劉全勝 (湖南省岳陽市種子繁育推廣中心,湖南 岳陽 414000)

水稻白葉枯病抗性基因研究進展

劉全勝 (湖南省岳陽市種子繁育推廣中心,湖南 岳陽 414000)

白葉枯病是水稻的一種重要病害。目前已有30多個水稻白葉枯抗性基因被鑒定。簡述了白葉枯病抗性基因的克隆與定位研究進展，并介紹了幾種具有重要利用價值的抗性基因的應(yīng)用及今后的發(fā)展前景與注意問題。

白葉枯病; 抗性基因; 基因克隆; 基因定位

水稻白葉枯病是一種世界性的重要細(xì)菌病害。水稻白葉枯病是由Xanthomonasoryzaepv.oryzae(Xoo)引起的一種維管束病害。病原菌通常經(jīng)傷口或水孔等進入寄主維管束，沿維管束傳播，再在木質(zhì)部中大量繁殖，最后蔓延至整個植株，導(dǎo)致病害不斷擴大和加重[1]。

據(jù)報道，水稻白葉枯病每年給亞洲地區(qū)帶來至少60%的水稻產(chǎn)量損失。據(jù)國際水稻中心統(tǒng)計，日本近年約有300 000～400 000 hm2的水稻受到該病害的危害，在發(fā)病較重的地區(qū)產(chǎn)量損失達20%～50%。在印度，每年有數(shù)百萬公頃的水稻發(fā)病，產(chǎn)量損失達6%～60%。在中國，除新疆、甘肅等尚未發(fā)現(xiàn)外,南北各稻區(qū)均有發(fā)生[2]。

1 水稻對白葉枯病的抗性

水稻白葉枯病(Bacterial blight, BB)病原菌隨著抗病基因的利用和布局，其群體遺傳結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生變化，促使新、老毒性基因不斷交替。國內(nèi)外大量研究證實了水稻白葉枯病原菌群體遺傳結(jié)構(gòu)的亞群之間存在明顯的地區(qū)差別。通過植病學(xué)家提供白葉枯病病菌群體變化的連續(xù)觀察信息，掌握本國或地區(qū)致病型(小種)優(yōu)勢菌群的分布和消長情況，才能進行抗病基因合理部署和交叉利用，或采用基因累加系、創(chuàng)造品種抗性遺傳多樣性或基因屏障，實現(xiàn)合理利用和延長抗病基因的壽命[5]。方中達等[4]根據(jù)從全國收集到的835個菌株在5個最基本的鑒別品種上的致病反應(yīng)，將中國白葉枯病病原菌劃分為7個致病型，北方粳稻區(qū)多為II和I型,南方秈稻區(qū)以IV型為主，還有少量V型，長江流域主要為II和IV型。從20世紀(jì)60年代末，國際水稻所(IRRI)充分發(fā)揮其遺傳評價和利用計劃中多學(xué)科協(xié)作的作用，用當(dāng)時流行的各種白葉枯病菌系對廣泛收集的各國品種進行鑒定，從而鑒定出6個白葉枯病菌生理小種和100多個抗源。

對應(yīng)于眾多的白葉枯病生理小種，水稻對白葉枯病的抗性遺傳上也多種多樣。從群體遺傳角度，抗病性分為垂直抗性和水平抗性2類，而根據(jù)生產(chǎn)上應(yīng)用可分為單基因抗性和多基因抗性。單基因抗性主要是顯性抗性由于其可以提供明顯的抗感界限，便于對后代進行選擇，所以最容易進入育種程序，但主要問題是單基因可能由于病原菌新小種的出現(xiàn)而被克服。迄今已鑒定出Xa1、Xa2,...,Xa26等主效抗性基因，其中大多數(shù)為顯性。垂直抗性能抵抗一個或幾個病原小種，又稱專化性抗性。單基因抗性一般都是比較強的抗性。水平抗性又叫小種非?；钥剐裕话阌晌⑿Ф嗷蚧蚍Q數(shù)量性狀位點(QTL)控制，其效應(yīng)較小，抗病性易受環(huán)境條件影響。由于水平抗性對病原菌不同小種都表現(xiàn)抗性，抗病性不是特異性的，故抗性較為穩(wěn)定持久。

2 水稻白葉枯病抗性基因的克隆

由于不同國家地區(qū)所用的鑒別系統(tǒng)和菌系不同，其鑒定的抗性基因缺乏可比性。為此，日本和IRRI從1982年開始合作，采用統(tǒng)一的方案，利用近等基因系建立了一套國際水稻白葉枯病單基因鑒別系統(tǒng),對早期命名的21個白葉枯病抗性基因進行整理和統(tǒng)一鑒定[6]。目前經(jīng)國際注冊確認(rèn)和期刊報道的水稻白葉枯抗性基因共有31個。Ogawa等[7]采用菲律賓小種1、2、3、4、6等5個代表菌株鑒定BJ1群品種的抗性基因,發(fā)現(xiàn)了新的抗性基因xa13。Taura等[8]分析了菲律賓白葉枯病鑒定品種TN1對菲律賓小種5的抗性,從而發(fā)現(xiàn)了Xa14。Ogawa等[9]分析了日本品種阿蘇稔(Asaminori)對日本小種Ⅱ(代表菌株H8313)的成株抗性，表明其抗性由一對新的顯性基因Xa17控制。Yamamoto等[10]發(fā)現(xiàn)IR24、Milyang23和豐錦(Toyonishiki)在孕穗期對2個緬甸白葉枯病菌株BM8417和BM8429具有抗性，其抗性由一對新的顯性基因Xa18控制。Sidhu等[11,12]曾分析了DV85、DV86和DZ78 3個孟加拉品種對菲律賓小種1的代表菌株P(guān)XO61的抗性后，認(rèn)為其抗性受2對基因控制，1對是控制全生育期抗性的隱性基因Xa，另1對是孕穗成株期抗病的顯性基因xa7。Mir等[13]用菲律賓小種1～6鑒定出DV86、DV85、Aus 295等品種在全生育期對小種1、2、3、4和6 5個小種都抗病。Khush等[14]進一步用小種6將這3個品種與攜有xa13的品種BJ1進行等位性測試，F(xiàn)2群體呈7抗∶9感的分離比，與xa13不等位，并獨立遺傳，該新基因被命名為xa24(t)。Xa25(t)是IRRI的Amante-Bordeos等[15]通過種間雜交、胚拯救(embryo rescue)和回交等手段，將四倍體小粒野生稻(O.minuta,BBCC)的白葉枯病抗性導(dǎo)入栽培稻IR31914-45-3-2而獲得的BC2F4株系78-1所攜帶的抗性基因。xa21是第1個從野生稻中被克隆出來的重要功能基因[16]，是當(dāng)時惟一含有2個結(jié)構(gòu)域的新一類抗性基因，具有的廣譜抗性，也是研究得最深入的白葉枯病抗性基因。

近年來，采用形態(tài)標(biāo)記和分子標(biāo)記已把幾個白葉枯病抗性基因定位在染色體上，其中Xa-1，Xa-2和Xa-12定位在第4號染色體短臂上[17]，Xa-3，Xa-4，Xa-10和Xa-21定位在第11號染色體短臂上[18]，xa-5定位在第5號染色體上[19]，xa-13定位在第8號染色體上[20]，Xa-7和Xa-23定位在第11號染色體上[21,22]。

3 抗性基因的應(yīng)用

抗病基因的鑒定、定位和克隆迅速發(fā)展極大地促進了水稻抗白葉枯病分子育種研究。已鑒定了30個類型豐富的抗白葉枯病基因，拓寬了抗性遺傳改良基因源，為基因輪換、累加提供了選擇基礎(chǔ)。Xa1、Xa3、Xa4、xa5、xa13和Xa21都曾被應(yīng)用于抗病育種中[23,24]。Xa1和Xa3在日本和韓國的應(yīng)用都有效地控制了白葉枯菌的危害，但后來都因新的致病小種的出現(xiàn)而喪失了抗性。Xa4的抗性譜較廣，曾應(yīng)用于抗性水稻的培育,亞洲許多國家大面積應(yīng)用攜有Xa4基因的品種，目前我國主要栽培品種中大多數(shù)都含有該基因，但由于病原菌小種的進化,該基因已喪失了抗性[24]。現(xiàn)在最具有育種價值的是Xa21，主要是因為Xa21對水稻白葉枯菌具有廣譜抗性，并具有較強的轉(zhuǎn)育效應(yīng)[25]。但Xa21正在我國廣泛利用，其抗性尚處在高峰狀態(tài)，需要注意推廣地區(qū)的菌群變化情況。Xa23是個十分優(yōu)異的抗性基因，正是因為它具有高度抗性，未來遭遇致病菌群的襲擊是不可避免的，不宜集中利用。有些來自特定生態(tài)環(huán)境的抗性基因，長期與當(dāng)?shù)匕兹~枯病菌群協(xié)同進化，形成了優(yōu)異的抗性。從全局出發(fā)，應(yīng)與植物病理學(xué)家密切合作，針對性地將Xa21與Xa23、Xa22(t)、Xa7、xa5、xa13、Xa24等抗病基因進行輪換利用和合理布局，利用在高峰期的Xa23/Xa21這些優(yōu)異的抗病基因,及時、因地制宜地逐步累加其他新的抗病基因。

[1]何元強.水稻白葉枯病的研究進展[J].廣西農(nóng)學(xué)報,2004,6:1～4.

[2]阮輝輝.水稻抗白葉枯病基因的鑒定、定位和克隆進展[J].生物技術(shù)通訊,2008,3(19):463～467.

[3]方中達,許志剛,過崇儉,等.中國水稻白葉枯病菌致病型的研究[J].植物病理學(xué)報,1990,20(2)：81～88.

[4]錢 君.水稻白葉枯病抗性遺傳基礎(chǔ)研究進展[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2004,4(16):313～316.

[5]章 琦.水稻白葉枯病抗性基因鑒定進展及其利用[J].中國水稻科學(xué),2005,19(5):453～459.

[6]Ogawa T.Methods and strategy for monitoring racedistribution and identification of resistance genes to bacterial leaf blight (Xanthomonascampestispv.oryzae)in rice[J].JARQ,1993,27:71～80.

[7]Ogawa T,Lin L,Tabien R E,etal.A new recessive gene for resistance to bacterial blight of rice[J].Rice Genet Newsl,1987,4:98～100.

[8]Taura S,Ogawa T,Tabien R E,etal.The specific reaction of Taizhung Native to Philippine races of bacterial blight and in heritance of resistance to race 5(PXO 112)[J].Rice Genet Newsl,1987,4:101～102.

[9]Ogawa T,Yamamoto T.Resistance gene of rice cultivar, Asominori to bacterial blight of rice[J].Jpn J Breeding,1989,39(suppl 1):196～197.

[10]Yamamoto T,Ogawa T.Inheritance of resistance in rice cultivars,Toyonishiki,Milyang23 and IR24 to Myanmar isolates of bacterial leaf blight pat hogen[J].J A RQ,1990,24:74～77.

[11]Sidhu G S, Khush G S, Mew T W.Genetic analysis of bacterial blight resistance in seventy-four cultivars of rice,OryzaesativaL[J].Theor Appl Genet,1978, 53：105～111.

[12]Sidhu G S, Khush G S, Mew T W.Genetic analysis of resistance to bacterial blight in seventy cultivars of rice,OryzasativaL from Indonesia[J].Crop Improv,1979, 6(1)：19～25.

[13]Mir G N, Khush G S.Genetics of resistance to bacterial blight in rice cultivar DV86[J].Crop Res,1990, 3(2):194～198.

[14]Khush G S, Angeles E R.A new gene for resistance to race 6 of bacterial blight in rice,OryzasativaL[J].Rice Genet Newsl,1999, 16：92～93.

[15]Amante-Bordeos A, Sitch L A, Nelson R,etal.Transfer of bacterial blight and blast resistance from the tetraploid wild rice,Oryza minutato cultivated rice,Oryzasativa[J].Theor Appl Genet,1998, 84：345～354.

[16]Song W Y, Wang G L, Ronald P,etal.A receptor kinase-like protein encoded by the rice disease resistance geneXa-21[J].Science,1995, 270：1804～1806.

[17]Yoshimura S,Yoshimura A,Saito A,etal.RFLP analysis of introgressed chromosomal segments in three near-isogenic lines of rice for bacterial blight resistance genes,Xa-1,Xa-3 andXa-4 [J].Jpn J Gene,1992, 67：29～37.

[18]Ronald P C,Albano B,Tabien R,etal.Genetics and physical analysis of the rice bacterial blight disease resistance locus,X21[J].Mol Cen Genet,1992,236:113～120.

[19]]Blair M W,Mccouch S R.Microsatellite and sequence-tagged site markers diagnostic for the rice bacterial leaf blight resistance geneXa-5[J].Theor Appl Genet,1997,95:174～184.

[20]Zhang G,Angeles E R,Abenes M L P,etal.RAPD and RFLP mapping for the bacterial blight resistance genexa-13 in rice[J].Theor Appl Genet,1996,93:65～70.

[21]章 琦,趙炳宇,趙開軍,等.普通野生稻的抗水稻白葉枯病(Xanthomonasoryzaepv.oryzae)新基因Xa23(t)的鑒定和分子標(biāo)記定位[J].作物學(xué)報, 2000,26:536～542.

[22]王建設(shè),朱立宏,張紅生,等.利用RFLP標(biāo)記定位水稻白葉枯病基因Xa-7(初報) [J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,1996,19(3):125～129.

[23]Yoshimura S,Yamanouchi U,Kurata N,etal.Identification of a YAC clone carrying theXa1 allele,a bacterial blight resistance gene in rice[J].Theor Appl Genet,1996,93:117～122.

[24]章 琦.中國抗白葉枯病基因的利用與策略[J].植物保護學(xué)報,1995,22(3):241～246.

[25]白 輝,李莉云,劉國振.水稻抗白葉枯病基因Xa21的研究進展[J].遺傳,2006,28(6):745～753.

S435.111.4+7

A

1673-1409(2009)02-S0012-03

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2009.02.005

2009-04-21

劉全勝(1968-)，男，湖南岳陽人，農(nóng)藝師，主要研究方向為水稻栽培技術(shù).