付堅(jiān) 陳玲 柯學(xué) 張敦宇 陳越 殷富有 王玲仙 肖素勤 黃興奇 程在全

摘要：疣粒野生稻（Oryza meyeriana Baill.）是稻屬中保存較多原始性狀特征的種類，對(duì)病害、蟲害及非生物脅迫的抗性良好，尤其是高抗白葉枯病，蘊(yùn)含大量?jī)?yōu)良基因，既可作為抗病、抗蟲、耐旱和耐鹽堿基因發(fā)掘及水稻育種的優(yōu)良抗源材料，也可作為稻作高蛋白、高賴氨酸等改良稻米品質(zhì)育種的優(yōu)異種質(zhì)資源;但疣粒野生稻（GG基因組）與栽培稻（AA基因組）親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，其遺傳特性研究和發(fā)掘利用遠(yuǎn)落后于普通野生稻等其他野生稻。文章通過(guò)綜述疣粒野生稻分類和命名、優(yōu)異性狀、遺傳特性及其在水稻種質(zhì)資源創(chuàng)新與利用等方面的研究進(jìn)展，并探討?zhàn)嗔Ｒ吧狙芯亢屠眠^(guò)程中存在的困難，指出當(dāng)前疣粒野生稻賴以生存的原生境不斷遭到破壞，其生存形勢(shì)已十分嚴(yán)峻，若現(xiàn)存的居群得不到有效保護(hù)，將會(huì)造成更多的資源流失;此外，疣粒野生稻基因組的復(fù)雜程度限制了其功能基因及基因家族的研究，同時(shí)增加了同源基因克隆的難度和準(zhǔn)確度，致使疣粒野生稻有利基因的發(fā)掘和利用進(jìn)程緩慢，以疣粒野生稻為親本的育種研究非常有限。因此，今后要從以下3個(gè)方面加強(qiáng)疣粒野生稻研究：（1）重視疣粒野生稻的保護(hù)，加強(qiáng)保存、保護(hù)措施研究;（2）借助現(xiàn)代生物技術(shù)，包括第三代高通量測(cè)序技術(shù)、蛋白組學(xué)分析和代謝組學(xué)技術(shù)等開展疣粒野生稻優(yōu)異性狀調(diào)控機(jī)理研究，加強(qiáng)抗病、抗蟲、耐旱及耐陰等功能基因的發(fā)掘。（3）加強(qiáng)疣粒野生稻雜交障礙和雜交后代不育研究，尋求克服雜交障礙及挽救雜交后代的方法，促進(jìn)疣粒野生稻在水稻育種中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 疣粒野生稻;優(yōu)良性狀;遺傳特性;有利基因;保存保護(hù)

中圖分類號(hào)： S511.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：2095-1191（2020）05-1070-10

Abstract：Oryza meyeriana Baill.， with GG genome type（2n=24）， was considered to be one of the more primitive ecotypes in the Oryza genus. O. meyeriana has excellent stress resistance such as disease， insects and abiotic stress， especially bacterial blight disease. O. meyeriana contains abundant fine genes， it can be used as gene pool for disease resistance， insect resistance， drought tolerance and saline-alkaline tolerance and new variety breeding. It is also fine germplasm resource for rice variety improvement with high protein content and high lysine content. The research of genetic characteristics and utilization in O. meyeriana have been less well studied than other wild rice species such as O. rufipogon Griff.， because the relationship between O. meyeriana（GG genome） and cultivated rice（AA genome） were far from each other .In the present article，the latest research progresses related to classification and nomenclature， hereditary character of fine trraits and utilization status in rice germplasm innovation were reviewed. In this paper， the difficulties of research and utilization of O. meyeriana were discussed， and pointed out that the original habitats on which O. meyeriana depended for survival were constantly damaged， and O. meyerianas survival situation was very severe. If the existing in-suit population was not conserved effectively， more wild resources would be lost. The complexity of the genome of O. meyeriana led to difficulties of functional genes and gene families study， and decreased the accuracy of homologous gene identification. The practices on breeding O. meyeriana as parents were rare since the exploration and utilization of favourable genes were slow. Based on the problems above，more studies need to be focused on O. meyeriana from the following three aspects：（1）attach importance to the conservation and improve the research of conservation and protection measures of O. meyeriana;（2）use modern biotechnologies， including the third generation of high-throughput sequencing technologies， proteomics analysis and metabonomics analysis to conduct the regulation mechanism research on fine traits，and enhance the exploration of functional genes that related to disease resistance，insect resistance，drought tolerance and shade tolerance;（3）strengthen the study on crossbreeding barriers and sterility of hybrids， overcome the obstacle of hybridization and save the hybrids， promote the utilization of O. meyeriana in rice breeding.

Key words： Oryza meyeriana Baill.; fine traits; genetic characteristics; valuable genes; conservation and protection

Foundation item： National Natural Science Foundation of China for Local Area（31560384）; Science and Techno-logy Major Peoject of Yunnan（2018ZG005）; Project of Basic Agricultural Research of Yunnan[2017FG001（-023）]

0 引言

野生稻是水稻近緣野生種的總稱，全世界共有22種（陳成斌，2005）。長(zhǎng)期的自然選擇促使野生稻形成極其豐富的變異類型，且具有抗多種非生物逆境、抗病蟲害、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)及廣適應(yīng)性等優(yōu)良特性，是創(chuàng)制栽培稻新品種的重要基因資源庫(kù)（鄂志國(guó)和王磊，2008）。疣粒野生稻（Oryza meyeriana Baill.）是稻屬中保存較多原始性狀特征的種類，但其屬于GG基因組，與栽培稻（AA基因組）的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，無(wú)法通過(guò)常規(guī)的雜交方式進(jìn)行育種，致使疣粒野生稻的遺傳特性研究不夠深入（Aggarwal et al.，1997;錢韋等，2000;鐘代彬等，2000）。因此，疣粒野生稻有利基因的發(fā)掘及利用遠(yuǎn)落后于普通野生稻和藥用野生稻。近年來(lái)，隨著超級(jí)稻品種的大量培育與推廣種植，水稻產(chǎn)量再創(chuàng)新高（萬(wàn)建民，2010;李建武等，2015）。但在水稻新品種的選育過(guò)程中，因定向選擇過(guò)濾掉了大量潛在優(yōu)良基因，造成現(xiàn)代栽培稻品種遺傳基礎(chǔ)狹窄，缺乏對(duì)病蟲害及各種非生物脅迫的抗性或耐性，而解決這一問(wèn)題的有效方法就是創(chuàng)制新的水稻種質(zhì)資源，拓寬水稻育種中可選擇的變異范圍。野生稻保存著許多栽培稻沒(méi)有的優(yōu)良遺傳特性和有利基因，是擴(kuò)寬水稻遺傳基礎(chǔ)、培育抗性品種和優(yōu)良品種的重要種質(zhì)資源，且人們也逐步認(rèn)識(shí)到疣粒野生稻的優(yōu)良遺傳特性及其有利基因的重要作用。本文通過(guò)綜述疣粒野生稻分類和命名、優(yōu)異性狀、遺傳特性及其在水稻種質(zhì)資源創(chuàng)新與利用等方面的研究進(jìn)展，并探討?zhàn)嗔Ｒ吧狙芯亢屠眠^(guò)程中存在的困難與應(yīng)對(duì)策略，以期為疣粒野生稻在水稻遺傳育種中的高效利用提供參考。

1 疣粒野生稻的基本特征

1. 1 疣粒野生稻的形態(tài)特征

疣粒野生稻（圖1）為多年生草本植物，其植株叢狀散生，株高30.00～75.00 cm，具5～9個(gè)節(jié)，有明顯的地下莖;根系不發(fā)達(dá)，能宿根越冬;葉片長(zhǎng)5.00～20.00 cm、寬0.60～2.00 cm，基部呈圓形，形狀似竹葉，葉鞘長(zhǎng)5.00～8.00 cm，無(wú)色或微帶紫色，葉舌長(zhǎng)0.10～0.20 cm，具明顯葉耳。疣粒野生稻花序?yàn)楹?jiǎn)單的圓錐狀，穗直無(wú)穗枝，疏生，長(zhǎng)圓形小穗，小穗長(zhǎng)0.50～0.65 cm，穎退化僅留痕跡;不孕外稃呈錐狀，具1脈，孕性外稃無(wú)芒，頂端鈍或有短小的3齒，表面具有不規(guī)則的疣粒狀突起，易落粒，結(jié)實(shí)率較高;小花具6枚雄蕊，花藥呈黃白色，具2個(gè)柱頭，白色柱頭外露;穎果長(zhǎng)0.50～0.60 cm、寬0.22～0.33 cm，米粒多為淡紅色，質(zhì)優(yōu)，玻璃質(zhì)（張萬(wàn)霞和楊慶文，2003;朱慧賢和李紅梅，2009）。

1. 2 疣粒野生稻的分類和命名

至今，疣粒野生稻的分類和命名尚無(wú)明確定論。20世紀(jì)40年代末—21世紀(jì)初，由于O. meyeriana組亞種分化證據(jù)不足，僅發(fā)現(xiàn)其存在小穗長(zhǎng)度差異的單一形態(tài)特征，據(jù)此將O. meyeriana組分為2個(gè)亞種，即O. meyeriana（Zoll. et Mor. ex Steud.）Baill.和O. granulate Nees et Arn. ex Watt.（Chatterjee，1948;Chang，1988;Vaughan，1994）。Tateoka（1962）研究認(rèn)為，O. meyeriana組只有1個(gè)種，但該種包括3個(gè)亞種，分別為subsp. meyeriana、subsp. granulata和subsp. abromeitiana。Gong等（2000）將O. meyeriana組的2個(gè)亞種進(jìn)行雜交，雜交后代并未出現(xiàn)生殖隔離，故認(rèn)為這2個(gè)亞種實(shí)為1個(gè)種，而將二者歸并為O. granulate Nees et Arn. ex Watt.。吳萬(wàn)春等（1990，1995）通過(guò)對(duì)小穗長(zhǎng)度、內(nèi)外稃形態(tài)及地理分布的研究，發(fā)現(xiàn)中國(guó)疣粒野生稻與O. meyeriana組的2個(gè)亞種存在明顯區(qū)別，故推測(cè)中國(guó)疣粒野生稻應(yīng)為1個(gè)新的亞種，并命名為瘤粒野生稻[O. meyeriana（Zoll. et Mor. ex Steud） Baill. ssp. Tuberculata W. C. Wu et Y. G. Lu，G. C. Wang]。因此，O. meyeriana組是否應(yīng)分為不同亞種還是合并為1個(gè)種尚無(wú)定論。

由于疣粒野生稻分類尚未統(tǒng)一，因而造成其學(xué)名使用較混亂。中山大學(xué)植物研究所于1932和1933年在海南崖縣南發(fā)現(xiàn)此種，命名為O. meyeriana Baill.，該學(xué)名被廣泛使用（Gao et al.，1999;Yan et al.，2004b;Fu et al.，2009;Cheng et al.，2016）;在《中華人民共和國(guó)野生稻植物資源保護(hù)條例》的國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)植物名錄中，使用的是O. granulate Nees et Arn. ex Steud.（李文華和趙獻(xiàn)英，1984）;但也有不少學(xué)者認(rèn)為中國(guó)疣粒野生稻應(yīng)為O. granulate Nees et Arn. ex Watt.（Xiong et al.，2004;Qian et al.，2006;Yuan et al.，2010，2011;吳春燕和高立志，2013）。為了便于描述，本文統(tǒng)一采用O. meyeriana Baill.這一學(xué)名。

1. 3 疣粒野生稻的分布

疣粒野生稻感溫性強(qiáng)，其生長(zhǎng)溫度一般不低于20 ℃。疣粒野生稻主要分布于南亞和東南亞地區(qū)，包括斯里蘭卡、印度、尼泊爾、柬埔寨、泰國(guó)、老撾、緬甸、印度尼西亞及菲律賓等國(guó)家（Vaughan，1994）。在我國(guó)的分布主要在南方地區(qū)，包括云南、海南和臺(tái)灣等地，但臺(tái)灣省的疣粒野生稻已滅絕（錢韋等，2001）。疣粒野生稻分布于海拔425～1100 m的樹林下和樹林邊緣地帶，或在陽(yáng)光散射或蔭蔽的山坡上，常與雜草共生。

2 疣粒野生稻的優(yōu)異性狀

疣粒野生稻性狀優(yōu)異，對(duì)病蟲害及非生物脅迫的抗性良好，尤其是高抗白葉枯病，經(jīng)不同白葉枯病生理小種（HB84-17、T1、P1、C5和Y8等）的多次接種鑒定，發(fā)現(xiàn)來(lái)自我國(guó)云南和東南亞的疣粒野生稻在整個(gè)生育期均表現(xiàn)出對(duì)接種菌株的高抗，甚至免疫的特性，其抗性優(yōu)于藥用野生稻和普通野生稻（彭紹裘等，1982;章琦等，1994）。疣粒野生稻對(duì)稻瘟病的抗性因接種方式不同而存在差異。自然誘發(fā)和噴霧接種稻瘟病菌時(shí)，疣粒野生稻表現(xiàn)為中抗或高抗;而注射接種稻瘟病菌時(shí)，疣粒野生稻表現(xiàn)為感或高感。也有學(xué)者認(rèn)為這種抗性差異可能與其葉片表面結(jié)構(gòu)有關(guān)，對(duì)附著于表面的稻瘟病菌可形成天然屏障，但不能抵御已侵入的病菌（梁斌等，1999;王韻茜等，2018）。此外，疣粒野生稻具有抗細(xì)菌性條斑病特性（宋兆建等，2010）。疣粒野生稻的抗蟲特性也很突出。經(jīng)溫室和大田抗蟲鑒定，發(fā)現(xiàn)疣粒野生稻對(duì)褐飛虱表現(xiàn)出高抗（邢佳鑫等，2015），對(duì)螟蟲也表現(xiàn)出較好的抗性（宋兆建等，2010），但目前對(duì)疣粒野生稻的抗蟲特性尚缺乏系統(tǒng)研究。疣粒野生稻具有耐陰性，尤其是中等蔭蔽條件更有利于其生長(zhǎng);疣粒野生稻耐旱性強(qiáng)，旱季地上部分枯死時(shí)會(huì)進(jìn)入休眠，但地下的不定芽仍存活，遇到適宜條件時(shí)即重新發(fā)芽生長(zhǎng)（錢韋等，2001）。

除了抗逆性強(qiáng)外，疣粒野生稻還具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。疣粒野生稻的蛋白含量為15.30%，高于栽培稻的9.15%;總氨基酸含量為52.63%，顯著高于栽培稻;直鏈淀粉含量為17.36%，低于秈稻但高于粳稻，符合低直鏈淀粉的品質(zhì)要求;疣粒野生稻還含有豐富的礦質(zhì)元素，5種常量礦質(zhì)元素（鈣、鎂、鉀、鈉和磷）及微量元素總含量分別較栽培稻提高13.00%和63.92%，其中鐵和鋅含量高出栽培稻1.0倍以上（程在全和黃興奇，2016）。疣粒野生稻還具有其他多個(gè)優(yōu)異性狀，如耐鹽堿、總黃酮含量均高于普通黑米及常年可開花結(jié)實(shí)等（錢韋等，2001;樊傳章等，2007;宋兆建等，2010;李定琴等，2015）。由此可見，具有多個(gè)優(yōu)異性狀的疣粒野生稻既可作為抗病、抗蟲、耐旱和耐鹽堿基因發(fā)掘及水稻育種的優(yōu)良抗源材料，也可作為稻作高蛋白、高賴氨酸等改良稻米品質(zhì)育種的優(yōu)異種質(zhì)資源。

3 疣粒野生稻的遺傳特性

3. 1 基因組研究

疣粒野生稻基因組大小為1201 Mb，約是栽培稻（450 Mb）的2.7倍，為稻屬二倍體型中的第二大基因組物種（Uozu et al.，1997;Ammiraju et al.，2006;Zou et al.，2008）。Wu等（2018）對(duì)疣粒野生稻進(jìn)行基因組測(cè)序（De novo測(cè)序），結(jié)果獲得約780 Mb的組裝序列，是實(shí)施稻屬基因組計(jì)劃以來(lái)，獲得稻屬中最大的基因組測(cè)序組裝序列。已有學(xué)者采用熒光原位雜交（Fluorescence in situ hybridization，F(xiàn)ISH）和比較基因組雜交（Comparative genomic hybridization，CGH）等方法對(duì)疣粒野生稻基因組大于栽培稻的原因進(jìn)行探究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)疣粒野生稻基因組存在中度和高度重復(fù)序列加倍的現(xiàn)象，Cot-1 DNA在疣粒野生稻染色體中大多均勻分布，推測(cè)在進(jìn)化過(guò)程中其原始祖先基因組可能發(fā)生了更廣泛的序列躍進(jìn)式擴(kuò)增，致使基因組急劇增加（Lan et al.，2007）;疣粒野生稻中存在LTR反轉(zhuǎn)座子，其中RIRE2、ATLANTYS和Copia等3個(gè)亞型在基因組中迅速擴(kuò)展，對(duì)基因組擴(kuò)增具有重大貢獻(xiàn)。RIRE2、ATLANTYS和Copia等3個(gè)基因的同源性基因幾乎在所有已發(fā)表水稻基因組中均有發(fā)現(xiàn)，說(shuō)明這些基因存在于稻屬的共同祖先中。對(duì)LTR反轉(zhuǎn)座子完整序列的檢測(cè)結(jié)果也顯示，其在100萬(wàn)～300萬(wàn)年前疣粒野生稻物種形成后即開始獨(dú)立擴(kuò)增（Wu et al.，2018）。盡管疣粒野生稻與栽培稻的基因組差異較明顯，但二者染色體的DNA序列大部分同源（賈東亮等，2001），對(duì)疣粒野生稻轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行注釋發(fā)現(xiàn)有91.51%的片段重疊群（contig）可注釋到水稻基因組中（He et al.，2015），從基因組測(cè)序組裝序列中也預(yù)測(cè)出40116個(gè)與栽培稻同源的功能基因（Wu et al.，2018）。綜上所述，疣粒野生稻在早期通過(guò)基因組擴(kuò)展的方式進(jìn)行分化，最終與稻屬的其他物種形成清晰界限。疣粒野生稻屬于GG基因組，與栽培稻親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，其轉(zhuǎn)錄組Reads與粳稻日本晴、秈稻9311的映射率分別為57.09%和57.65%（He et al.，2015）。

3. 2 遺傳多樣性研究

特有的生境和生物學(xué)特征促使疣粒野生稻形成了獨(dú)特的遺傳分化模式及群體遺傳變異特性。其一，通過(guò)分子標(biāo)記和基因組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)疣粒野生稻是稻屬植物中界限清晰、分化較早的種類，在進(jìn)化系譜樹中處于最基礎(chǔ)的位置（Ge et al.，1999;Ammiraju et al.，2007;Jacquemin et al.，2009）。在世界范圍內(nèi)，分布于菲律賓的疣粒野生稻可能是分化較早的群體（Qian et al.，2006）;在我國(guó)境內(nèi)，分布于云南思茅的疣粒野生稻是分化較早的群體，是我國(guó)疣粒野生稻的遺傳多樣性中心（Qian et al.，2001）?？梢姡嗔Ｒ吧緦?duì)于研究稻屬基因組進(jìn)化具有重要意義。其二，與稻屬其他種類相比，疣粒野生稻的變異最豐富。疣粒野生稻基因組的重復(fù)序列和衛(wèi)星序列差異明顯（賈東亮等，2001），根據(jù)栽培稻基因組設(shè)計(jì)的120對(duì)SSR引物，在普通野生稻中幾乎都能擴(kuò)增出預(yù)期條帶，但在疣粒野生稻中只有39對(duì)SSR引物能擴(kuò)增出正常帶型（孫希平等，2007）。宋云等（2012）通過(guò)擴(kuò)增并測(cè)序禾本科植株單拷貝核基因TPI，發(fā)現(xiàn)稻屬及其近緣屬等18個(gè)序列的堿基變異豐富，其中疣粒野生稻變異最明顯，并據(jù)此開發(fā)出可準(zhǔn)確鑒定疣粒野生稻的分子標(biāo)記ptYL211。其三，疣粒野生稻居群內(nèi)的遺傳變異較低，但居群間呈劇烈的遺傳分化現(xiàn)象（Gao et al.，1999，2000;Wu et al.，2004;Qian et al.，2006;Cheng et al.，2012），究其原因可能是疣粒野生稻屬于嚴(yán)格的自花授粉植物，基本不存在通過(guò)花粉傳播引起的基因交流，居群內(nèi)的遺傳變異主要來(lái)自基因突變（孫希平等，2007）;疣粒野生稻是旱生植物，借助水力傳播種子的可能性較小，且疣粒野生稻大部分通過(guò)營(yíng)養(yǎng)生殖進(jìn)行擴(kuò)繁，因此居群內(nèi)的遺傳變異較低。隨著熱帶亞熱帶原生境的破壞，致使碎裂的疣粒野生稻群體間基因流強(qiáng)烈受阻，在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中各群體間的遺傳變異較高（Gao et al.，1999，2000，2005;Cheng et al.，2012）。因此，保護(hù)疣粒野生稻自然居群有利于保護(hù)其遺傳多樣性，對(duì)探討其遺傳分化及演化具有重要意義，同時(shí)可為其遺傳資源的科學(xué)保護(hù)和利用提供參考依據(jù)。

3. 3 功能基因挖掘

3. 3. 1 抗白葉枯病基因發(fā)掘及其抗病機(jī)理探索 疣粒野生稻具有許多優(yōu)異性狀，以抗白葉枯病尤為突出，其基因鑒定和定位是當(dāng)前疣粒野生稻基因發(fā)掘的研究熱點(diǎn)。植物抵抗病原菌的能力可能由物理機(jī)械作用決定，也可能由生理生化作用決定，或由兩個(gè)作用共同決定。植物抵抗病原菌的物理機(jī)械作用需具備特殊結(jié)構(gòu)，抵抗病原菌的生理生化作用則由抗病基因調(diào)控（荊彥輝和徐正進(jìn)，2003;袁莉民等，2006）。疣粒野生稻對(duì)白葉枯病的高抗性是由其特殊物理機(jī)械組織決定還是由特定抗病基因決定至今尚未明確，程在全等（2008）曾研究發(fā)現(xiàn)，疣粒野生稻的葉片形態(tài)特征雖與栽培稻差異明顯，但其與感病的栽培稻（米泉黑芒）在無(wú)蠟質(zhì)層、葉肉組織、薄壁細(xì)胞和表皮細(xì)胞等方面一致，二者的表皮毛、維管束及厚壁組織等差異并不明顯，不足以引起抗病性差異。說(shuō)明疣粒野生稻抗病并非借助其特殊葉片結(jié)構(gòu)的物理作用，而是由基因控調(diào)生理生化作用所引起。

目前，已在疣粒野生稻中定位了4個(gè)抗白葉枯病基因。xa32（t）基因來(lái)自中國(guó)疣粒野生稻，定位于水稻第12染色體上RM8216與RM20A間的8.6 cM范圍內(nèi)（阮輝輝，2008）;從南亞和東南亞疣粒野生稻中定位了3個(gè)抗白葉枯病基因，分別位于水稻第1、3和5染色體上，連鎖標(biāo)記分別為RM128、R03D159和R05D104，但這3個(gè)位點(diǎn)尚未命名（Wang et al.，2015）。此外，楊睿等（2015）從云南疣粒野生稻中克隆獲得2個(gè)抗白葉枯病等位基因（Omxa5和Omxa13），其編碼蛋白分別與水稻xa5蛋白和xa13蛋白具有相同的保守結(jié)構(gòu)域。其中，Omxa13蛋白Mt N3.1結(jié)構(gòu)域的氨基酸突變，能影響與Cu2+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白COPT1和COPT5的相互作用，致使疣粒野生稻木質(zhì)部維管束中維持較高的Cu2+濃度，抑制細(xì)菌生長(zhǎng)而起到抗病作用;Omxa5蛋白是否有抗病功能，還有待進(jìn)一步探究。

疣粒野生稻基因與栽培稻的基因相似性非常高，但并未克隆或定位到現(xiàn)有的抗白葉枯病基因，故推測(cè)疣粒野生稻中含有新的抗病基因。劉繼梅等（2003）從疣粒野生稻中克隆獲得的6個(gè)NBS-LRR類基因和1個(gè)STK類基因，其推導(dǎo)氨基酸序列與已知抗病基因L6、N、Bs2、Prf、Pto、Lr10和Xa21的推導(dǎo)氨基酸序列相似性均低于25.0%。疣粒野生稻/粳稻品種8411進(jìn)行體細(xì)胞雜交后獲得2個(gè)抗白葉枯病新種質(zhì)（SH5和SH76），二者的抗譜與已知抗病基因的抗譜不同，但與IRBB5（xa5）和IRBB7（Xa7）相似，采用xa5和Xa7基因的分子標(biāo)記（2F_1R和M5）分別進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果確定種質(zhì)SH5和SH76中并未含有xa5和Xa7基因（黃佳男等，2008）。李定琴等（2015）通過(guò)抗性鑒定和PCR檢測(cè)，確定疣粒野生稻不含已知的xa5、xa13和Xa27抗性基因。He等（2015）對(duì)云南疣粒野生稻進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析，發(fā)現(xiàn)有4個(gè)Xa1重疊群在根部組織表達(dá)，3個(gè)Xa26重疊群在葉片組織表達(dá)，2個(gè)Xa26重疊群在莖組織表達(dá)，1個(gè)Xa26重疊群在根部組織表達(dá)。可見，疣粒野生稻中含有多個(gè)新的抗病基因或連鎖的基因簇群，其蘊(yùn)藏的大量抗病基因有待進(jìn)一步發(fā)掘。

近年來(lái)，水稻專家們?cè)诎l(fā)掘抗白葉枯病基因的同時(shí)對(duì)疣粒野生稻抗病機(jī)理進(jìn)行深入研究。疣粒野生稻受白葉枯病菌脅迫后，首先是觸發(fā)其自身免疫反應(yīng)，Ca2+信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)基因CNGC、CDPK、CaM/CML、Rboh和NOS轉(zhuǎn)錄水平增加，PAL基因表達(dá)增強(qiáng)，苯丙烷物質(zhì)合成等代謝途徑被激活;其次，激活植物的水楊酸（SA）和茉莉酸（JA）激素信號(hào)途徑，該途徑中的關(guān)鍵基因NPR1、TGA、COI1和JAZ高表達(dá);第三，泛素蛋白途徑中的E2和E3基因轉(zhuǎn)錄水平提高，泛素介導(dǎo)的蛋白降解途徑參與疣粒野生稻抗病過(guò)程（Cheng et al.，2009，2016）;第四，其他抗病相關(guān)基因的表達(dá)增強(qiáng)了疣粒野生稻抗病性，包括含有LRR結(jié)構(gòu)域的ME281基因（呂廣磊等，2009）及具有STK類結(jié)構(gòu)域的ME196基因等。此外，光合作用、呼吸作用、物質(zhì)運(yùn)輸、信號(hào)傳遞及活性氧清除等相關(guān)基因也響應(yīng)白葉枯病菌的脅迫（Luo et al.，2010）。以上途徑組成復(fù)雜的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)共同調(diào)控疣粒野生稻抵御白葉枯病。

3. 3. 2 其他基因的發(fā)掘研究 疣粒野生稻功能基因發(fā)掘研究主要集中在抗白葉枯病基因的鑒定和定位上，而有關(guān)抗蟲及抗非生物脅迫等優(yōu)異基因的研究鮮見報(bào)道，如疣粒野生稻抗褐飛虱基因的發(fā)掘目前尚停留在分子水平鑒定上。邢佳鑫等（2015）研究證實(shí)云南疣粒野生稻不含Bph1和Bph18（t）抗性基因，但含有bph2和bph19（t）的同源基因。疣粒野生稻雖含有水稻抗稻瘟病基因Pid2和Pid3的同源基因（OmPid2和OmPid3），但其表達(dá)水平存在明顯差異，過(guò)表達(dá)OmPid2和OmPid3基因的轉(zhuǎn)基因日本晴植株對(duì)稻瘟病菌敏感，因此推測(cè)這2個(gè)基因具有其他功能而對(duì)稻瘟病的抗性作用不明顯（王韻茜等，2018）。乙烯是疣粒野生稻的激素信號(hào)途徑，調(diào)控疣粒野生稻植株對(duì)逆境脅迫的抵抗（Kieber，1997）。韓繼成等（2004）從海南疣粒野生稻中克隆獲得水稻乙烯受體蛋白編碼基因OSERS的同源基因，其相似性為95.59%。

4 疣粒野生稻的利用情況

疣粒野生稻屬于GG基因組，與AA基因組的栽培稻親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，難以通過(guò)常規(guī)雜交獲得后代，導(dǎo)致疣粒野生稻在水稻育種中的應(yīng)用遠(yuǎn)落后于普通野生稻等。已有學(xué)者通過(guò)多年的研究和實(shí)踐，于2000年應(yīng)用不對(duì)稱體細(xì)胞雜交技術(shù)成功獲得栽培稻IR36與疣粒野生稻的遠(yuǎn)緣雜種后代，實(shí)現(xiàn)了疣粒野生稻有利基因的轉(zhuǎn)育（黃艷蘭等，2000）。隨后，通過(guò)該技術(shù)又獲得疣粒野生稻與栽培稻大粒香的雜交后代，創(chuàng)制了20份新種質(zhì)，篩選出4份高抗白葉枯病的種質(zhì)材料（嚴(yán)成其等，2002;Yan et al.，2004a）。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)與栽培稻大粒香回交創(chuàng)制了帶有疣粒野生稻基因的近等基因系Y73，該近等基因系抗PXO86等9個(gè)白葉枯病生理小種（Wang et al.，2013）。此外，Yan等（2004b）以疣粒野生稻和栽培稻8411通過(guò)體細(xì)胞雜交，并從雜交后代中篩選出2份高抗（SH5和SH7）和10份中抗白葉枯病的種質(zhì)材料;朱永生等（2004）以X射線處理疣粒野生稻原生質(zhì)體并與感病栽培稻02428進(jìn)行體細(xì)胞雜交，結(jié)果獲得40株攜帶疣粒野生稻基因且對(duì)白葉枯病菌生理小種PXO61和PXO79表現(xiàn)抗性的融合植株，但融合植株均表現(xiàn)不育。不對(duì)稱體細(xì)胞融合在疣粒野生稻中的成功應(yīng)用，為其他存在生殖障礙的作物育種提供了參考依據(jù)，因此加強(qiáng)疣粒野生稻優(yōu)良遺傳性狀利用仍是今后研究的重點(diǎn)。

5 疣粒野生稻保護(hù)與利用面臨的挑戰(zhàn)

5. 1 疣粒野生稻的瀕危與保存保護(hù)現(xiàn)狀

疣粒野生稻曾廣泛分布于南亞、東南亞和我國(guó)南部（Vaughan，1994），由于原生境的破壞，致使疣粒野生稻資源快速消失，為此我國(guó)已將疣粒野生稻列為二級(jí)保護(hù)瀕危植物（高立志和洪德元，1999）。疣粒野生稻在我國(guó)臺(tái)灣、云南和海南等地曾廣泛分布，但由于城鎮(zhèn)與工業(yè)的快速發(fā)展及缺乏有效的保護(hù)措施，其原生境不斷遭到破壞，分布點(diǎn)已消失70%～96%，居群規(guī)模極大縮減而處于瀕危狀態(tài)。我國(guó)臺(tái)灣省的疣粒野生稻已滅絕（錢韋等，2001）。海南省的疣粒野生稻原生居群現(xiàn)僅剩11個(gè)，分布在保亭縣保城鎮(zhèn)、三亞市崖城鎮(zhèn)、五指山市暢好鄉(xiāng)、昌江縣和樂(lè)東縣（云勇等，2015）。云南省的疣粒野生稻曾在全省7個(gè)州市19個(gè)縣廣泛分布，居群數(shù)量多達(dá)122個(gè)，但目前僅有5個(gè)州市14個(gè)縣還保留有37個(gè)分布點(diǎn)，其中29個(gè)居群的生境也受到不同程度的破壞，居群消失率接近70%（程在全和黃興奇，2016）。可見，我國(guó)疣粒野生稻生存形勢(shì)已十分嚴(yán)峻，若現(xiàn)存的居群得不到有效保護(hù)，將會(huì)造成更多的資源流失。目前，針對(duì)疣粒野生稻的保護(hù)措施主要有原位保護(hù)（In-situ conservation）和異位保護(hù)（Ex-situ conservation）（盧寶榮，1998;楊慶文等，2005）。在全球環(huán)境基金和聯(lián)合國(guó)開發(fā)計(jì)劃署的資助下，我國(guó)先后在云南省的玉溪市元江縣和新平縣、西雙版納州景洪市、思茅市瀾滄縣及保山市龍陵縣建立了疣粒野生稻原生境保護(hù)區(qū);在海南省保寧縣設(shè)立了疣粒野生稻封閉式的原位保護(hù)區(qū)（萬(wàn)亞濤等，2007;胡興潤(rùn)，2013;楊世先等，2018）。與此同時(shí)，針對(duì)野生稻開展遷出原生境的異位保護(hù)，如在云南省西雙版納州景洪市建立的云南野生稻種質(zhì)圃收集了包括疣粒野生稻在內(nèi)的多種野生稻植株。云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)與種質(zhì)資源研究所也對(duì)疣粒野生稻進(jìn)行多種方式的保存和保護(hù)，包括在昆明市建立200 m2的溫室作為保存圃，保存來(lái)自云南各分布點(diǎn)的疣粒野生稻;將疣粒野生稻成熟期種子保存于種質(zhì)庫(kù)的中長(zhǎng)期庫(kù)中;將疣粒野生稻的愈傷組織、基因組DNA及BIBAC文庫(kù)長(zhǎng)期保存于-80 ℃冰箱中（錢韋等，2000;肖素勤等，2017）?？梢?，通過(guò)常規(guī)方法與生物技術(shù)相結(jié)合構(gòu)建的云南疣粒野生稻系統(tǒng)保護(hù)網(wǎng)，不僅有效地保護(hù)了野生資源，還在分子水平上直接保存了遺傳物質(zhì)，最大程度提高了保存和保護(hù)的安全性，為珍稀植物資源保存保護(hù)方法和策略制定提供了寶貴的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

雖然疣粒野生稻已得到一定程度的保存和保護(hù)，但其種質(zhì)資源仍面臨著諸多問(wèn)題。其一，一些分布點(diǎn)較小且分散在保護(hù)區(qū)外的疣粒野生稻居群極易因毀林開荒、經(jīng)濟(jì)作物種植而消失;其二，在云南少數(shù)民族藥用土著知識(shí)中，疣粒野生稻具有抗菌消炎、清熱降火等功效，被認(rèn)為是治療肝炎等疾病的良藥，其原生境地區(qū)的草醫(yī)常采集和挖掘疣粒野生稻（樊傳章等，2007），導(dǎo)致疣粒野生稻數(shù)量不斷減少;其三，南亞、東南亞國(guó)家的疣粒野生稻居群未能得到有效保存和保護(hù)。因此，疣粒野生稻的保護(hù)形勢(shì)十分嚴(yán)峻。

5. 2 疣粒野生稻有利基因的發(fā)掘與利用進(jìn)展

疣粒野生稻具有許多優(yōu)異特性，但有利基因的發(fā)掘及其育種利用進(jìn)展緩慢。究其原因：（1）疣粒野生稻屬于GG基因組，與AA基因組的栽培稻親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，雜交授粉后無(wú)法形成細(xì)胞型胚乳，或胚乳退化早，大多數(shù)雜種胚不能正常發(fā)育成幼胚（Fu et al.，2009），難以獲得雜交后代，因此疣粒野生稻的優(yōu)良性狀無(wú)法轉(zhuǎn)移到栽培稻上。雖然通過(guò)不對(duì)稱體細(xì)胞雜交技術(shù)獲得了少量疣粒野生稻與栽培稻的融合植株，但融合植株通常敗育，加上疣粒野生稻基因組約為栽培稻的2.7倍，不對(duì)稱體細(xì)胞雜交難度大、成功率低。（2）疣粒野生稻與栽培稻遠(yuǎn)緣雜交較困難，而無(wú)法構(gòu)建基因定位群體，因此，有利基因的定位和圖位克隆也無(wú)法實(shí)現(xiàn)。（3）疣粒野生稻基因組較復(fù)雜，導(dǎo)致其功能基因的發(fā)掘研究進(jìn)展緩慢。組學(xué)研究曾揭示疣粒野生稻基因組存在大量高度重復(fù)區(qū)段和躍進(jìn)式擴(kuò)增（Lan et al.，2007;Wu et al.，2018），但具體原因尚不明確。疣粒野生稻基因組的復(fù)雜程度增加了其功能基因、基因家族研究的難度，同時(shí)增加同源基因克隆的難度和準(zhǔn)確度，致使疣粒野生稻有利基因的利用難度增加，造成對(duì)其種質(zhì)資源保護(hù)的松懈及研究進(jìn)程緩慢，進(jìn)而加快疣粒野生稻資源的消失。

6 展望

疣粒野生稻具有抗病蟲害、抗多種非生物脅迫及耐陰等優(yōu)良特性，在水稻育種中的應(yīng)用潛力巨大;但疣粒野生稻資源快速、大量消失的現(xiàn)狀及其復(fù)雜的基因組，致使其遺傳特性研究尚局限于表層而難以深入，功能基因發(fā)掘較欠缺，育種利用程度不高。因此，今后要從以下3個(gè)方面加強(qiáng)疣粒野生稻研究：（1）重視疣粒野生稻的保護(hù)，加強(qiáng)保存、保護(hù)措施研究;（2）借鑒現(xiàn)代生物技術(shù)，包括第三代高通量測(cè)序技術(shù)、蛋白組學(xué)分析和代謝組學(xué)技術(shù)等開展疣粒野生稻優(yōu)異性狀調(diào)控機(jī)理研究，加強(qiáng)抗病、抗蟲、耐旱及耐陰等功能基因發(fā)掘。（3）加強(qiáng)疣粒野生稻雜交障礙和雜交后代不育研究，尋求克服雜交障礙及挽救雜交后代的方法，促進(jìn)疣粒野生稻在水稻育種中的應(yīng)用。

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（責(zé)任編輯 蘭宗寶）