分子標記輔助選育抗稻瘟病水稻新品種中科鹽8號

宛柏杰， 張夢龍， 岳紅亮， 劉 凱， 趙紹路， 朱靜雯， 代金英， 嚴國紅， 王愛民， 朱國永， 唐紅生， 孫明法

(江蘇沿海地區農業科學研究所，江蘇鹽城 224000)

稻瘟病是水稻上的主要病害之一，近年來，其危害面積和程度呈現不斷上升趨勢，對水稻高產穩產有嚴重的阻礙。由于稻瘟病菌不同生理小種的變化，品種抗性可能會隨著推廣時間的增加出現降低，因此，防治稻瘟病最經濟有效的方法就是不斷地選育和利用抗病品種。目前已經鑒定出100多個稻瘟病抗性基因，其中主效稻瘟病抗性基因約有24個，在水稻不同的染色體上均有分布。-位于水稻第12號染色體上，是最早被克隆的主效抗稻瘟病基因之一，編碼1個長度為928個氨基酸的細胞質膜受體蛋白。Bryan等研究發現，抗病基因-編碼的產物可以和稻瘟病菌中對應無毒基因表達的產物相互作用，引發植物的抗病反應，使水稻對稻瘟病菌產生抗病性，這符合基因對基因的假說。王軍等研究認為，在江蘇省粳稻種植區域，稻瘟病抗性基因-和-具有良好的抗性表現和應用價值，并且-基因已經在稻瘟病抗性育種中得到應用。鄒拓等研究發現，在冀東稻區水稻中含有抗稻瘟病基因-，對稻瘟病菌抗性也起到主效作用。王小秋等對江蘇省近年來育成的水稻新品種進行稻瘟病抗性基因檢測發現，-基因在材料中的分布頻率在45%以上，并且含有“+-”基因組合的材料，稻瘟病抗性較好，對改良江蘇省粳稻稻瘟病抗性具有重要的育種應用價值，并且還發現在檢測的品種中，其攜帶抗病基因數量與抗病性沒有達到顯著相關性，說明在水稻稻瘟病抗病育種中，需要應用主效基因或組合，而不是簡單的增加抗病基因的數量。邢運高等對黃淮稻區早熟水稻品種(系)的稻瘟病抗性與抗性基因相關性進行分析，結果表明，攜帶抗性基因-的材料，2019、2020年抗性比例分別為42.6%、49.2%，說明抗性基因-在黃淮稻區有較好的應用。在系譜選育過程中，利用分子標記輔助選擇技術，將主效抗稻瘟病基因導入到一個品種中，改良品種的稻瘟病抗性，可以增加品種對稻瘟病抗性的持久性。

本研究以大面積推廣品種徐稻3號為母本、水稻中間材料鹽99-77為父本進行雜交育種。利用分子標記輔助選擇改良徐稻3號水稻品種的抗病性，在后代中選育出抗稻瘟病、產量高、米質優的水稻新品種——中科鹽8號，于2021年通過國家品種審定委員會審定(審定編號：國審稻20210391)，創制了新的抗稻瘟病種質資源。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

徐稻3號為徐州農業科學研究所水稻室育成的優質高產粳稻品種；鹽99-77(攜帶稻瘟病抗性基因-)為江蘇沿海地區農業科學研究所選育的水稻中間材料，以及徐稻3號/鹽99-77配置的雜交種，用于稻瘟病分子標記檢測的F代家系編號為W1～W30。

1.2 稻瘟病抗性鑒定

由江蘇省農業科學院植物保護研究所提供供試菌株，接種方法參照水稻品種試驗稻瘟病抗性鑒定與評價技術規程，接種后30 d左右進行病情調查，稻瘟病鑒定標準見表1。

表1 稻瘟病鑒定標準

1.3 Pi-ta的標記檢測

參考朱勇良等的方法提取DNA。抗稻瘟病基因-引物設計參照陳鋒等的方法(表2)，引物由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。

表2 稻瘟病抗病基因檢測引物信息

2 結果與分析

2.1 抗性基因Pi-ta PCR擴增檢測

對F代選育的30個品系進行稻瘟病抗性基因-PCR檢測。徐稻3號作為陰性對照，鹽 99-77 作為陽性對照。從圖1可以看出，其中有16個水稻株系成功擴增出1 042 bp的條帶，表明其中16個株系含有-抗病基因，14個水稻株系不含有-抗病基因，含有抗病基因的株系分別為 W1～W7、W16、W18～W20、W25～W29，抗病基因出現的頻率為53.3%。

2.2 稻瘟病接種鑒定

采用人工接種的方法，對親本徐稻3號、鹽 99-77 以及選育的30個水稻F株系進行穗頸瘟人工接種鑒定，部分水稻株系接種稻瘟病菌后發病表現見圖2。由圖2、 表3可知， 徐稻3號表現為中感(病級為5級)，鹽99-77表現為中抗(病級為3級)，30份試驗材料中達到中抗的材料有8份、中感的材料有10份、感的材料有10份，高感的材料有2份。含有-抗病基因的材料，抗性等級都達到中感或中抗，達到中抗等級的材料，都含有-抗病基因。接種抗性表現為感病和高感的材料，都不含有-抗病基因。說明-抗病基因對提高水稻稻瘟病抗性起到一定的積極作用。

表3 F7株系接種鑒定與基因檢測結果

2.3 中科鹽8號選育過程

2008年夏，在江蘇省鹽城市南洋試驗農場用徐稻3號與鹽99-77雜交配組，獲雜交種35粒，后經過鹽城市和海南省三亞市3年5代異地選擇，2012年在F代通過分子標記輔助選擇和稻瘟病接種鑒定，篩選出優良單株進入鑒定圃，2015年鑒定的606號表現突出，2016進入大區品比試驗，命名為鹽稻15606，2017—2018年進行多點品比試驗，表現出優質、高產、多抗等特點。2019—2020年以鹽稻15606名稱推薦參加國家黃淮海粳稻區域試驗和生產試驗，2021年報審國家品種審定委員會審定，定名為中科鹽8號。中科鹽8號系江蘇沿海地區農業科學研究所、中國科學院遺傳與發育生物學研究所合作，育成的優質高產多抗常規中粳稻新品種，選育過程見圖3。

2.4 抗病、優質、高產水稻新品種中科鹽8號的農藝性狀

中科鹽8號于2019年推薦參加連云港農業科學院組織的國家黃淮海粳稻區域試驗，全生育期155.2 d，比對照徐稻3號晚熟2.0 d，主要農藝性狀2年區試綜合表現為有效穗數318.0萬穗/hm，株高100.2 cm，穗長16.8 cm，總粒數150.8 粒/穗，結實率 86.4%，千粒質量 26.4 g。中科鹽8號成熟期田間抗病性表現見圖4。2019—2020年江蘇省農業科學院植物保護研究所稻瘟病鑒定(表4)，天津市農業科學院稻瘟病鑒定(表5)，2年稻瘟病抗性平均綜合指數分別為2.0和3.5級，穗瘟損失率最高級3級。主要米質指標2年綜合表現：整精米率65.2%，堊白度3.2%，透明度1級，直鏈淀粉含量15.1%，膠稠度74 mm，堿消值7.0%，達到農業行業標準NY/T 593—2021《食用稻品種品質》3級(表6)，米質表現見圖5。2019年中科鹽8號參加試驗，

表4 中科鹽8號與對照稻瘟病抗性比較(南京)

表5 中科鹽8號 與對照稻瘟病抗性比較(天津)

表6 中科鹽8號 與對照品種稻米品質比較

平均產量為10 250.55 kg/hm，比對照徐稻3號增產5.33%；2020年續試，平均產量10 152.30 kg/hm，比對照徐稻3號增產6.93%；2年區域試驗平均產量10 201.50 kg/hm，比對照徐稻3號增產6.12%；2020年生產試驗，平均產量10 189.65 kg/hm，比對照徐稻3號增產6.36%(表7)。

表7 中科鹽8號與對照品種產量比較

3 討論與結論

隨著現代分子生物學的不斷發展，水稻育種將逐漸從常規田間經驗育種向分子智慧育種轉變。分子標記輔助選擇技術可以快速和準確地篩選出含有目的基因的植株，加快育種的效率。通過常規雜交育種的方法，將含有抗病基因的材料與高產優質的品種進行雜交，得到的后代通過不斷地與改良親本進行回交，在后代材料中篩選出與回交親本性狀相似的材料，再利用分子標記輔助選擇技術檢測材料中是否含有抗病基因，就可以篩選到含有抗病基因的高產優質水稻新材料。范方軍等利用水稻抗病基因-研究其與穗頸瘟的相關性，得到穗頸瘟的發病程度與稻瘟病抗性基因-存在顯著正相關。戴小軍等對水稻資源中抗性基因、、以及的分布進行研究，并對含有不同抗性基因材料的抗性反應進行相關性分析，結果表明，當材料中含有主效基因，并且同時含有-，其稻瘟病抗性表現為抗病。王軍等利用標記輔助選擇并結合多年田間選育和抗性鑒定，成功將3個抗病基因導入到高產品種中。

由于稻瘟病病菌生理小種會不斷的發生變異，抗病品種會隨著稻瘟病生理小種的變化，抗性逐漸減退，甚至可能喪失。因此，廣譜抗稻瘟病基因的挖掘越來越重要，近年來，從水稻品種谷梅四號中成功克隆到廣譜抗稻瘟病基因，并且基因已經在水稻抗病育種中得到應用。Li等研究發現，在水稻地方品種地谷中含有廣譜抗稻瘟病基因，其抗病機制是通過抑制相關基因的表達，增加水稻細胞中HO的富集，來提高水稻的抗稻瘟病能力。除了挖掘和利用廣譜抗稻瘟病單基因外，通過基因聚合育種實現水稻品種持久抗病也是目前關注的重點。陳紅旗將稻瘟病抗性基因、和，通過多次回交與標記選擇聚合在一起，以此來提高材料抗稻瘟病的持久性。柳武革等將和基因導入到三系不育系榮豐A中，選育出的新不育系和不同恢復系配組，其后代均表現出良好的稻瘟病抗性和豐產性。本研究利用攜帶稻瘟病抗性基因-的水稻中間材料鹽99-77為父本，與大面積推廣品種徐稻3號為母本進行雜交育種，改良徐稻3號水稻品種的抗病性，將抗病基因-成功導入到高產優質品種徐稻3號中，選育出優質、高產、抗病新品種中科鹽8號。雖然本研究僅僅利用了一個抗稻瘟病基因-，但由于-是主效抗病基因，在后代含有-基因的材料抗病性都表現不會太差，也有可能后代抗性表現好的材料，同時含有其他的未被檢測的抗病基因。綜上所述，通過在傳統育種過程中，利用主效抗病基因改良稻瘟病抗性，可以快速選育出抗病品種。