稻瘟病抗性基因的分子定位及克隆

水稻稻瘟病抗性基因座Piz和Pik的探秘之旅作者：***来源：《福建农业科技》2022年第05期摘要：由稻瘟病菌Magnaporthe oryzae引起的稻瘟病是我国乃至世界水稻生产上的重要病害。

目前生产上主要有栽培管理、化学药剂和选用抗病品种等防治方法，其中利用抗病基因培育抗病品种已被证实为最经济有效和环境友好的选择。

回顾了本课题组在过去10多年利用分子生物学和多组学等研究技术，在抗性基因筛选、鉴定和应用以及抗病机制解析方面的工作。

另外，还综述了近年来关于水稻抗性基因和稻瘟病菌无毒基因方面的研究进展，以及与抗病基因Piz-t相关的物质和代谢途径，如五羟色胺和色氨酸途径等。

这些信息有望为水稻分子设计抗病育种提供参考。

关键词：稻瘟病;抗性基因;Piz基因座;Pik基因座;标记辅助育种;五羟色胺中图分类号：S 511文献标志码：A文章编号：0253-2301（2022）05-0001-11DOI： 10.13651/ki.fjnykj.2022.05.001Exploration of the Rice Blast Resistance Gene Loci Piz and Pik in RiceTIAN Da-gang（Biotechnology Research Institute， Fujian Academy of Agricultural Sciences， Fuzhou，Fujian 350003， China）Abstract： The rice blast， caused by Magnaporthe oryzae， is a main disease on rice production in China and even in the world. At present， the control methods including the cultivation management， chemical agents and the selection of disease-resistant varieties were mainly used in production to prevent and control the rice blast. Among them， the breeding of the disease-resistant varieties with disease-resistant genes has been proved to be the most economical effective and environmentally friendly choice. In this paper， the research work of our team in the screening，identification and application of resistance genes and the analysis of resistance mechanisms by using the techniques such as molecular biology and multi-omics analysis in the past 10 years were reviewed. In addition， the research progress of rice resistance genes and the avirulence genes of Magnaporthe oryzae in recent years were summarized， as well as the substances and metabolic pathways related to the resistance gene Piz-t， such as 5-hydroxytryptamineand tryptophan pathway. These information would be expected to provide reference for the molecular design of the disease-resistant breading in rice.Key words： Rice blast; Resistance genes; Piz locus; Pik locus; Marker-assisted breeding; 5-hydroxytryptamine由稻瘟病菌引起的水稻稻瘟病是水稻生产上最具破坏性的病害之一。

水稻品种抗稻瘟病等位基因鉴定及抗瘟新基因的定位和克隆水稻是全世界最重要的粮食作物之.。

在水稻生产中,病害的发生是威胁生产的重要问题。

由真菌灰色巨角间座壳菌(Magnaporthe grisea)引起的稻瘟病作为最主要的病害之一,广泛发生于全世界各水稻产区。

在我国稻瘟病位于水稻上三大病害之首,严重危害时致使水稻产量损失严重,尤其在晨露时间较长的丘陵地区或山区甚至经常出现绝收的现象,多年来一直是我国水稻产量及粮食安全的严重威胁。

生产实践证明,培育持久抗性品种是稻瘟病防控的首要措施。

本文通过对水稻主栽品种及育种亲本的抗瘟基因型进行鉴定,并通过对水稻品种抗稻瘟病新基因Pi65(t)的精细定位、克隆和载体构建,以期了解不同抗病基因在品种中的分布,为抗病品种选育及品种布局提供理论依据。

1.辽宁省主栽水稻品种抗稻瘟病的等位基因型鉴定研究选取了辽宁省24份水稻材料,根据9个抗稻瘟病基因的保守区设计引物,扩增各品种的编码区序列,对扩增子序列进行对比分析,鉴定各基因在24个品种中的分布情况,并对部分抗病等位基因进行了功能验证。

结果表明：辽宁省24个主栽水稻品种均不携带Pi36、Pi37、Pi21、Pit及其抗病等位基因,而Pid2、Pid3、Pita、Piz-t和Pil/Piks/Pikm/Pikp在24个品种中以不同突变类型及不同频率出现,其中,在2个品种中检测到Pid2的抗病等位基因及Pid3的抗病等位基因；4个品种检测到Pita的抗病等位基因,Pita的等位基因中新发现的几处碱基突变并未影响抗病基因的功能；所有品种中均无与Pik及其复等位基因完全一致的序列,但利用携带AVR-Pik的稻瘟病菌接种鉴定结果表明,辽粳454和沈农265携带的Pik等位基因可能仍具有抗病基因功能；在品种中检测到19种Piz-t的等位基因,接种结果表明大部分突变位点均使Piz-t的等位基因丧失了抗病功能。

2.港育129品种抗稻瘟病新基因Pi65(t)的精细定位利用辽宁省采集的稻瘟病群体,对辽宁省110份水稻材料进行抗谱分析,结果筛选出连续两年在田间表现高抗(港育129)、高感(辽星1号)的品种,经基因型鉴定分析,高抗品种中不含有任何已知的抗病基因。

水稻恶苗病抗性相关基因的鉴定及多抗基因的聚合育种利用水稻(Oryza sativa L.)是世界上最重要的粮食作物之一,养活50%的世界人口。

与其它作物类似,水稻也会遭遇许多病害,对产量造成一定的损伤。

由F.fujikuroi真菌造成的水稻恶苗病,可导致作物产量减少达40%以上,造成巨大的经济损失。

因此,非常有必要对恶苗病做一个系统的的研究,为恶苗病抗性的分子遗传机制研究的突破和深入研究提供参考。

另外,抗性基因的挖掘最终是为了育种利用,目前,稻瘟病、白叶枯病、纹枯病、恶苗病、稻曲病、褐飞虱和白背飞虱等病虫害对水稻造成很大的产量损失。

选育具有多抗基因的新品系,对确保水稻的产量安全至关重要。

本研究对不同水稻品种接种恶苗病前后的幼苗进行mRNA测序和蛋白质组相对定量分析,同时利用RIL永久群体进行恶苗病抗性的QTL定位研究,通过转录组与蛋白组定量联合分析,以及QTL定位的结果,鉴定差异表达基因、差异表达蛋白和恶苗病抗性相关QTLs,阐述恶苗病抗性的分子遗传机制,为恶苗病抗性基因的克隆和育种利用奠定基础。

在抗性基因的育种利用方面,本研究通过分子标记辅助选择(MAS)技术聚合抗病和抗褐飞虱基因,选育新的恢复系,并评价新品系在两年不同气候条件下人工接种病虫后的抗性表现。

研究结果有利于水稻的抗性育种。

1、将1个中抗恶苗病的籼稻品种9311和1个感病的粳稻品种日本晴通过RNA-Seq测序进行表达谱分析。

通过对照和处理的表达谱比较分析,9311品种共获得1,152个差异表达基因,日本晴则获得1,052个差异表达基因。

进一步比较两个品种在转录组水平上的差异,发现两个品种存在不同的表达模式。

通过GO注释和富集分析,虽然两个品种具有一样的与防御相关的GO条目,但有部分防御相关的GO条目在9311品种中特异性富集。

对防御相关的差异表达基因的具体分析发现,部分WRKYs,WAK和MAP3Ks与9311品种的恶苗病抗性有关。

水稻稻瘟病及其抗病基因的鉴定、分子标记的研究进展水稻稻瘟病及其抗病基因的鉴定、分子标记的研究进展水稻稻瘟病(Magnuprothe grisea.无性态：Pyriculariagrisea)是水稻最主要的病害之一。

水稻为世界上最重要的粮食作物之一，世界约有1/2人口以稻米为主食。

但是由于水稻病虫的危害，平均每年有近10%产量遭受损失。

稻瘟病又称稻热病，因为害期、部位不同分为苗瘟、叶瘟、穗瘟、节瘟、谷粒瘟等类型，其中以叶瘟危害最大。

稻瘟病广泛分布于水稻栽培的国家和地区，每年都造成严重损失。

据统计，1975～1990年间全世界11%～30%的水稻因稻瘟病而颗粒无收，全球粮食损失达1.57亿吨，年增长超过1千万吨(Baker等，1997)。

我国的稻瘟病危害也相当严重，自上世纪90年代以来，我国稻瘟病的年发生面积均在380万hm2以上，年损失稻谷达数亿公斤(董继新等，2000)。

目前，我国北方粳稻面积有7000万亩，约占全国水稻播种面积的17％，其中东北地区粳稻面积4700万亩左右。

与南方籼稻相比，北方粳稻在品质和商品量上占有独特优势，其发展潜力巨大。

因此有效控制和防治稻瘟病害具有十分重要的意义。

为了减少病虫害造成的水稻产量损失，人们多采用综合防止的措施，最主要的技术有两种：一是利用不断更新换代的化学农药；二是选择对主要病虫有抗性的良种。

前者不仅成本较高而且污染环境，毒害人体，不利于现代农业的持续发展。

因此改良水稻品种的抗性成为水稻育种工作者的重要目标之一。

长期的生产实践证明，水稻抗稻瘟病品种的选育和利用是防治稻瘟病行之有效的措施。

但由于引进和新育成的抗稻瘟病品种的单一化和稻瘟病生理小种遗传的复杂性和致病力的多样性，往往造成抗病品种在推广种植3～5年后即因产生能侵染该品种的优势小种，最终导致新品种抗性丧失（Ahn等，1996）。

因此加快抗病育种的进程，加强对稻瘟病的防治研究是一项十分迫切而重要的任务。

1.1 水稻稻瘟病的研究进展1.1.1 水稻稻瘟病病原菌研究进展1.1.1.1 水稻稻瘟病菌致病型(生理小种)的研究早在1922年，日本Sasaki(Yamada，1985)在选育抗病品种中就已发现了稻瘟病病菌(Pyricularia garise)的生理分化现象。

综合Vol.51No.1水稻稻瘟病抗性基因及稻瘟病菌无毒基因研究进展张丽丽，桑海旭,马晓慧，毛艇，阙补超，王绍林，张战,于深外李春泉(辽宁省盐碱地利用研究所，辽宁盘锦124010)摘要:稻瘟病是水稻生产上最为重要的病害之一，可引起大幅度减产。

水稻一稻瘟病菌互作机制是目前研究植物与病原物互作的模式系统。

关于稻瘟病抗性基因、稻瘟病菌无毒基因的研究取得显著进展,为水稻抗稻瘟病分子标记辅助育种、基因工程育种及稻瘟病绿色防治提供了广阔的前景。

对稻瘟病菌侵染机制、稻瘟病抗性基因定位与克隆、抗病基因和无毒基因的互作模式等方面进行了综述，并对有待开展进一步研究的方向进行了展望。

关键词:水稻;稻瘟病;抗性基因定位与克隆;稻瘟病菌无毒基因;研究进展中图分类号:S435.111.4+1;Q943.2文献标志码:A文章编号：1673-6737(2021)01-0054-05Research Progress on Rice Blast Resistance Genes and Avirulent Genes ofRice Blast FungusZHANG Li-li,SANG Hai-xu,MA Xiao-hui,MAO Ting,QUE Bu-chao,WANG Shao-lin,ZHANG Zhan,YU Shen-zhou,LI Chun-quan(Liaoning Saline-Alkali Land Utilization Research Institute,Panjin Liaoning124010,China)Abstract：Rice blast is one of the most important diseases in rice production,which can cause a large yield reduction. Rice-Magnaporthe grisea interaction mechanism is a model system for studying the interaction between plant and pathogen.Significant progress has been made in the research on rice blast resistance genes and non-virulent genes of rice blast fungus,which provides a broad prospect for molecular marker-assisted breeding,genetic engineering breeding and green control of rice blast resistance.In this paper,the infection mechanism of rice blast,localization and cloning of rice blast resistance genes,and the interaction mode of disease resistance genes and non-toxic genes were reviewed,and the future research directions were also prospected.Key words：Rice,Rice blast,Mapping and cloning of resistance genes,Avirulent gene of Magnaporthe grisea,Research progress水稻(0巧za sativa L.)是世界重要的粮食作物之一，也是我国重要口粮作物,水稻生产在确保我国粮食安全上具有重要地位,2017年以来，我国每年水稻种植总面积达3020万hm2,产量达2亿t以上［1-3］。

黄淮稻区推广水稻品种稻瘟病抗性基因Pi9和Pi-ta的分子鉴定李俊周;田志强;刘李鑫哲;董楠楠;索阳;赵全志【摘要】为明确Pi9和Pi-ta2个稻瘟病抗性主效基因在黄淮稻区种植水稻品种中的分布状况,利用分子标记对60个水稻品种进行Pi9和Pi-ta抗稻瘟病基因的分子鉴定.结果表明,60个检测品种中31个含有Pi9抗性基因,9个含有Pi-ta抗性基因,郑稻18、豫农粳12号、豫稻16、泰香2号、武香粳14号和武运粳21号等6个品种携带2个抗病基因.黄淮稻区水稻育种Pi9基因利用广泛,Pi-ta基因利用较少,今后应加强Pi-ta及更多主效广谱抗稻瘟病基因的聚合利用.【期刊名称】《种子》【年(卷),期】2018(037)009【总页数】4页(P1-4)【关键词】分子标记;稻瘟病;Pi9;Pi-ta;分子鉴定【作者】李俊周;田志强;刘李鑫哲;董楠楠;索阳;赵全志【作者单位】河南粮食作物协同创新中心,河南省水稻生物学重点实验室,河南农业大学,郑州450002;河南粮食作物协同创新中心,河南省水稻生物学重点实验室,河南农业大学,郑州450002;河南粮食作物协同创新中心,河南省水稻生物学重点实验室,河南农业大学,郑州450002;河南粮食作物协同创新中心,河南省水稻生物学重点实验室,河南农业大学,郑州450002;河南粮食作物协同创新中心,河南省水稻生物学重点实验室,河南农业大学,郑州450002;河南粮食作物协同创新中心,河南省水稻生物学重点实验室,河南农业大学,郑州450002【正文语种】中文【中图分类】S435;S511水稻是全球重要的粮食作物之一，我国50%以上人口以稻米为主食。

稻瘟病又称稻热病，是由子囊菌引发的真菌性病害。

水稻稻瘟病主要通过气流传播，在水稻生长全生育期均可发病，对水稻生产威胁极大，许多水稻品种因抗病性不佳，常造成严重损失，甚至绝产。

利用抗稻瘟病基因培育抗稻瘟病水稻新品种是最有效的防治稻瘟病手段，也是分子育种的主要方向[1]。

Latisail抗稻瘟病基因定位及分子标记辅助选择育种
的开题报告
题目：Latisail抗稻瘟病基因定位及分子标记辅助选择育种
研究背景：
稻瘟病是世界范围内稻米生产中的一种重要病害。

该病害主要通过稻谷叶片和秆干上的病斑，导致稻米的萎缩和腐朽，从而降低稻米的产量和质量。

目前防治稻瘟病的主要措施是通过选择抗病品种进行种植。

因此，研究抗稻瘟病基因的定位和分子标记辅助选择育种，对于提高稻米的产量和质量具有重要意义。

研究目的：
本研究的目的是通过基因定位和分子标记辅助选择育种的方法研究Latisail抗稻瘟病基因，为抗病育种提供科学依据。

研究方法：
1. 选取Latisail杂交组合的育种材料，对其进行抗稻瘟病性状的鉴定和评价。

2. 采用分子标记技术进行基因定位，选取合适的分子标记，对Latisail抗稻瘟病基因进行定位。

3. 通过分析Latisail抗稻瘟病基因的表达，探究其抗性机理。

4. 利用上述结果，开展Latisail抗稻瘟病基因的克隆和功能研究，为后续的抗病育种提供更深入的科学依据。

预期结果：
本研究预计通过基因定位和克隆，确定Latisail抗稻瘟病基因的位置和功能。

同时，通过分子标记辅助选择育种的方法，育出抗稻瘟病的新品种，为提高稻米的产量和质量提供科学依据。

研究意义：
1. 为研究稻米的抗病机理提供新思路和新方法。

2. 为开展抗病育种和粮食安全提供科学依据。

3. 为解决长期以来稻瘟病对粮食安全所造成的威胁，促进粮食生产的持续发展。

水稻稻瘟病菌侵染机理及综合防治技术摘要介绍稻瘟病菌侵染机理，并提出综合防治技术，以为稻瘟病的防治提供参考。

关键词稻瘟病；侵染机理；综合防治技术稻瘟病是影响水稻生产最重要的三大病害之一，是由稻瘟病菌（Magnaporthe grisea）引起的水稻真菌性病害，是制约水稻生产的重要因子，导致水稻减产或品质严重下降。

根据稻瘟病的危害期及发病部位的不同，可分为苗瘟、节瘟、叶瘟、穂颈瘟、谷粒瘟，其中，穂颈瘟对产量的影响最大，叶瘟是最典型的发病标志。

前期受害可造成叶片枯焦，全株黄化枯死，抽穗扬花以后则形成穗颈瘟，造成白穗或谷粒干瘪；其危害普遍、流行快、损失大，整个生育期均可发生，大流行年份常造成大面积减产，损失20%左右，甚至50%以上，严重时会导致颗粒无收。

我国稻瘟病年发生面积均在380万hm2以上，稻谷损失达数亿千克，成为制约水稻生产的一个重要因子[1]。

1 稻瘟病菌侵染机理病菌以菌丝及分生孢子在病株上越冬，温、湿度条件适宜时，大量分生孢子即可产生，当其接触寄主表皮上机动细胞后，通过芽孢及粘胶在寄主上附着，然后分生孢子利用自身的内源营养萌发形成发芽管，发芽管继而特异性分化产生有黑色素的附着胞。

附着胞作为稻瘟病菌产生的侵染结构，其通过侵染栓穿透寄主组织的角质层和表皮细胞壁，从而在寄主细胞中得以生长，5～7 d后即可表现症状。

被侵染的细胞又产生菌丝和分生孢子梗，分化出的分生孢子从病斑中释放出来，再次传播形成重复侵染。

稻瘟病在气温24～28 ℃、相对湿度90%以上、阴雨连绵阳光不足的情况下最易发病。

稻瘟病菌附着孢的形成除受遗传因子调控外，还受外界因素的诱导。

附着胞形成与水稻叶片表面的理化性质有一定关系，如蜡质等硬物可刺激附着胞形成。

稻瘟病菌的单个分生孢子可以培养出多个生理小种，单个病斑分离出的菌株的致病性也不尽相同。

突变、异核现象、准性重组、有性重组、迁移和寄主的定向选择是稻瘟病菌产生变异的原因。

2 综合防治技术2.1 抗病品种选育品种间对稻瘟病的抗性有明显差异，张其蓉等对长江中下游稻区1 165份水稻区域试验品种进行了田间病圃自然诱发抗稻瘟病鉴定，结果表明水稻品种对稻瘟病表现抗病的占12.53%，感病的占87.47%，抗病品种比例明显小于感病品种。