遼寧常規水稻育種中抗稻瘟病基因分析與利用

姚繼攀　梁傳斌　劉博　蔣洪波　劉軍　沈楓

摘? 要：通過對遼寧常規水稻9個品種的抗稻瘟病基因和表現型綜合分析，結果表明：遼粳401、遼粳香1號和遼粳香2號只攜帶一個抗病基因Pita，抗性一般，表現為抗和中抗;遼粳419和遼粳1499含有兩個抗病基因Pita、Pia，進一步增強稻瘟病抗性，表現為抗和高抗;遼粳軟1號含兩個抗病基因Pita、Pi1，也表現抗和高抗;而遼粳1540和遼粳2086都屬于優質晚熟品種，之間親緣關系較近，都不含稻瘟病抗性基因，表現為抗和中抗;外引品種粳北812只有一個抗性基因Pi1，抗性最差。明確9個水稻品種含有抗病基因情況，通過聚合其它抗病基因使用，可以快速提高選育水稻新品種的廣譜抗性。

關鍵詞：粳稻;育種;稻瘟病;抗性基因

Analysis and Utilization of Rice Blast Resistance Genes in Conventional Rice Breeding in Liaoning Province

YAO Ji-pan ， LIANG Chuan-bin ， LIU Bo ， JIANG Hong-bo ， LIU Jun ， SHEN Feng

（Liaoning Rice Research Institute， Shenyang 110101， China）

Abstract： A comprehensive analysis of blast resistance genes and phenotypes of 9 varieties of conventional rice in Liaoning showed that Liaogeng-401， Liaogengxiang-1 and Liaogengxiang-2 carried only one resistance gene Pita， and the resistance was normal and moderate. Liaogeng-419 and Liaogeng-1499 contain two resistance genes， Pita and Pia， which further enhance the resistance of rice blast， showing resistance and high resistance. Liaogengruan-1 contains two resistance genes Pita and Pi1， which also show resistance and high resistance. However， Liaogeng-1540 and Liaogeng-2086 are high quality late maturing varieties， which are closely related to each other and do not contain blast resistance genes， showing resistance and moderate resistance. The imported variety Gengbei-812 has only one resistance gene Pi1， and the resistance is the worst. It is clear that 9 rice varieties contain disease resistance genes， and the broad-spectrum resistance of new rice varieties can be rapidly improved by using other disease resistance genes.

Key words： Japonica rice; Breeding; Rice blast; Resistance gene

水稻是全球最主要的糧食作物之一，而水稻的稻瘟病一直是危害其產量的最重要的因素[1]，在適宜的溫度和濕度下，稻瘟病可使水稻產量損失度達到30%～50%，在發病最嚴重的地方，可以造成水稻顆粒無收。為避免水稻稻瘟病大面積發生，保障糧食安全，水稻抗病育種是最有效的途徑。

在2022年6月至10月通過對9個常規水稻品種的抗病基因進行鑒定，解析遼寧水稻抗病基因Pi1、Pia、Pita在9個水稻品種中存在形式和各品種在各地區稻瘟病抗性表現之間的關系，旨在明確水稻抗病基因在水稻抗病育種中的作用，通過回交和聚合抗病基因方式，為遼寧水稻抗病育種雜交的組配提供依據。

1材料與方法

1.1? 供試材料

本試驗選用遼寧省水稻研究所大面積推廣的高抗病品種遼粳401和新審定的組合遼粳419、遼粳1499、遼粳1540，即將審定的組合遼粳2086、遼粳香1號、遼粳香2號、遼粳軟1號，以及外引品種粳北812，共9個水稻品種。

1.2? 試驗方法

1.2.1? 高密度基因芯片檢測? 利用武漢雙綠源創芯科技研究院有限公司研發的40K水稻高密度基因芯片，對供試材料的功能基因和單倍型進行分析。

1.2.2? 遼寧各地區抗病鑒定和表型分析? 分別在遼寧4個生態稻區設立田間自然誘發抗病鑒定圃，均以蒙古稻為感病對照。在沈陽于分蘗盛期調查記載葉瘟和穗瘟發生情況。

2? 結果與分析

2.1? 抗性基因單倍型分析

單倍型分析依據文章發表的基因型以及具體的表型驗證數據，選取了基因內部及上下游100Kb區域內特異的一組多態性標記對樣品是否含有某種抗性基因進行判斷。表格中snpnum指的是每個基因對應的一組多態性標記的數量，樣品編號下方的小數代表每個樣品在這一組多態性標記上的基因型與標準樣對比的相似度，例：基因Bph14對應的一組多態性標記數為29，如果待測樣品在這一組中與標準樣基因型一致的標記數為27，則相似度為27/29=0.93。

本次分析共對下述抗性基因進行了單倍型分析，具體包括：Bph26、Bph18、Bph15、Bph14、Bph9、Bph6、Pi1、Pi2、Pi5、Pi9、Pia、Pid2、Pid3、Pigm、Pita、Xa23、Xa21、xa13、Xa7、xa5。抗性基因單倍型分析（表1）具體結果匯總如下：遼粳香1號和遼粳香2號、遼粳401含有Pita抗性位點;遼粳419和遼粳1499含有Pia、Pita兩個抗性位點;粳北812含有Pi1抗性位點;遼粳軟1號含有Pi1、Pita抗性位點。有研究表明單獨攜帶Pita抗病基因的水稻品種對遼寧地區稻瘟病菌抗性較差，在進行抗病品種選育時，聚合其它抗病基因使用，可以提高品種的廣譜抗性[2]。近些年，單獨攜帶Pita抗病基因的遼粳401在大面積推廣栽培過程中表現抗性逐漸衰退。而遼粳419和遼粳1499聚合了Pita和Pia兩個抗病基因，在推廣栽培中依然表現出較強的抗病性。粳北812只有一個抗性基因Pi1，結合抗性表型數據其抗性表現一般。

2.2? 聚類分析

對本次9份樣品進行聚類分析。聚類分析是通過比較兩兩樣品之間的位點差異，得到一個9×9維的矩陣（圖1）。

對9個水稻品種進行系統聚類分析，結果表明，其中抗稻瘟病較好的遼粳401、遼粳419和遼粳1499之間親源關系較近;而遼粳香1號和遼粳香2號之間都含有香味基因和抗稻瘟病基因，遺傳背景比較接近;遼粳1540和遼粳2086都屬于優質晚熟品種，之間親緣關系較近;遼粳軟1號選育過程中，親本引入軟米水稻材料，親緣相對較遠;粳北812從圖上看親緣較遠，實際上也是外引品種符合實際情況。

2.3? 各地區抗性鑒定

稻瘟病菌源自于遼寧省4個生態稻區（沈陽蘇家屯、盤錦大洼、鐵嶺開原、丹東東港）。通過菌株產孢方法，利用菌株的活化培養基（PDA培養基），產孢培養基為玉米粒培養基。分別在遼寧4個生態稻區設立田間自然誘發抗病鑒定圃，均以蒙古稻為感病對照[3]。在沈陽于分蘗盛期調查記載葉瘟和穗瘟發生情況。由表2可見，遼粳419在沈陽和盤錦地區均表現高抗稻瘟病，而在鐵嶺和丹東表現出抗病。總體看在丹東地區表現最容易感病，其次是鐵嶺、盤錦、沈陽地區（表2）。

2.4? 遼寧沈陽地區水稻抗病表型分析

調查田間誘發抗病表型發病反應型的接種時期為2022年7月下旬（水稻出穗前），人工接種15 d后進行接種鑒定抗病性調查，按照致病反應型統一標準進行評定，發病級按照感病級別較高者為準[4]。從圖2上看，水稻葉片抗病表型最好的是遼粳419和遼粳1499，其次是遼粳香1號、遼粳401、遼粳1540、遼粳軟1號，稍差的是遼粳香2號、遼粳2086，最不好的是外引品種粳北812。

3? 結論與討論

在對遼寧育種中9個水稻品種進行20個抗稻瘟病基因單倍型分析的基礎上，通過田間自然誘發抗病鑒定和人工接種的方法進行抗病鑒定，結果表明，在遼寧地區抗稻瘟病基因主要是Pia、Pil和Pita的應用較多。同時攜帶Pita和Pia兩個抗病基因，對混合菌的抗性表現為高抗，而單獨攜帶Pita基因并不能顯著提高感病品種對稻瘟病的抗性[2]。

目前，水稻抗病育種方法，通過回交導入和聚合抗病基因來提高雜交后代抗病性，通過分子標記輔助育種可快速提高選育水稻新品種的廣譜抗性，可以把更多的時間用于水稻其它性狀的改良，從而提高育種效率。而在遼寧現有水稻育種材料中未發現南方水稻中重要的抗稻瘟病基因Pigm、Pi9，把這兩種抗稻瘟病基因和我們現在的育種材料通過秈粳架橋更好地聚合在一起，相信不久將來會實現，更好提高水稻抗稻瘟病基因的廣譜抗性。抗稻瘟病基因分析和利用是現階段遼寧水稻抗稻瘟病育種的主要方向。

參考文獻：

[1] 劉輝，孟德龍，査日揚，等.江蘇水稻品種稻瘟病主效抗性基因鑒定及應用評價[J].福建農業學報，2015，30（5）：452-458.

[2] 馬作斌，王麗麗，顧爽，等.遼寧地區粳稻品種抗稻瘟病基因Pita的等位基因類型及其功能研究[J].遼寧農業科學，2018（4）：1-6.

[3] 潘爭艷，邱福林，呂桂蘭，等.遼寧省粳稻品種稻瘟病抗性基因分析[J].中國水稻科學，2019，33（3）：241-248.

[4] 王麗麗，趙家銘，馬作斌，等.遼寧地區水稻資源抗稻瘟病基因的檢測分析[J].植物遺傳資源學報，2017，18（2）：325-339.

收稿日期：2023-08-22

作者簡介：姚繼攀（1981-），男，碩士，副研究員，主要從事水稻遺傳育種與高產栽培技術研究工作。