性基因定位與克隆

20世紀60年代中期，日本率先開展了水稻抗稻瘟病基因的遺傳研究，并取得了一系列的研究成果。隨著分子生物學的不斷發展，各種類型分子標記的開發和應用，推動了水稻稻瘟病抗性基因定位與克隆研究迅速發展。截至目前，已至少報道了69個抗稻瘟病位點和83個主效基因，這些抗性基因或主效QTL大多被精細定位。其中，Pib、Pita、Pi9、Pi2、Piz-t、Pid2、Pi36、Pi37、Pik-m、Pid3、Pi-t、Pi5、Pish、Pi54、Pik、Pik-p、Pia、Pi25、Pi1、 Pi56、Pi63、PiCO39、Pi64、Pi50、pi21和Pb1等26個基因被成功克隆，這些基因分布于除第3 染色體外的其余11條染色體上，其中第6、11和12染色體分布最多。稻瘟病抗性基因在染色體上往往成簇分布，如Pi2、Pi9和Piz-t同為Piz位點上的復等位基因，Pi1、Pik-h/Pi54、Pik-m和Pik-p同為Pik位點上的復等位基因，Pid3與Pi25等位，Pia與PiCO39等位。

第6染色體Pi9/2位點是稻瘟病抗性基因密集區域，到目前為止至少有10個以上的基因被定位，分別是Pigm、Pi2、Piz–t、Pi2–2、Pi9、Pi26、Pi40、Pi50、Piz和qBR6。廣譜抗稻瘟病基因Pi9首先由Amante Bordeos等[7]從小粒野生稻導入栽培稻中并命名，并獲得了與之緊密連鎖的RFLP標記RG64和R2132，遺傳距離分別2.8cM和2.7cM；后被精細定位于水稻第6染色體短臂的NIP基因和PK基因之間。在抗譜表現方面，Pi9抗譜相當廣，對來自13個國家的43個稻瘟病菌株均表現出很高的抗性。Qu等利用圖位克隆方法最終克隆了Pi9[8]。Pi2為Pi9同一位點上的抗瘟基因，Mew[9]、Yu[10]和吳金紅[11]等的研究將抗性基因Pi2（t）最終定位在標記RG64和AP22之間，遺傳距離分別是0.9cM和1.2cM。Zhou等利用圖位克隆方法克隆了Pi2，Pi2和Pi9同源性很高，只存在幾個氨基酸的差異，抗譜也只有幾個稻瘟菌生理小種差異[12]。吳建利等在谷梅2號第6號染色體定位了2個抗稻瘟病基因Pi-25和Pi-26。Pi-25對中國稻瘟菌菌系92-183（小種ZC15）有較強的葉瘟和穗瘟抗性，定位于水稻第6染色體標記A7和RG456之間，圖距分別是1.7cM和1.5cM；Pi-26對菲律賓稻瘟菌菌系Ca89有較強的葉瘟抗性，定位于水稻第6染色體上標記B10和R674之間，圖距分別是5.7cM和25.8cM[13]。此外，江南等研究發現，分子標記AP4007、AP4791、AP5659-5和AP5930與谷梅2號中的主效抗病基因共分離[14]。Deng[15]等通過開發新的標記，定位了谷梅4號中的廣譜抗性基因Pigm，將其定位在水稻第6染色體上CAPS標記C5483與C0428之間的70kb區間內，與廣譜抗性基因Pi2/Pi9緊密連鎖或等位。此外，他還發現Pi26基因可能也在同一位點。王悅[16]等對天津野生稻中的主效抗稻瘟病基因Pi2–1進行了定位，將其定位在第6號染色體上Pi9/2位點，位于SSR標記AP5659–5和RM7213之間，與兩標記的遺傳距離分別為0.9cM和1.4cM。

此外，黃紅梅[17]將湘資3150中的抗稻瘟病基因Pi47定位在第11染色體上，位于標記RM224和RM206之間。而后史學濤[18]對湘資3150中的抗稻瘟病基因Pi47進行了精細定位，將Pi47定位在水稻第11染色體長臂端，位于SSR標記RM224和STS標記K134之間；而后又通過開發新的分子標記，最終將Pi47定位在CAPS標記S32和K33之間，與兩標記的遺傳距離分別為0.21 cM和0.03 cM，分子標記S10與其共分離。

Rybka等利用RFLP標記和RAPD標記定位了位于第十二號染色體中部的兩個抗稻瘟病基因Pi-ta2和Pi-ta，它們是緊密連鎖的，后來對兩個基因進行深入研究發現含有Pi-ta2基因的水稻品種都具有Pi-ta基因，Tetep等通過接種實驗發現Pi-ta2 比Pi-ta抗譜更廣。Wu等從1440個RAPD引物產物中發現了3個標記與目的基因Pi-ta的遺傳距離小于0.5cm，為Bryan等最終克隆該基因奠定了良好的基礎[19]。此外，王悅等又將天津野生稻中另一個主效抗稻瘟病基因Pi51（t）定位在第12染色體上位于標記RM5364和RM27990之間，與兩標記的遺傳距離分別為0.4 cM和0.8cM[20]。此外，黃紅梅將湘資3150中的另一主效抗稻瘟病基因Pi48定位在第12染色體上，位于標記RM5364和RM7102之間4.2cM的區間內[21]。劉楊對Pi48基因進行了精細定位，將Pi48定位于第12號染色體著絲粒附近，標記LY-2與Pi48之間的遺傳距離只有0.025cM左右，并且該標記與Pi48共分離[22]。

隨著對稻瘟病抗病基因和致病機理以及抗病基因在寄主和病原菌之間相作深入研究，對水稻抗稻瘟病侵染全過程的詳細了解以及新生物技術手段發展和應用，一定能夠將稻瘟病的危害逐漸減小的。

參考文獻

[1]Ou SH. Rice Diseases， 2nd edn[M].Kew：Commonwealth Mycological Institute， 1985：109-201.

[2]Baker B， Zambryski P， Staskawicz B， et al. Signaling in Plant-microbe Interactions[J].Science，1997（276）：726-733.

[3]Shen M G， Lin J Y. The Economic Impact of Rice blast Disease in China. In： Zeigler R S， Leong S A， Teng P S. Rice Blast Disease[M]. England， UK：CAB International，1994：321-331.

[4]Zeigler R S， Tohme J， Nelson J， et al. Linking Blast Population Analysis to Resistance Breeding： A Proposed Strategy for Durable Resistance. In Zeigler RS， Leong SA， Teng PS （eds） Rice Blast Disease[M].United Kindom： CAB International and IRRI， Wallingford，1994：16-26.

[5]Hittalmani S， Parco A， Mew T V， et al. Fine Mapping and DNA Marker-assisted Pyramiding of the Three Major Genes for Blast Resistance in Rice[J]. Theoretical and Applied Genetics，2000（100）：1121-1128.

[6]Bonman J M， Mackill D J. Durable resistance to rice blast disease[J].Oryza，1988（25）：103-110.

[7]Amante-Bordeos A， Sitch LA， Nelson R， et al.Transfer of Bacterial Blight and Blast Resistance from the Tetraploid Wild rice Oryza Minuta to Cultivated Rice， Oryza sativa[J].Theor Appl Genet.1992，84（3-4）：345-54.

[8]The Broad-spectrum Blast Resistance Gene Pi9 Encodes A Nucleotide-binding Site-leucine-rich Repeat Protein and is A Member of A Multigene Family in Rice. Genetics，2006（172）：1901-1914.

[9]Mew T V， Parco A S， Hittalmani S， et al. Fine-mapping of Major Genes for Blast Resistance in Rice[J].Rice Genet Newsl，1994（11）：126-128.

[10]Yu Z H. Molecular Mapping of Rice （Oryza sativa L. ） Gene Via Link Age to Restriction Fragment Length Polymorph Ism（RFLP）markers[D].Ithaca， N. Y：Comell University，1991.

[11]吳金紅，蔣江松，陳惠蘭，等.水稻稻瘟病抗性基因P-i2（t）的精細定位[J].作物學報，2002，28（4）：505-509.

[12]Zhou， B.， Qu， S.， Liu， G.et al. The Eight Amino-acid Differences Within Three Leucine-rich Repeats Between Pi2 And Piz-t Resistance Proteins Determine the Resistance Speci?city to Magnaporthe grisea[J]. Mol.Plant-Microbe Interact. 2006（19）：1216-1228.

[13]Wu J L， Fan Y Y， Li D B， et al. Genetic Control of Rice Blast Resistance in the Durably Resistant Cultivar Gumei 2 Against Multiple Isolates[J].Theoretical and Applied Genetics， 2005， 111（1）： 50-56.

[14]江南.水稻品種Jefferson和谷梅2號廣譜抗稻瘟病基因的發掘與定位[D].長沙：湖南農業大學，2010.

[15]Deng Y， Zhu X， Shen Y， et al. Genetic Characterization and Fine Mapping of the Blast Resistance Locus Pigm（t） Tightly Linked to Pi2 and Pi9 in A Broad-spectrum resistant Chinese variety[J].Theoretical and Applied Genetics，2006，113（4）：705-713.

[16]王悅，鄧曉娟，江南，等.天津野生稻稻瘟病抗性的遺傳分析與抗瘟基因Pi2-1的初步定位[J].湖南農業大學學報：自然科學版，2013，39（1）：40-45

[17]Huang H M， Huang L， Feng G P， et al. Molecular mapping of the new blast resistance genes Pi47 and Pi48 in the durably resistant local cultivar Xiangzi 3150[J].Phytopathology，2011（101）：620-626.

[18]史學濤.水稻品種湘資3150中抗稻瘟病基因Pi47的精細定位[D].長沙：湖南農業大學，2012.

[19]Krystyna Rybka， Masaru Miyamoto， Ikuo Ando， et al. High Resolution Mapping of the Indica-Derived Rice Blast Resistance Genes II. Pi-ta2 and Pi-ta and a Consideration of Their Origin[J].Molecular Plant-Microbe Interactions 1997（10）：517-524

[20]Wu K S， Martinez C， Lentini Z， et al. Cloning A Blast Resistance Gene by Chromosome Walking//Rice Genetics：Ⅲ. Proceedings of the Third International Rice Genetics Symposium[M].Manila： IRRI， 1996：669-674.

[21]Wang Y， Wang D， Deng X J， et al. Molecular Mapping of the Blast Resistance Genes Pi2-1 and Pi51（t） in the Durably Resistant Rice‘Tianjingyeshengdao[J].Genetics and Resistance，2012，8（102），779-786.

[22]劉楊.水稻品種湘資3150中抗稻瘟病基因Pi48的精細定位[D].長沙：湖南農業大學，2012.

（責任編輯：趙中正）