遼寧常規(guī)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(guī)水稻9個品種的抗稻瘟病基因和表現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)為抗和高抗;遼粳軟1號含兩個抗病基因Pita、Pi1，也表現(xiàn)抗和高抗;而遼粳1540和遼粳2086都屬于優(yōu)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(xiàn)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(fā)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(fā)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(guī)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(qū)稻瘟病抗性表現(xiàn)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(jù)。

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(chuàng)芯科技研究院有限公司研發(fā)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(qū)抗病鑒定和表型分析? 分別在遼寧4個生態(tài)稻區(qū)設立田間自然誘發(fā)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(fā)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(jù)文章發(fā)表的基因型以及具體的表型驗證數(shù)據(jù)，選取了基因內部及上下游100Kb區(qū)域內特異的一組多態(tài)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(tài)性標記的數(shù)量，樣品編號下方的小數(shù)代表每個樣品在這一組多態(tài)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(tài)性標記數(shù)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(shù)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(qū)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(xiàn)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(xiàn)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(shù)據(jù)其抗性表現(xiàn)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(tǒng)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(yōu)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(qū)抗性鑒定

稻瘟病菌源自于遼寧省4個生態(tài)稻區(qū)（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(yǎng)基（PDA培養(yǎng)基），產孢培養(yǎng)基為玉米粒培養(yǎng)基。分別在遼寧4個生態(tài)稻區(qū)設立田間自然誘發(fā)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(fā)生情況。由表2可見，遼粳419在沈陽和盤錦地區(qū)均表現(xiàn)高抗稻瘟病，而在鐵嶺和丹東表現(xiàn)出抗病。總體看在丹東地區(qū)表現(xiàn)最容易感病，其次是鐵嶺、盤錦、沈陽地區(qū)（表2）。

2.4? 遼寧沈陽地區(qū)水稻抗病表型分析

調查田間誘發(fā)抗病表型發(fā)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(tǒng)一標準進行評定，發(fā)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(fā)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(qū)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(xiàn)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(xiàn)有水稻育種材料中未發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)，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(xiàn)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(yè)學報，2015，30（5）：452-458.

[2] 馬作斌，王麗麗，顧爽，等.遼寧地區(qū)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(yè)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(qū)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。