蘭國防　俞良　柯璦　潘斌清　唐樂堯

摘要 以特青和Lemont 為親本構(gòu)建的包含有148 個(gè)家系的重組自交系為材料，采用田間自然接種鑒定了該RIL群體的黑條矮縮病發(fā)病率，對(duì)其遺傳變異與分布特征進(jìn)行了分析，進(jìn)一步采用主基因+多基因遺傳分離分析法對(duì)水稻黑條矮縮病抗性進(jìn)行遺傳模型分析。結(jié)果表明，黑條矮縮病抗性的最適模型為3對(duì)主基因+多基因模型，3個(gè)主基因da、db、dc的加性效應(yīng)值分別為-7.43、-2.30、6.65，不同基因間iab、 iac、 ibc、 iabc存在上位性互作，其效應(yīng)值分別為 -3.39、4.40、-4.15和8.73。RIL群體黑條矮縮病抗性的主基因遺傳率為83.30%，多基因遺傳率為3.75%。

關(guān)鍵詞 水稻黑條矮縮病;主基因+多基因模型;遺傳分析

中圖分類號(hào) S511文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2019）21-0108-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.21.032

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Genetic Analysis of Rice BlackStreaked Dwarf Disease Resistance

LAN Guofang， YU Liang， KE Ai et al

（Changshu Institute of Agricultural Sciences， Changshu， Jiangsu 215500）

Abstract The recombinant inbred lines of 148 families constructed with Teqing and Lemont as parents were used as materials. The disease incidence rate of RIL population was identified by natural inoculation in the field， and its genetic variation and distribution characteristics were analyzed. Furthermore， the genetic model analysis of resistance to rice blackstreaked dwarf disease was carried out by using major gene+ polygene inheritance analysis. The results showed that the optimal model of resistance to blackstreaked dwarf disease was 3 pairs of major genes + polygene model， and the additive effect values of three main genes da， db and dc were -7.43， -2.30 and 6.65， respectively. There was epistatic interaction among iab， iac， ibc and iabc， and their effect values were -3.39， 4.40， -4.15 and 8.73， respectively. The inheritance rates of major gene and polygene in RIL population were 83.30% and 3.75% respectively.

Key words Rice blackstreaked dwarf virus;Major gene plus polygene mixed genetic model;Genetic analysis

基金項(xiàng)目 蘇州市農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新項(xiàng)目（SNG2017065）;常熟市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（CN201811）。

作者簡介 蘭國防（1984—），男，山東濟(jì)寧人，農(nóng)藝師，博士，從事水稻遺傳育種研究。

收稿日期 2019-07-18

水稻黑條矮縮病是由水稻黑條矮縮病毒（rice blackstreaked dwarf virus，RBSDV）引起的一種嚴(yán)重的病毒病害。該病害致病原為呼腸孤病毒科（Reoviridae）斐濟(jì)病毒屬（Fiji virus），主要通過灰飛虱以持久性不經(jīng)卵方式傳播[1]。RBSDV除侵染水稻、玉米、小麥等常見農(nóng)作物外，還可侵染大麥、高粱、看麥娘、稗、早熟禾、狗尾草等禾本科植物[2]。寄主感染病毒后通常會(huì)產(chǎn)生瘤狀突起、植株矮化、抽穗異常、結(jié)實(shí)不良等癥狀，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致減產(chǎn)甚至絕收[3-4]。

水稻黑條矮縮病主要分布于中國、日本、韓國和朝鮮等國家[5-6]。該病害曾于20世紀(jì)60年代在我國華東諸省市廣泛發(fā)生。近年來，隨著耕作制度和栽培方式的變化、冬季氣候變暖和感病品種的大面積推廣，水稻黑條矮縮病在江蘇、浙江、江西和福建大規(guī)模發(fā)生[7-12]，

已經(jīng)成為華東華南乃至全國稻區(qū)最為嚴(yán)重的水稻病毒病害。該病害現(xiàn)已擴(kuò)展蔓延至我國20個(gè)省、市、自治區(qū)的水稻種植區(qū)，全國近10年來該病的發(fā)病面積已達(dá)267萬hm2，病區(qū)發(fā)病率一般在10%～20%，重病區(qū)發(fā)病率達(dá)50%～80%，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了巨大損失，對(duì)我國水稻生產(chǎn)安全帶來了潛在的巨大威脅。加快黑條矮縮病種質(zhì)資源的篩選鑒定、抗病基因的定位和克隆對(duì)于抗病品種的培育和分子標(biāo)記輔助育種具有重要的意義。

由于缺乏穩(wěn)定的高抗材料和黑條矮縮病抗性鑒定的不穩(wěn)定性，目前有關(guān)水稻黑條矮縮病抗性遺傳研究和抗性基因/QTL定位的報(bào)道還較少，抗病遺傳機(jī)制尚不明晰。多數(shù)研究表明，黑條矮縮病抗性呈現(xiàn)數(shù)量性狀特征[10-12]。筆者擬采用植物數(shù)量性狀主基因+多基因的混合遺傳模型分離分析方法對(duì)黑條矮縮病抗性遺傳機(jī)制進(jìn)行解析，旨在為闡明水稻黑條矮縮病抗性遺傳機(jī)制、拓寬品種抗性遺傳基礎(chǔ)和培育抗性品種提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

以特青×Lemont雜交F2通過單粒傳法獲得的148個(gè)家系組成的重組自交系及其親本為材料，該群體遺傳穩(wěn)定。

1.2 方法

1.2.1 材料種植。

2017年5月10日將148個(gè)家系及其親本播種于河南省開封市祥符區(qū)小崗村，秧田四周為麥田。6月10日大田移栽，每個(gè)家系種植5行，共30株，行株距為15 cm×15 cm，單棵栽插，2個(gè)重復(fù)。整個(gè)生長期不進(jìn)行殺蟲防病，其他措施按照常規(guī)大田要求栽培管理。

1.2.2 病毒接種。

采用田間自然接種，5月下旬，待麥田灰飛虱種群達(dá)到高峰期并向秧苗遷移后，每天對(duì)灰飛虱驅(qū)趕1次，使其能夠充分取食秧苗，確保傳毒。

1.2.3 發(fā)病率鑒定。

移栽30 d后對(duì)親本及其RIL群體的黑條矮縮病發(fā)病率進(jìn)行調(diào)查，田間表現(xiàn)為嚴(yán)重矮化、 葉色濃綠癥狀的植株均視為發(fā)病株。小區(qū)發(fā)病率=感病株數(shù)/小區(qū)總株數(shù)×100%。

1.2.4 遺傳模型分析。

采用蓋鈞鎰[13]、章元明[14]提出的植物數(shù)量混合遺傳模型主基因+多基因多世代聯(lián)合分析方法對(duì)特青×Lemont組合3個(gè)群體（P1、P2、RIL）的黑條矮縮病發(fā)病率進(jìn)行遺傳分析。首先采用極大似然法和ECM（expectation and conditional maximization）對(duì)各世代、各成分分布參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，根據(jù)AIC（Akaikes information criterion）值進(jìn)行模型選擇，進(jìn)一步對(duì)入選模型進(jìn)行一組適合性測驗(yàn)，包括均勻性檢驗(yàn)（U12、U22、U32）、Smirnov檢驗(yàn)（nW2）和Kolmogorov檢驗(yàn)（Dn），確定最佳遺傳模型，最后根據(jù)最小二乘法估計(jì)的最適遺傳模型各成分分布參數(shù)計(jì)算其基因效應(yīng)值和遺傳方差。

主基因遺傳率h2mg=（σ2mg/σ2p）×100%

多基因遺傳率h2pg=（σ2pg/σ2p）×100%

其中，σ2p為表型方差;σ2mg為主基因遺傳方差;σ2pg為多基因遺傳方差。

2 結(jié)果與分析

2.1 親本及其RIL群體的表現(xiàn)及變異

不同親本及其RIL群體的黑條矮縮病發(fā)病率見表1。親本P1 特青的發(fā)病率為0.11，表現(xiàn)為中抗;親本Lemont發(fā)病率為0.54，表現(xiàn)為高感。RIL群體的平均發(fā)病率為0.40，變異系數(shù)為52.50%，方差分析顯示不同家系間差異達(dá)到極顯著水平，說明不同家系間具有較大的遺傳變異。群體發(fā)病率頻率分布呈現(xiàn)明顯的連續(xù)多峰分布（圖1），表現(xiàn)出主基因+多基因的遺傳特征，可進(jìn)一步進(jìn)行遺傳分析。

2.2 水稻黑條矮縮病抗性的主基因+多基因遺傳分析

數(shù)據(jù)經(jīng)反正弦轉(zhuǎn)換后采用植物數(shù)量遺傳體系主基因+多基因遺傳模型對(duì)特青×Lemont組合及其RIL群體的黑條矮縮病抗性進(jìn)行遺傳分析，ECM算法分析共計(jì)獲得1對(duì)主基因（A）、2對(duì)主基因（B）、多基因（C）、1對(duì)主基因+多基因（D）、2對(duì)主基因+多基因（E）、3對(duì)主基因（F）、3對(duì)主基因+多基因（G）7類共計(jì)53個(gè)模型，各模型對(duì)應(yīng)的AIC值見表2。根據(jù)AIC準(zhǔn)則，選取AIC值最小或接近AIC最小值的E-1-5、F-3、G-1模型作為備選模型。

進(jìn)一步對(duì)入選模型進(jìn)行適合性測驗(yàn)（表3），E-1-5模型中有0個(gè)統(tǒng)計(jì)量達(dá)到顯著水平;F-3模型中有2個(gè)統(tǒng)計(jì)量達(dá)到顯著水平;G-1模型中有0個(gè)統(tǒng)計(jì)量達(dá)到顯著水平，E-1-5和G-1模型均有0個(gè)統(tǒng)計(jì)量達(dá)到顯著，但G-1的AIC值更小，說明該群體的黑條矮縮病抗性符合G-1模型，即3對(duì)主基因+多基因遺傳模型。

2.3 最適遺傳模型的遺傳參數(shù)估計(jì)

根據(jù)ECM算法得到的G-1模型及RIL群體成分分布的極大似然估計(jì)值計(jì)算一階遺傳參數(shù)和二階遺傳參數(shù)，結(jié)果見表4。3個(gè)主基因da、db、dc的加性效應(yīng)值分別為-7.43、-2.30、6.65，不同基因間iab、 iac、 ibc、 iabc存在上位性互作，其效應(yīng)值分別為 -3.39、4.40、-4.15和8.73。RIL群體黑條矮縮病抗性的主基因遺傳率為83.30%，多基因遺傳率為3.75%，具有較大的遺傳力。

3 小結(jié)與討論

自2007年以來，水稻黑條矮縮病在江蘇和浙江等地區(qū)呈現(xiàn)暴發(fā)趨勢，給水稻生產(chǎn)帶來了重大損失，培育抗性品種是生產(chǎn)上抵御該病害發(fā)生的有效途徑。但目前尚未鑒定出高抗黑條矮縮病種質(zhì)資源，抗性遺傳和抗性機(jī)制研究相對(duì)滯后，定位的QTL基因效應(yīng)較小，從而限制了水稻黑條矮縮病抗性育種應(yīng)用。該研究采用主基因+多基因遺傳模型對(duì)黑條矮縮病抗性進(jìn)行遺傳分析，結(jié)果表明水稻黑條矮縮病抗性受

3對(duì)主基因+多基因的遺傳控制，且存在基因間的互作。潘存紅等[12]利用珍汕97B/明恢63的重組自交系將水稻黑條矮縮病抗性基因定位于第6、7、9、11號(hào)染色體上，其中6、7、9號(hào)染色體上4個(gè)QTL在2點(diǎn)試驗(yàn)中均檢測到。Zhou等[15]利用淮稻5號(hào)/Tetep F2群體進(jìn)行分析，分別在水稻3、11號(hào)染色體上檢測到2個(gè)效應(yīng)較大的抗性QTL。Zhang等[16]以IR36和L5494構(gòu)建的重組自交系為材料，3年共檢測到12個(gè)抗性QTLs，分別位于1、6、8、9號(hào)染色體上，其中6、9號(hào)染色體均被重復(fù)檢測到，且為主效抗性QTLs。Sun等[17]以9194和SYN構(gòu)建的F2∶3家系為材料，2年重復(fù)檢測到位于6、9、11號(hào)染色體的3個(gè)主效QTLs。Xiao等[18]2年重復(fù)檢測到6號(hào)染色體上的主效QTL。綜合以上QTL定位結(jié)果顯示，黑條矮縮病抗性主要受6、9、11號(hào)染色體上的主效QTL及一些微效QTL控制，這與該研究的分析預(yù)測結(jié)果相契合，說明該分析方法與QTL檢測結(jié)果存在一致性，但該方法只是對(duì)基因數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，而對(duì)于具體的遺傳機(jī)制尚不能進(jìn)行解析，需要進(jìn)一步的圖位克隆。

通過主基因+多基因遺傳分析表明，水稻RIL群體黑條矮縮病抗性符合3對(duì)主基因+多基因的遺傳模型，3對(duì)主基因間存在基因互作，主基因的遺傳力較高。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2019年

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