邱在輝 胡標(biāo)林 肖葉青 李霞 彭志勤 萬勇

（江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所，南昌330200；*通訊作者：wanyong025@163.com）

東鄉(xiāng)野生稻重要耐逆性狀及其分子機制研究進(jìn)展

邱在輝 胡標(biāo)林 肖葉青 李霞 彭志勤 萬勇*

（江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所，南昌330200；*通訊作者：wanyong025@163.com）

東鄉(xiāng)野生稻是全球分布最北的普通野生稻，具有豐富的抗逆性狀，其育種利用價值高。本文綜述了近年來東鄉(xiāng)野生稻在耐冷、耐旱及抗蟲等重要耐逆性狀及其分子機制研究方面取得的進(jìn)展，以期為水稻耐逆性的進(jìn)一步研究提供依據(jù)。

東鄉(xiāng)野生稻；耐逆性；研究進(jìn)展

水稻是我國最重要的糧食作物之一。自第一次綠色革命以來，我國的水稻育種取得了長足發(fā)展，新品種（組合）不斷涌現(xiàn)，單產(chǎn)不斷提高，但達(dá)到較高的水平后，產(chǎn)量已長期徘徊不前，同時也有部分性狀如抗性和對環(huán)境的適應(yīng)性出現(xiàn)逐漸弱化的現(xiàn)象。其主要原因可能是過度的人工定向選擇導(dǎo)致現(xiàn)代水稻品種大量潛在優(yōu)良基因丟失，遺傳背景日趨狹窄所致。因此，提高現(xiàn)有水稻品種的高產(chǎn)潛力和抗性能力必須通過多種途徑發(fā)掘新的優(yōu)異基因資源，增加遺傳多樣性，而增加遺傳多樣性的一個有效途徑就是從野生稻資源中發(fā)掘有用基因。

東鄉(xiāng)野生稻于1978年在江西省東鄉(xiāng)縣東源鄉(xiāng)首次被發(fā)現(xiàn)，主要分布在東鄉(xiāng)縣崗上積鎮(zhèn)的坎下壟、庵家山、樟塘、水桃樹下一帶[1-2]，被認(rèn)為是中國乃至世界緯度最北（東經(jīng) 116°36ˊ，北緯 28°14ˊ）的普通野生稻。東鄉(xiāng)野生稻的棲息地為低丘、沼澤、水溝和水塘等偏僻地，在長期的野生狀態(tài)中，土壤貧瘠，生態(tài)條件惡劣，經(jīng)受了各種災(zāi)害和不良環(huán)境的自然選擇，形成了極其豐富的遺傳多樣性，從而保存了許多栽培稻不具有的或已消失的優(yōu)良基因，特別是抗病蟲基因和耐非生物脅迫基因，是極其珍稀的稻種資源。而在東鄉(xiāng)野生稻的眾多抗逆特性中，以強耐冷性和抗旱性最為突出[2-3]，受到水稻育種學(xué)家和生物學(xué)家所重視，因此，我國將東鄉(xiāng)野生稻列為國家二級保護(hù)野生植物。研究東鄉(xiāng)野生稻耐逆性的遺傳機制，進(jìn)一步定位并克隆其耐逆性基因，把東鄉(xiāng)野生稻優(yōu)異等位基因?qū)朐耘嗟局校梢杂行Т龠M(jìn)水稻耐逆性育種研究。近年來，隨著水稻分子生物學(xué)的快速發(fā)展，東鄉(xiāng)野生稻耐冷、耐旱及抗蟲等耐逆性狀分子機制研究取得了較大進(jìn)展。

1 耐冷基因定位與克隆

冷害是指作物在生長發(fā)育期間，遭遇其生長所需的適溫以下至冰點以上的低溫，引起作物生長停滯或生育障礙，導(dǎo)致顯著減產(chǎn)的現(xiàn)象。我國每年冷害損失稻谷達(dá)30～50億kg，嚴(yán)重冷害發(fā)生的頻率為3～4年1次，局部區(qū)域幾乎每年發(fā)生。水稻生長的最低溫度為8℃～10℃，最高溫度為40℃～50℃，適宜溫度為15℃～30℃（粳稻）、18℃～33℃（秈稻），粳稻遇到15℃、秈稻遇到18℃以下低溫會發(fā)生冷寒。而東鄉(xiāng)野生稻不僅在氣溫連續(xù)低于20℃條件下仍能正常開花結(jié)實，而且在氣溫-12.8℃～0℃的低溫條件下能安全越冬[1]，耐冷性極強，是水稻耐冷基因研究的特異材料。

1.1 東鄉(xiāng)野生稻苗期耐冷性QTL

水稻從種子萌發(fā)到成熟的整個生長發(fā)育期間都可能遭遇低溫冷害，其中芽期、苗期、孕穗期和開花灌漿期是低溫敏感期。苗期冷害主要對水稻葉片和根系造成損傷，導(dǎo)致秧苗失綠、分蘗減少、秧苗枯萎甚至死苗，時常在我國長江中下游的早稻種植區(qū)和東北、西北稻區(qū)及云貴高原的一季稻區(qū)發(fā)生，是這些稻區(qū)水稻減產(chǎn)的主要原因之一。

應(yīng)用5個栽培稻品種與東鄉(xiāng)野生稻雜交的野栽交后代，考察1葉1心期（5±1）℃處理6 d、常溫下恢復(fù)10d后的活苗率，對東鄉(xiāng)野生稻苗期耐冷性的經(jīng)典遺傳分析結(jié)果表明，東鄉(xiāng)野生稻苗期耐冷性主要受2對重復(fù)基因控制，為完全顯性，同時其細(xì)胞質(zhì)對耐冷性有影響[2]。張成良等[4]利用沙培法對東鄉(xiāng)野生稻與栽培稻（早秈1504和晚秈926）雜交組合的6個世代的2葉1心期秧苗進(jìn)行10℃（晝）/6℃（夜）低溫處理7 d后，考查秧苗的最長不定根長和不定根數(shù)，應(yīng)用主基因多基因混合遺傳模型分析了苗期根性狀的耐冷遺傳，結(jié)果表明，東鄉(xiāng)野生稻最長不定根長的遺傳屬于1對加性主基因+加性-顯性多基因遺傳，不定根數(shù)則為2對顯性-加性-上位性主基因遺傳。最近，簡水溶等[5]利用228份協(xié)青早B/東鄉(xiāng)野生稻回交重組自交系群體開展東鄉(xiāng)野生稻苗期耐冷性研究，結(jié)果表明，東鄉(xiāng)野生稻苗期耐冷性表現(xiàn)為質(zhì)量-數(shù)量性狀遺傳特征，受主基因-多基因控制。這些耐冷性研究均表明，東鄉(xiāng)野生稻耐冷性是多基因控制的數(shù)量性狀。

上述的耐冷性經(jīng)典遺傳研究為東鄉(xiāng)野生稻耐冷基因研究打下了很好的基礎(chǔ)，但不能明確東鄉(xiāng)野生稻耐冷基因的對數(shù)、效應(yīng)以及基因互作方式。近年利用DNA分子標(biāo)記開展的東鄉(xiāng)野生稻苗期耐冷基因定位表明，東鄉(xiāng)野生稻苗期耐冷性是多基因控制的數(shù)量性狀。應(yīng)用213份協(xié)青早B/東鄉(xiāng)野生稻BC1F1株系為材料，以1葉1心期秧苗6℃處理2 d下的死苗率為苗期耐冷性指標(biāo)進(jìn)行QTL定位，陳大洲等[6]分別在第3和第8染色體檢測到耐冷性連鎖標(biāo)記RM280和RM337，表型貢獻(xiàn)率為3.6%和2.7%。Mao等[7]等利用協(xié)青早B/東鄉(xiāng)野生稻BC1F7群體和1504/東鄉(xiāng)野生稻F7群體等2套遺傳群體，分別考察10℃處理8 d、8℃處理4 d和8℃處理6 d等3種低溫處理下的耐冷指數(shù)和活苗率進(jìn)行QTL分析，結(jié)果在協(xié)青早B/東鄉(xiāng)野生稻群體和1504/東鄉(xiāng)野生稻群體中分別檢測到15個和14個耐冷QTL，這些QTL增效等位基因均來自東鄉(xiāng)野生稻，其 中 qCTS3.1、qCTS7.2、qCTS8、qCTS11.1 和 qCTS11.2等5個QTL在2套群體和不同低溫處理中均被穩(wěn)定檢測到，是主效耐冷QTL。左佳等[8]利用9311/東鄉(xiāng)野生稻F2群體為材料，以4（±1）℃處理2 d后苗期分蘗葉片相對電導(dǎo)率為耐冷指標(biāo)進(jìn)行QTL定位分析，檢測到2個耐冷QTL qSCR3和qSCR11，其表型貢獻(xiàn)率分別為16.3%和19.2%。夏瑞祥等[9]利用南京11和東鄉(xiāng)野生稻構(gòu)建的144份BC2F1單株為材料，以（4±1）℃處理2 d后的根系電導(dǎo)率為耐冷性狀，在第10染色體上檢測到2個QTL——qRC10-1和qRC10-2，位于標(biāo)記RM171附近，其表型貢獻(xiàn)率分別為34.13%和37.02%。后來，Xiao等[10]繼續(xù)利用151份南京11/東鄉(xiāng)野生稻BC2F1單株為研究材料，以2葉期秧苗4（±1）℃處理2 d后根系電導(dǎo)率為耐冷指標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步QTL分析，再次檢測到qRC10-1和qRC10-2，接著利用13 342份BC5F2次級定位群體，將qRC10-2染色體區(qū)間縮小至48.5kb區(qū)間（qc45-qc48），該區(qū)域內(nèi)的2個候選基因Os10g0489500和Os10g0490100可提高水稻苗期和成熟期的耐冷性。同時，該研究團(tuán)隊利用同一套南京11/東鄉(xiāng)野生稻BC2F1遺傳群體，以2葉期秧苗4（±1）℃處理2 d后的葉片滲透勢和死苗率為耐冷指標(biāo)，共檢測到7個耐冷相關(guān)QTL，包括3個葉片滲透勢QTL和4個死苗率QTL，其中qLOP2和qPSR2-1為主效QTL；同時利用11 326份BC4F2和8 642份BC4F3等2套次級定位群體將2個QTL界定于39.3 kb區(qū)間（RM221-RS8）內(nèi)；基因表達(dá)和序列分析表明，Os02g0677300是該位點的冷誘導(dǎo)基因[11]。Liu等[12]利用桂朝2號和東鄉(xiāng)野生稻的回交后代群體為材料，萌芽7 d后進(jìn)行4℃～5℃低溫處理，開展苗期耐冷基因的QTL分析，共定位到7個耐冷 QTL，分別分布在第 1、2、5、6、7 和 10 號染色體上，并發(fā)現(xiàn)基因LTT7可提高幼苗的耐冷性（表1）。

1.2 東鄉(xiāng)野生稻孕穗開花期的耐冷QTL

孕穗開花期冷害是指水稻進(jìn)入生殖生長到開始抽穗開花期間受到低溫的影響，導(dǎo)致花粉發(fā)育不正常繼而影響正常開花授粉形成空殼的冷害現(xiàn)象。這種冷害常在我國東北、云貴高原粳稻區(qū)及長江中下游地區(qū)的晚稻中發(fā)生。與苗期低溫相比，孕穗開花期低溫對水稻結(jié)實率的影響更大，特別是從四分體到早期小孢子階段，主要是由花藥發(fā)育不完全和花粉敗育導(dǎo)致小穗授粉失敗，孕穗期低溫還會引起小穗退化。在水稻開花期，低溫主要影響花藥開裂、花粉活力和花粉萌發(fā)，直接影響受精結(jié)實，進(jìn)而導(dǎo)致不育小穗的增加。

以桂朝2號/東鄉(xiāng)野生稻組合產(chǎn)生的284份BC4F2群體為遺傳材料，采用冷水灌溉法進(jìn)行孕穗開花期耐冷鑒定，以常溫和低溫條件下水稻單株的結(jié)實率差值作為孕穗開花期的耐冷性狀，Liu等[13]檢測到qRLT1-1、qRLT6-1和qRLT11-1等3個耐冷相關(guān)QTL，分別位于第 1、6與 11號染色體上，其中 qRLT1-1和qRLT6-1等2個QTL加性效應(yīng)值分別為26.6%和14.0%，其東鄉(xiāng)野生稻等位基因提高了回交群體孕穗開花期的耐冷性。Zhao等[14]利用159份BC4F4代桂朝2號/東鄉(xiāng)野生稻衍生漸滲系開展孕穗期耐冷QTL分析，定位到7個微效耐冷QTL，并篩選到1個苗期、孕穗期及開花期強耐冷株系SIL157，該株系的耐冷QTL qLTTB3.1區(qū)域中有6個候選基因在苗期和孕穗期耐冷脅迫下上調(diào)表達(dá)。這些耐冷QTL為水稻孕穗期耐冷分子育種提供了重要候選基因。

表1 不同群體中檢測到的水稻耐冷QTL

1.3 東鄉(xiāng)野生稻耐冷基因克隆

低溫誘導(dǎo)馴化能提高水稻抗逆相關(guān)酶的活性，增強水稻的耐冷性[15]。冷誘導(dǎo)基因表達(dá)的產(chǎn)物可分為2類：一類是與植物耐冷性的提高直接相關(guān)的功能性蛋白，如抗凍蛋白（AFP）、冰凍脫水保護(hù)蛋白（LEA蛋白基因、COR基因家簇、分子伴侶基因）[16]，另一類是調(diào)控性蛋白，可調(diào)控寒冷信號傳導(dǎo)、耐冷基因表達(dá)和抗寒蛋白活性，包括各種轉(zhuǎn)錄因子和蛋白激酶，如CBF轉(zhuǎn)錄因子、Ca2+依賴性蛋白激酶、細(xì)胞分裂蛋白激酶等。如CBF/DREB1轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)子被證明在低溫馴化中發(fā)揮了關(guān)鍵作用[17]，低溫脅迫條件下，CBF基因的誘導(dǎo)蛋白ICE1受到泛素化修飾，結(jié)合到CBF基因啟動子序列中的MYC元件，誘導(dǎo)CBF基因的表達(dá)[18]，其表達(dá)產(chǎn)物特異性地結(jié)合到含有CRT/DRE順式作用元件的啟動子上，啟動下游功能基因的表達(dá)，從而提高植物的耐冷性。因此，水稻耐冷機制涉及到非常復(fù)雜的信號傳導(dǎo)和基因調(diào)控等復(fù)雜機制，決定了克隆耐冷相關(guān)基因的復(fù)雜性和困難程度。

迄今，水稻耐冷基因克隆報道還較少。Saito等[19]將耐冷QTL Ctb1定位到17 kb的范圍內(nèi)，其中包含2個候選基因，分別編碼F-box蛋白和絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。其中F-box蛋白基因主要在幼穗表達(dá)，絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶基因在葉片和幼穗表達(dá)。從耐冷品種Norin-PL8中克隆到這2個基因，并進(jìn)行耐冷轉(zhuǎn)基因試驗，結(jié)果表明，F(xiàn)-box蛋白基因是耐冷基因。F-box蛋白和E3泛素連接酶亞基Skp1互作，表明泛素-蛋白酶體途徑可能參與了孕穗期的冷耐受過程。Ma等[20]分離到控制粳稻耐冷性數(shù)量性狀位點COLD1，過表達(dá)COLD1可顯著提高耐冷性；COLD1主要編碼位于質(zhì)膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的G蛋白信號調(diào)控因子，它與G-蛋白α亞基互作激活了Ca2+通道，由此感知低溫并提高了G-蛋白GTP酶活性。在COLD1中鑒別出的來自中國野生稻一個SNP位點，SNP2，涉及COLDjap/ind的水稻耐寒能力。上述耐冷基因的克隆對水稻耐冷研究具有重要意義。

近年來，對耐冷的普通野生稻（Oryza rufipogon Griff.）資源進(jìn)行耐冷相關(guān)基因定位與克隆，是一些研究者所采用的克隆水稻耐冷相關(guān)基因的方法之一。雖然東鄉(xiāng)野生稻的強耐冷性已有大量有關(guān)經(jīng)典遺傳學(xué)分析及耐冷相關(guān)QTL定位研究報道，但其耐冷基因克隆方面的研究報道不多。申國安[21]以東鄉(xiāng)野生稻為材料，利用抑制差減雜交法（Suppression subtractive hybridization,SSH）構(gòu)建了東鄉(xiāng)野生稻低溫誘導(dǎo)表達(dá)基因的SSH文庫，測序后發(fā)現(xiàn)部分EST序列可能與耐冷有關(guān)，并克隆到了編碼完整膽堿激酶、富含甘氨酸與脯氨酸的蛋白和類脯氨酸伸展蛋白受體激酶的3個基因序列，根據(jù)基因序列特征和基因表達(dá)分析，表明它們可能對水稻耐冷發(fā)揮重要作用。Li等[22]從東鄉(xiāng)野生稻中分離了堿性螺旋-環(huán)-螺旋（basic helix-loop-helix,bHLH）蛋白基因OrbHLH001，在擬南芥中過表達(dá)該基因可以提高轉(zhuǎn)基因植株的耐寒性和耐鹽性。

2 抗旱基因定位

我國是一個水資源短缺的國家。據(jù)統(tǒng)計，20世紀(jì)90年代以來，我國每年平均受旱面積達(dá)2 667萬hm2，由此造成糧食減產(chǎn)700～800億kg[23]。干旱已成為影響水稻生產(chǎn)的主要環(huán)境因子之一。因此，培育抗旱水稻品種進(jìn)而提高水稻在干旱條件下的產(chǎn)量，對減小干旱對水稻生產(chǎn)的影響極其重要。

2.1 水稻抗旱性及其抗旱機制

水稻抗旱性是水稻在大氣和土壤干旱條件下能正常生長、結(jié)實并能獲得足夠產(chǎn)量的能力，是基因遺傳及其與生長環(huán)境因子（如脅迫發(fā)生時期、強度、持續(xù)時間、土壤等）相互作用，致使細(xì)胞在形態(tài)結(jié)構(gòu)等方面發(fā)生適應(yīng)性改變后的綜合表現(xiàn)，是一個極其復(fù)雜性狀。水稻的抗旱適應(yīng)機制可分為干旱逃逸機制（drought escaping，DE）、耐旱機制 （drought tolerance，DT）、避旱機制（drought avoidance，DA）和復(fù)原抗旱性（drought recovery，DR）。其中，干旱逃逸機制（DE）是指水稻在水分敏感時期避開干旱脅迫的能力，如水稻品種提前抽穗揚花可以避開后期干旱脅迫，從而降低干旱造成的損失[24-25]；耐旱機制（DT）是指稻株忍受較長時期輕度或在某一生育期忍耐短時期嚴(yán)重缺水的能力；避旱機制（DA）指水稻在干旱條件下通過發(fā)達(dá)的根系來吸取水分或關(guān)閉氣孔來減低水分損失以保持高水勢的能力；復(fù)原抗旱機制（DR）是指水稻在經(jīng)過短期干旱脅迫后的恢復(fù)能力，Kamoshita等[26]認(rèn)為，這是水稻早期抗旱適應(yīng)性的有效策略。盡管不同抗旱機制的內(nèi)涵各不相同，而水稻在受到干旱脅迫并產(chǎn)生相應(yīng)的干旱響應(yīng)過程中，即從干旱脅迫信號的感應(yīng)到基因的適應(yīng)性表達(dá)過程，這些不同抗旱機制通常共同抵御干旱[27]，以最大限度地降低干旱脅迫造成的傷害；而其中以避旱機制最為重要，耐旱機制是僅次于避旱機制的第二防御機制[28-29]。同時由于水稻的抗旱機制不同，其抗旱遺傳機理也相應(yīng)不同，如Yue等[30]通過QTL分析認(rèn)為，水稻的耐旱機制（DT）和避旱機制（DA）具有不同的遺傳基礎(chǔ)，僅有部分QTL發(fā)生重疊。因此，隨著分子生物學(xué)的不斷發(fā)展，從更深層次來解析水稻不同抗旱機制的差異，可促進(jìn)水稻抗旱遺傳改良育種，提高水稻的抗旱能力。

2.2 東鄉(xiāng)野生稻抗旱性鑒定

水稻抗旱性是多基因與環(huán)境互作的復(fù)雜性狀，通過各種形態(tài)及理化性狀得以表達(dá)。研究水稻抗旱最為關(guān)鍵的是對水稻遺傳資源的抗旱性進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確、系統(tǒng)的評價，即鑒定其抗旱能力的大小，這有賴于研究者選用的抗旱鑒定方法和指標(biāo)等評價體系。近年來，許多學(xué)者運用不同鑒定方法從不同生育時期多種性狀等方面入手，就水稻抗旱性開展了大量研究。目前抗旱性鑒定方法主要有田間自然環(huán)境鑒定法、人工模擬環(huán)境法（盆缽栽法、旱棚水泥池法、生長箱或人工氣候箱法及高滲液法）和分子生物學(xué)法[31]。而基于抗旱鑒定方法基礎(chǔ)上，廣大研究者篩選到形態(tài)及理化性狀等眾多水稻抗旱鑒定指標(biāo)。

謝建坤等[3]應(yīng)用盆栽反復(fù)干旱法對4份不同居群的東鄉(xiāng)野生稻和15份栽培稻進(jìn)行抗旱性鑒定評價，結(jié)果表明，4份東鄉(xiāng)野生稻的抗旱性存在很大差異，其中水桃樹下居群東鄉(xiāng)野生稻抗旱性最強，可能與東鄉(xiāng)野生稻原生境協(xié)同進(jìn)化有關(guān)。胡標(biāo)林等[32]利用R974//東鄉(xiāng)野生稻/R974回交重組自交系群體，設(shè)水分脅迫和非水分脅迫2種處理，對株高、單株分蘗數(shù)、有效穗數(shù)、穗長、實粒數(shù)、總粒數(shù)、著粒密度、千粒重、結(jié)實率、單株產(chǎn)量、葉片相對含水量和卷葉級別等12個性狀進(jìn)行抗旱性評價，結(jié)果表明，葉片相對含水量、單株分蘗數(shù)、實粒數(shù)、千粒重、株高和有效穗數(shù)等6個性狀相對值可作為全生育期抗旱性鑒定的綜合指標(biāo)，篩選綜合表現(xiàn)較好的抗旱優(yōu)良株系。Hu等[33]應(yīng)用R974//東鄉(xiāng)野生稻/R974回交重組自交系群體，測定了水分脅迫下最大根長、根基數(shù)、莖長、根干質(zhì)量、根鮮質(zhì)量、根系相對含水量、葉片相對含水量、卷葉級別及干旱反復(fù)存活率等9個性狀，開展苗期抗旱性鑒定，結(jié)果表明，最大根長、根數(shù)、根鮮質(zhì)量和根系相對含水量可作為苗期抗旱性鑒定綜合指標(biāo)，并篩選到抗旱性強的株系用于水稻抗旱性遺傳改良。上述研究為發(fā)掘和利用東鄉(xiāng)野生稻抗旱基因奠定了基礎(chǔ)。

2.3 東鄉(xiāng)野生稻抗旱性QTL

Hu等[33]設(shè)水分脅迫和正常水分2種不同處理，對R974/東鄉(xiāng)野生稻產(chǎn)生的重組自交系群體開展苗期抗旱性遺傳分析，結(jié)果表明，東鄉(xiāng)野生稻苗期抗旱性為質(zhì)量-數(shù)量性狀，由主基因+多基因控制。經(jīng)典數(shù)量遺傳分析只能將控制一種數(shù)量性狀的所有基因作為一個整體，但無法區(qū)別單個基因?qū)?shù)量性狀的效應(yīng)大小、在相應(yīng)的染色體上位置及其與其他基因間的關(guān)系，因此QTL分析被應(yīng)用于水稻抗旱性研究。Zhou等[34]以桂朝2號/東鄉(xiāng)野生稻產(chǎn)生的染色體片段滲入系（BC4F5、BC4F6）為材料，利用30%PEG人工模擬干旱環(huán)境，對滲入系苗期（2葉1心）進(jìn)行抗旱鑒定，共檢測到12個抗旱相關(guān)QTL，其中在第2、6和12染色體上的4個QTL的東鄉(xiāng)野生稻等位基因能提高滲入系抗旱性，特別是位于第12染色體RM17附近的qSDT12-2在多次重復(fù)中均被檢測到，在PEG處理后1～8 d能穩(wěn)定表達(dá)。通過對抗旱性QTL的動態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)不同QTL的表達(dá)時間不同。Zhang等[35]利用159份桂朝2號/東鄉(xiāng)野生稻產(chǎn)生的BC4F4滲入系進(jìn)行苗期抗旱QTL定位，檢測到12個抗旱相關(guān) QTL，其中 qSDT2-1、qSDT6-1、qSDT6-2 和qSDT12-2等4個QTL的增效等位基因來自東鄉(xiāng)野生稻；同時鑒定到1個強抗旱株系IL23，基因型檢測發(fā)現(xiàn)該株系在qSDT2-1和qSDT12-2等2個QTL位點滲入東鄉(xiāng)野生稻片段，為水稻抗旱分子育種和東鄉(xiāng)野生稻抗旱基因克隆奠定了基礎(chǔ)。Zhang等[36]以協(xié)青早B/東鄉(xiāng)野生稻產(chǎn)生的BC5F10滲入系為材料，以干旱復(fù)水后幼苗存活率為耐旱鑒定指標(biāo)進(jìn)行苗期抗旱性研究，結(jié)果表明，在第10染色體RM171-RM590位點和第12染色體上RM239位點攜帶東鄉(xiāng)野生稻片段，提高了滲入系苗期的耐旱性。

3 抗蟲基因定位

水稻是蟲害最多的糧食作物之一，據(jù)《中國稻作害蟲名錄》記載，稻作害蟲達(dá)624種，其中以飛虱、螟蟲和葉蟬的危害最為嚴(yán)重，造成的產(chǎn)量損失可高達(dá)32%，是我國各主要稻區(qū)的三大害蟲，蟲害的防治和抗性品種育種是水稻研究的重點之一。

稻飛虱是水稻生產(chǎn)上的主要害蟲，廣泛分布于亞洲熱帶、亞熱帶地區(qū)，屬于大范圍遷飛性害蟲，包括褐飛虱、白背飛虱和灰飛虱3種，屬同翅目、飛虱科。其中褐飛虱和白背飛虱主要以直接刺吸汁液為害，自上世紀(jì)70年代以來，這2種害蟲對水稻生產(chǎn)的危害日趨嚴(yán)重，多次暴發(fā)成災(zāi)，給我國水稻生產(chǎn)造成了巨大的損失。長期以來，施用化學(xué)農(nóng)藥是防治稻飛虱最常用的手段，然而這不僅導(dǎo)致了環(huán)境污染、天敵誤殺和稻飛虱種群抗藥性增強等一系列問題，且防治效果并不理想[37]。實踐表明，培育和利用抗性品種是防治稻飛虱最經(jīng)濟、最安全有效的措施[38]，而抗性遺傳研究是抗蟲育種的基礎(chǔ)。

3.1 抗褐飛虱基因定位

褐飛虱是我國及其他亞洲國家水稻上的一種主要遷飛性害蟲，該蟲以刺吸式口器取食水稻莖葉組織汁液，輕則引起水稻減產(chǎn)，重則植株枯死，呈“虱燒”狀，導(dǎo)致絕收。近年來，褐飛虱在我國有加重的趨勢，在1998-2008年間，每年因褐飛虱的危害致使水稻減產(chǎn)達(dá)277萬t[39]。如2006年全國稻飛虱大爆發(fā)，危害面積達(dá)1 733萬hm2，其中以湖南、浙江和江西等省最為嚴(yán)重[40]。

不同的褐飛虱類群可分為不同生物型，目前發(fā)現(xiàn)已超過20種[41]。但通常情況下人們結(jié)合不同的致害性和發(fā)生區(qū)域?qū)⑺鼈儎澐譃?種，分別為東亞和東南亞種群的生物型Ⅰ、生物型Ⅱ、生物型Ⅲ（孟加拉型）和南亞種群的生物型Ⅳ。在我國稻區(qū)褐飛虱表現(xiàn)為生物型Ⅰ、生物型Ⅱ和生物型Ⅲ混合發(fā)生，以生物型Ⅱ為主，但致害力強的生物型Ⅲ比例在上升。此外，褐飛虱田間種群的致害性可發(fā)生轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生新致害性的種群，從而導(dǎo)致原來抗蟲品種失去抗性，如攜帶抗性基因Bph1水稻品種的抗性喪失?？梢?，抗褐飛虱遺傳研究十分復(fù)雜，需結(jié)合生物學(xué)和分子遺傳學(xué)等學(xué)科的技術(shù)手段來闡明水稻褐飛虱抗性的遺傳機制。

自抗褐飛虱基因Bph1成功鑒定以來，目前國內(nèi)外學(xué)者開展大量有關(guān)發(fā)掘褐飛虱抗性基因研究。迄今報道抗褐飛虱基因達(dá)31個，顯性18個、隱性13個[41-42]，其中Bph3、Bph14和Bph26等3個基因已被克隆[43-45]。這31個基因均是在秈稻和野生稻中發(fā)現(xiàn)，其中有16個來自野生稻，可見野生稻是褐飛虱抗性育種和遺傳研究的重要資源。

黃得潤等[46]應(yīng)用協(xié)青早B//協(xié)青早B/東鄉(xiāng)野生稻BC1F5群體為研究材料，利用生物型Ⅰ、生物型Ⅱ和生物型Ⅲ褐飛虱對2葉1心秧苗進(jìn)行抗蟲鑒定，檢測到抗褐飛虱QTL qBph2和qBph7，分別位于第2染色體RM29～RG157區(qū)間和第7染色體RM11～RM234區(qū)間，使死苗率分別降低22.2%和43.7%；并利用BC3F3群體驗證了2個QTL的抗褐飛虱效應(yīng)，其中qBph2抗褐飛虱生物型Ⅰ和生物型Ⅱ，qBph7抗褐飛虱生物型Ⅰ和生物型Ⅲ，這對水稻抗褐飛虱育種具有重要應(yīng)用價值。

3.2 抗白背飛虱基因定位

白背飛虱屬同翅目（Homoptera）、飛虱科（Delphacidae），廣泛分布于南亞、東南亞、太平洋島嶼、日本、朝鮮、澳大利亞北部、埃及及中國，是我國最主要的水稻害蟲之一。白背飛虱成、若蟲直接刺吸稻株的韌皮部汁液，致使水稻生長緩慢，分蘗延遲，癟粒增加；為害嚴(yán)重可導(dǎo)致稻株枯死，呈“虱燒”狀[47]。近年來，白背飛虱的危害呈逐年加重的趨勢[48]。

國際水稻研究所自1976年開始對白背飛虱的抗性材料進(jìn)行遺傳分析，目前已鑒定并命名了9個水稻抗白背飛虱的主效基因，即Wbph1、Wbph2、Wbph3、wbph4、Wbph5、Wbph6、Wbph7（t）、Wbph8（t）和 Ovc[37]。其中，Wbph6是由我國學(xué)者發(fā)現(xiàn)并定位的[49]，該研究結(jié)果填補了我國抗白背飛虱基因定位研究的空白。

Chen等[50]利用早B//協(xié)青早B/東鄉(xiāng)野生稻BC1F5群體對2葉1心期秧苗進(jìn)行抗白背飛虱鑒定，檢測到qWph2、qWph5和qWph9等3個白背飛虱抗性QTL，東鄉(xiāng)野生稻等位基因分別使水稻死苗率降低9.1%、11.1%和10.9%；并利用14染色體片段代換系對qW－ph9的效應(yīng)進(jìn)行驗證，結(jié)果表明，東鄉(xiāng)野生稻等位基因使死苗率降低了55.2%，提高了對水稻白背飛虱的抗性。

4 展望

東鄉(xiāng)野生稻是栽培稻的祖先種，其優(yōu)良性狀基因的轉(zhuǎn)移相對較為容易。野生稻有利基因的轉(zhuǎn)移雖然已經(jīng)取得了不少進(jìn)展，但耐逆性狀屬于受多基因控制的數(shù)量性狀，傳統(tǒng)的育種方法在改良作物的抗逆性方面鮮有成功案例。然而，生物技術(shù)為實現(xiàn)東鄉(xiāng)野生稻有利基因向栽培稻的定向轉(zhuǎn)移開辟了道路，但仍存在一些遺傳累贅現(xiàn)象，如導(dǎo)入有利基因的同時，不可避免地帶進(jìn)一些不良性狀，固定優(yōu)良性狀剔除不良性狀還需做大量的工作。采用分子標(biāo)記輔助與傳統(tǒng)選育技術(shù)相結(jié)合，極大地發(fā)揮和利用了東鄉(xiāng)野生稻抗逆性好的特點。此外，由于東鄉(xiāng)野生稻的不同個體間的耐逆性狀存在差異（如耐旱性等[3]），因此針對某個耐逆性狀開展發(fā)掘與利用時，應(yīng)加大耐逆性狀鑒定的東鄉(xiāng)野生稻個體的數(shù)量，以確定耐逆性較強的個體，減少科研工作的盲目性?？梢?，加強對復(fù)雜性狀的鑒定、轉(zhuǎn)移和利用研究將是今后東鄉(xiāng)野生稻基因資源發(fā)掘和種質(zhì)創(chuàng)新的重點。

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Abstract:Dongxiang wild rice（Oryza rufipogon Griff.）is the northernmost common wild rice worldwide,has abundant stress tolerant traits and high breeding value.Recent research on the stress tolerant traits,such as cold tolerance,drought tolerance and insect resistance of Dongxiang wild rice and its corresponding molecular mechanisms have been summarized in this paper,which would provide the foundation for the further study of stress tolerance of rice.

Key words:Dongxiang wild rice;stress tolerance;research advance

Research Advances on Important Stress Tolerant Traits and Its Molecular Mechanisms in Dongxiang Wild Rice

QIU Zaihui,HU Biaolin,XIAO Yeqing,LI Xia,Peng Zhiqing,WAN Yong*
（Rice Research Institute,Jiangxi Academy of Agricultural Sciences,Nanchang 330200,China;*Corresponding author:wanyong025@163.com）

S511

A

1006-8082（2017）05-0012-07

2017－06－20

江西現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科研協(xié)同創(chuàng)新專項（JXXTCX2015001-002）；江西省科技廳重點研發(fā)計劃重大項目（2016AF60022）；江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新及成果轉(zhuǎn)化基金項目（2015CJJ002）