趙家銘馬作斌

(遼寧省農(nóng)業(yè)科學院,遼寧 沈陽 110161)

稻瘟病是水稻生產(chǎn)的主要病害之一,該病發(fā)生時產(chǎn)量一般減少10%～20%,較嚴重的地區(qū)可達40%～50%,局部區(qū)域甚至顆粒無收[1～2]。

截至2019年,已至少報道了114個抗稻瘟病QTL,半數(shù)以上的基因(或QTL)以基因簇的形式分布于水稻的不同染色體區(qū)域。其中,最大的3個基因簇分別位于第6、11和12染色體上,抗病位點約占總數(shù)的62.37%[3～4]。通過不斷深入研究,目前已有35個基因被成功克隆,包括Pish、Pi35、Pit、Pi37、Pi64、Pib、pi21、Pi63、Pi2、Pi9、Pizt、Pigm、Pi50、Pid2、Pid3、Pi25、Pid3、Pi36、Pi5/Pi3/Pii、Pi56、Pia、PiCO39、Pik、Pi1、Pikh/Pi54、Pikm、Pikp、Piks、Pike、Pb1、Pi54rh、Pi54、Pita、Ptr等[5]。

通過雜交、抗病鑒定、田間農(nóng)藝性狀選擇并結(jié)合分子標記輔助選擇的方法是培育新的抗病品種及中間材料的有效途徑。多年來,抗稻瘟病分子標記輔助育種也取得了巨大的成就,通過這種方法已經(jīng)選育出多個抗病品種和中間材料,攜帶不同抗病基因的水稻品種已在生產(chǎn)中不同程度得到應(yīng)用。

1 第6染色體上Piz位點抗稻瘟病基因的標記開發(fā)及應(yīng)用

第6染色體上Piz位點抗稻瘟病基因主要包括Pi9、Pi2、Piz-t、Pigm。研究表明,Pi-9對來自13個國家的43個稻瘟病菌株表現(xiàn)出較好的葉瘟抗性,Pi2對從中國收集的792個稻瘟病菌小種中的絕大部分表現(xiàn)為“抗”,Piz-t對日本多個稻瘟病小種表現(xiàn)出較強的葉瘟抗性,Pigm對來自中國和韓國的稻瘟病生理小種具廣譜抗性[5]。

余鍵等將Pi2基因?qū)氲街卸i稻恢復系和川恢907中,培育出了30個新的抗病中秈稻恢復株系和新川恢907[6～7]。劉樹芳等將Piz-t、Pi9基因?qū)氲匠?8號、云資粳41號和云粳優(yōu)5號中,開發(fā)出5個緊密連鎖的多態(tài)性分子標記[8]。田大剛等將Pi9、Pi2基因?qū)腴}恢3301中,獲得改良系閩恢3301-Pi9和閩恢3301-Pi2[9]。賴怡帆等將Pigm基因?qū)胂嫱矶i13號、C815S、早秈稻1701、廣占63-2S、春恢350、武運粳29196中,分別培育出湘晚秈13-Pigm、3個改良不育株系、1701-Pigm、光溫敏感型核不育系揚秈3S、改良春恢350恢復系和2個武運粳29196的抗性改良系DH036和DH158,這些抗瘟基因?qū)胂祵Φ疚敛〉目剐跃胁煌潭忍岣遊10～15]。

Piz基因位點在雜交稻抗病品種選育中也發(fā)揮了重要作用。鄒俊鋒等將Pi9基因?qū)氲交謴拖礒32、R599、R747、R389、R997、不育系Q211S中,分別獲得了新恢復系E32-Pi9、R599-Pi9、R747-Pi9、R389-Pi9、13個R997改良新材料和5個Q211S改良不育系[16～21]。利用上述改良系也配制出了抗病雜交組合培矮64S/E32-Pi9、Y兩優(yōu)599-Pi9、64S/R747-Pi9、P88S/R747-Pi9、桃1A/R747-Pi9、兩優(yōu)389-Pi9等雜交組合。張菊萍等將Pi9、Pi49基因?qū)氲絻上挡挥祫?chuàng)5S中,培育了創(chuàng)5S抗病雙基因聚合改良系[22]。

2 第11染色體上Pik位點抗稻瘟病基因的應(yīng)用

第11染色體上Pik位點抗稻瘟病基因主要包括Pikh、Pikm、Pik-1、Pik-p、Pi1等。

裘燁等將Pi-kh基因?qū)氲交謴拖礡1、R2中,獲得了2個較高抗性的改良恢復系,與不同不育系配制的雜交組合中也存在較高的稻瘟病抗性和產(chǎn)量上的優(yōu)勢[23]。

況浩池等聚合了Pikm和Pik-1基因,選育出高配合力、高抗稻瘟病、綜合性狀優(yōu)異的三系雜交稻恢復系瀘恢37[24]。利用該恢復系組配的雜交稻組合川香優(yōu)37、宜香優(yōu)37、德66A×瀘恢37及川345A×瀘恢37等在四川省水稻區(qū)域試驗中表現(xiàn)突出。

3 第12染色體上Pita位點抗稻瘟病基因的應(yīng)用

第12染色體上目前至少已定位了16個抗性基因,其中Pita和Ptr已克隆。

王忠華等利用已建立的水稻抗稻瘟病基因Pi-ta顯性分子標記對30個品系和157個來自不同國家的水稻品種進行分子鑒定,得到118個抗病基因Pi-ta純合的株系[25]。

華麗霞等開發(fā)了Pita基因特異性分子標記Pita918,利用該標記對華南及西南稻區(qū)的13個水稻地方抗性品種進行基因檢測,結(jié)果表明該特異性分子標記在水稻抗性材料的基因型鑒定中具有應(yīng)用價值[26]。

4 其它基因的應(yīng)用

張選明等將Pi-b基因?qū)氲绞窕?27中,選育出抗病、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)水稻新品種“陜恢206”[27]。

肖武名等將Pi46基因轉(zhuǎn)育到廣恢998和航恢173中,分別選育到R1198和航恢1173。經(jīng)鑒定,二者比原恢復系抗譜明顯拓寬且所配雜交組合的抗性顯著提高[28～29]。

劉文強等將Pi25基因?qū)氲较嫱矶i13號、光溫敏核不育系浙科22S、福稻B、臻達B中,分別獲得了3個純合且農(nóng)藝性狀較好的單株、5個綜合性狀良好的兩系不育系、5對抗稻瘟病的不育系及其保持系和157A[30～33]。

5 不同抗稻瘟病基因的聚合應(yīng)用

含有單個抗性基因的材料經(jīng)過多年種植后其抗性逐年下降。而通過雜交、聚合,使其累積多個抗病基因,可以拓寬抗譜,避免或減緩品種抗性喪失。

陳志偉等將Pi-1、Pi-9和Pi-kh基因?qū)氲礁；?73和N175中,分別選育出10個福恢673的近等基因系和16個N175的近等基因系[34～35]。用福恢673近等基因系Line 9配組的雜交稻新組合兩優(yōu)7283和金泰優(yōu)683在區(qū)試中均表現(xiàn)出產(chǎn)量高、抗病強、生育期適宜等特點。N175的抗病近等基因系及其與不育系龍?zhí)仄諥組配的雜交種均表現(xiàn)為抗病且個別雜種的綜合性狀還明顯優(yōu)于特優(yōu)175。

孫富等將Pi1和Pi2基因?qū)氲焦鸺t一號、珍汕97B、溫敏核不育系GD-7S中,分別獲得了桂紅一號的改良材料、改良的珍汕97B和5個GD-7S改良不育株系[36～38]。陳紅旗等將Pi-1、Pi-2和Pi-33基因?qū)氲浇?3B、空育131中,分別獲得了6個金23B導入系和28個空育131導入系,抗病頻率明顯提高[39～40]。

姚姝等將Pi-ta、Pi-b和Wx-mq基因聚合一體,選育出抗病好、食味品質(zhì)優(yōu)、產(chǎn)量高的水稻新品系“南粳0051”[41]。

陳學偉等將Pi-d(t)1、Pi-b、Pi-ta2基因聚合雜交到岡46B中,獲得了15株含3個抗病基因的材料,為進一步改良G46B的稻瘟病抗性奠定了基礎(chǔ)[42]。廖常青等將Pi40和Pigm基因?qū)氲絼?chuàng)5S中,獲得了分別攜帶Pigm基因和Pi40基因且農(nóng)藝性狀與創(chuàng)5S基本一致的改良不育系株系[43]。

馬作斌等通過聚合雜交,在后代材料中鑒定到1個同時具有抗稻瘟病基因Pita和Pib的穩(wěn)定株系A(chǔ)-3,命名為鐵粳16,2017年通過遼寧省品種審定委員會審定[44]。

表1 利用不同抗病基因選育出的新品種和新材料

導入基因 供體親本 受體親本 導入結(jié)果 抗性表現(xiàn) 參考文獻Pi9、Pigm、Pi2-1、Pi49 75-1-127、谷梅4號、天津野生稻、魔王谷兩系不育系創(chuàng)5S C5S-Pi9、 C5S-Pigm、C5S-Pi2-1、 C5S-Pi49、C5S-Pi49/Pi9、 C5SPi49/Pigm、 C5S-Pi49/Pi2-1高抗或抗 張菊萍等(2018)Pi-1、Pi-9、Pi-kh 恢復系金恢1059 恢復系福恢673 10個改良株系,其中Line 9定名為“?；?83”抗或中抗 陳志偉等(2019)恢復系N175 16個抗病近等基因系 抗 毛大梅等(2017)Pi1、pi2 BL122 紅色特種秈稻桂紅一號43株改良株系 高抗或抗 孫富等(2018)溫敏核不育系GD-7S 純合改良不育株系:RGD7S-1、 RGD7S-2、RGD7S-3、 RGD7S-4、RGD7S-5 BL123 珍汕97B 珍汕97B (Pi1/Pi2)、華2048B (珍 汕 97B( Bph14/Bph15/Pi1/Pi2) )高抗 柳武革等(2008)高抗或抗 胡杰等(2010)Pi1、Pi2、Pi33 C101LAC、C101A51 金23B 含3個抗性基因的純合單株W1高抗 陳紅旗等(2008)中金23 空育131 抗性基因的株系:k165、k166、k191高抗或抗 田紅剛等(2016)Pi2 早秈稻抗稻瘟病材料Z219優(yōu)質(zhì)中秈稻材料:R201、R202、R203、R204、R205、R206 、R207 30個抗稻瘟病恢復系株系中抗或中感余鍵等(2017)五山絲苗 川恢907 抗稻瘟病基因聚合改良系69235-4-10,定名為“新川恢907”Pib R150 蜀恢527 10個改良株系,其中編號206株系定名為“陜恢206”抗高抗或中抗白玉路等(2019)張選明等(2018)Pi-ta、Pi-b 武粳15 南粳5055 21個純合單株,其中JD0051暫定名為“南粳0051”Pi-d(t)1、Pi-b、Pi-ta2地谷、BL-1、P-i4號 岡46B 15株含有3個抗稻瘟病基因的雜合體Pi40、Pigm IR65482、谷梅4號 兩系不育系創(chuàng)5S 改良不育系株系:Pigm基 因( 17S10、17S11、17S13);Pi40 基因(17S16、17S18、17S19)中抗 姚姝等(2017)抗性提高 陳學偉等(2004)抗或中抗 廖常青等(2018)Pi-kh 特特普 恢復系R1、R2 抗病純系:Q-52、Q-62 中抗以上 裘燁等(2019)Pi46 秈型廣譜抗稻瘟病種質(zhì)H4肖武名等(2014)空間誘變秈稻品系H4強恢復系廣恢998 R1198(航恢1198) 抗譜明顯拓寬航恢1173 中抗以上 孫大元等(2014)Pikm、Pik-1秈型三系恢復系航恢173 04-1051、多恢57 蜀恢527 恢復系瀘恢37 高抗 況浩池等(2016)Pi25 谷梅2號 湘晚秈13號 改良新株系:湘C72、湘C76、湘C77中抗 劉文強等(2017)

導入基因 供體親本 受體親本 導入結(jié)果 抗性表現(xiàn) 參考文獻BL108 光溫敏核不育系浙科22S兩系不育系16S、38S、39S、61S、73S抗余守武等(2013)BL47 福稻B 不育系及其保持系:CP1A(B)-CP5A(B)中抗以上 涂詩航等(2015)BL27 保持系臻達B 改良不育系:臻達APi25-1、臻達A-Pi25-2 、臻達A-Pi25-3,其中臻達 A-Pi25-3定名為“157A”中感至高抗董瑞霞等(2017)Pigm 谷梅4號 湘晚秈13號 抗病純系湘晚秈13-Pigm兩系不育系C815S 改良不育株系:7CS01、7CS02、7CS03高抗 賴怡帆等(2019)抗或中抗 向聰?shù)?2018)早秈稻1701 1701-Pigm 高抗 楊豐宇等(2017)春恢350 改良恢復系純合株系:春恢350-1、春恢350-2、春恢350-3中抗 楊平等(2015)武運粳29196 改良株系 DH036、DH158高抗或中抗 王飛等(2016)706B 中秈型優(yōu)質(zhì)光溫敏感型核不育系廣占63-2S 6個株系(MSJ1-MSJ6),其中MSJ3定名為“揚秈3S”中感至抗 李育紅等(2018)

6 存在問題與展望

分子標記輔助選擇已成為水稻抗病育種和抗性改良的必備手段,其在水稻抗病育種工作中發(fā)揮的作用越來越重要。為了更好地利用分子標記輔助選擇培育出抗病、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的水稻品種,主要應(yīng)從以下幾個方面開展工作:(1)對田間的稻瘟病菌群體的變化進行系統(tǒng)、連續(xù)的監(jiān)測,分析稻瘟病群體變化的趨勢和動態(tài),便于設(shè)計抗病改良的育種方案。(2)加快新的稻瘟病抗性基因的發(fā)掘與精細定位,克隆出更多具有使用價值的功能基因。(3)加強稻瘟病病抗性基因和相關(guān)啟動子的研究,將強啟動子與抗性基因串聯(lián)后同時導入某一水稻品種中,加強抗性基因的表達效果。(4)通過基因聚合的方法培育出抗譜互補的多個抗性基因,培育多基因?qū)捒棺V的抗病資源。同時,要結(jié)合田間表型鑒定,選取其它農(nóng)藝性狀同樣優(yōu)良的材料,進行回交選育,做到前景選擇和背景選擇同時進行。