Breeding System and Application of Rice Resistance to BacterialBlightBasedonXa23Gene

YANG Longshu， ZHANG Conghe， YAN Zhi， SHEN Guangle， CHEN Zulong （AnhuiWin-AllHi-TechSeedCo.，Ltd.，Hefei230088）

水稻（Oryzasativa）作為世界主要的糧食作物，喂養(yǎng)著全球一半以上的人口，其安全生產(chǎn)直接關(guān)乎世界糧食安全和人民生命健康[1-2]。然而，水稻的生產(chǎn)過程中病蟲害頻發(fā)，大量農(nóng)藥的投入，不但對自然環(huán)境造成不可逆的傷害，還可能造成稻米中農(nóng)藥殘留超標(biāo)，降低產(chǎn)品的品質(zhì)和食用安全性。隨著人民對美好生活和食品安全需求的日益增加，發(fā)展抗病綠色高效的育種技術(shù)刻不容緩，抗病性也成為水稻育種的重要目標(biāo)性狀。

水稻白葉枯病于1884年在日本福岡縣被首次發(fā)現(xiàn)，是由黃單胞菌水稻致病變種引起的一種細(xì)菌性維管束病害[3]，多發(fā)生在水稻孕穗抽穗階段，影響水稻結(jié)實(shí)率、米質(zhì)及發(fā)芽率。如在水稻分蘗期發(fā)生白葉枯病，容易造成稻株大量枯死，損失更大。在中國，水稻白葉枯病也是制約水稻產(chǎn)量提高和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大病害，每年因白葉枯病造成的減產(chǎn)高達(dá)10%～30% ，嚴(yán)重時可減產(chǎn) 50% 以上。因此，中國很早就展開了抗白葉枯病的育種攻關(guān)，1995年Song等[4克隆了水稻中的第1個抗白葉枯病基因 Xa2I 。隨著技術(shù)的快速發(fā)展，截至目前已經(jīng)有超過48個水稻抗白葉枯病的基因或位點(diǎn)被發(fā)掘報道[5，且已有 XaI^[6]，Xa2^[7]，Xa3/Xa26^[8]，Xa7^[9] ）xal3^[10]，XaI4^[7]，Xa2I^[4]，Xa23^[11]，xa25^[12]，Xa27^[13] Xa4l^[14] 等17個基因已被克隆[15]。其中 Xal?Xa7 、Xa21和 Xa23 的育種應(yīng)用較廣[，隨著育種應(yīng)用的不斷深入，發(fā)現(xiàn)Xa21基因的抗性可被多數(shù)白葉枯病菌克服并感染白葉枯病，而 Xa7 和 Xa23 對不同白葉枯病菌表現(xiàn)為廣譜抗性，但依舊有11種菌株可克服Xa7抗性，2種菌株可克服Xa23抗性[1]。因此，建立基于 Xa23 廣譜抗性基因的水稻抗白葉枯性病育種體系對水稻抗病品種選育至關(guān)重要。安徽荃銀高科種業(yè)股份有限公司圍繞已有的白葉枯病抗性材料，通過常規(guī)育種與分子育種相結(jié)合的高效育種技術(shù)體系對多個優(yōu)質(zhì)兩系不育系和恢復(fù)系進(jìn)行改造，成功獲得攜帶Xa23廣譜抗性基因的高抗白葉枯病聚合材料（圖1）。

1材料選擇

廣恢466含有Xa23抗性基因[1]，安徽荃銀高科種業(yè)股份有限公司以廣恢466為抗白葉枯病供體親本，分別選育出了高抗白葉枯病兩系不育系雙抗6S和恢復(fù)系兔恢3號，二者配組的組合白葉枯病抗性均達(dá)到中抗以上，具有較大的育種應(yīng)用價值。

2 育種體系構(gòu)建

2.1含Xa23基因的抗白葉枯病兩系不育系選育體

系安徽荃銀高科種業(yè)股份有限公司以自育優(yōu)質(zhì)兩系不育系復(fù)香063S為母本、優(yōu)質(zhì)型常規(guī)稻廣恢466為父本，2020年春在三亞進(jìn)行雜交，獲得雜交種F₁;2020 年夏在合肥種植 F₁ 并混收 F₂ 種子;2021年春在三亞種植 F₂ 共2000余株進(jìn)行分離，利用自然生態(tài)稻瘟病誘發(fā)鑒定和白葉枯菌種人工接種鑒定（白葉枯菌種由安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供），結(jié)合分子標(biāo)記輔助育種，選擇含有抗白葉枯病基因Xa23、抗稻瘟病基因 Pi2 和香味基因Badh2，且性狀優(yōu)良、繁茂性好、谷粒細(xì)長、柱頭外露率高、田間未見發(fā)病的不育株33株，割茬帶回合肥冷罐池再生，進(jìn)行自交結(jié)實(shí)；2021年夏收獲 F₃;2022 年春在三亞種植33個 F₃ 株系，利用自然生態(tài)稻瘟病誘發(fā)鑒定和白葉枯菌種人工接種鑒定，選擇含有 Xa23，Pi2 和Badh2基因，株型適中、分蘗較強(qiáng)、劍葉直挺的株系10個；2022年夏在保山種植 F₄ 株系10個，利用自然生態(tài)稻瘟病誘發(fā)鑒定和白葉枯菌種人工接種鑒定，進(jìn)行農(nóng)藝性狀和育性鑒定，選擇性狀好、整齊一致且不育性穩(wěn)定的5個優(yōu)良株系，收獲 F₅;2023 年春在三亞種植 F₅ ，進(jìn)行稻瘟病自然生態(tài)誘發(fā)鑒定和白葉枯菌種人工接種跟蹤，用YR0822、YR851、YR836等優(yōu)質(zhì)恢復(fù)系進(jìn)行測配，并自交得 F₆;2023 年夏在保山種植 F₆ ，繼續(xù)進(jìn)行稻瘟病自然生態(tài)誘發(fā)鑒定和白葉枯菌種人工接種跟蹤，收獲 F₇;2024 年春在三亞種植 F₇ 時系內(nèi)群體農(nóng)藝性狀已穩(wěn)定， Xa23，Pi2 和Badh2這3個基因已純合，命名為雙抗 6S 。雙抗6S選育過程見圖2。

2.2含 Xa23 基因的抗白葉枯病恢復(fù)系選育體系以自育優(yōu)質(zhì)恢復(fù)系7HR072（以鵬恢5號為母本、YR0822為父本，經(jīng)7代選育而成）為母本、優(yōu)質(zhì)型常規(guī)稻廣恢466為父本，2017年春在三亞進(jìn)行雜交，獲得雜交種 F₁;2017 年夏在合肥種植 F₁ 并混收F₂ 種子;2018年春在三亞種植 F₂ 共2000余株進(jìn)行分離，利用自然生態(tài)稻瘟病誘發(fā)鑒定和白葉枯菌種人工接種鑒定，結(jié)合分子標(biāo)記輔助育種，選擇含有Xa23和 Pi2 基因，且株高適中、株型緊湊、株葉形態(tài)好，結(jié)實(shí)率高、田間未見發(fā)病的單株38個；2018年夏種植 F₃ 株系，利用自然生態(tài)稻瘟病誘發(fā)鑒定和白葉枯菌種人工接種鑒定，結(jié)合 Pi2 和 Xa23 標(biāo)記輔助選擇，篩選出14個含 Xa23 和 Pi2 基因且田間未發(fā)病的優(yōu)良株系;2019年春在三亞種植 F₄ 株系群體并人工接種白葉枯菌種進(jìn)行跟蹤鑒定，根據(jù)田間綜合表現(xiàn)，篩選出8個優(yōu)良株系，按單株收獲種子；2019年夏種植 F₅ 株系群體并人工接種白葉枯菌種進(jìn)行跟蹤鑒定，收獲 F₆ 種子，同時進(jìn)行測交，收獲測交 F₁ 種子；2020年春在三亞綜合評價測交種的表現(xiàn)，篩選出雜種優(yōu)勢強(qiáng)且田間未見發(fā)病的優(yōu)良株系，并利用 F₆ 優(yōu)良株系測交，得到測交 F₁ 種子；2020年夏在合肥對測交組合進(jìn)行配合力、恢復(fù)力鑒定和稻米品質(zhì)檢測，同時評估其雜種優(yōu)勢，選擇株型理想、抗倒能力強(qiáng)、配合力高、米質(zhì)優(yōu)、抗稻瘟病和白葉枯病的株系；2021年春在三亞種植 F₈ 時系內(nèi)群體農(nóng)藝性狀已穩(wěn)定，田間抗病性跟蹤未見發(fā)病，且 Xa23 和 Pi2 基因已純合，命名為兔恢3號。兔恢3號選育過程見圖3。

3抗白葉枯病育種體系應(yīng)用成效

通過上述抗水稻白葉枯病高效育種體系，分別育成了兩系不育系雙抗6S和恢復(fù)系兔恢3號，稻瘟病和白葉枯病均達(dá)到中抗以上，且雙抗6S于2023年提交植物新品種保護(hù)（申請?zhí)枺?0231008077）。

3.1雙抗6S經(jīng)荃銀高科稻米品質(zhì)檢測中心檢測，雙抗6S糙米率 79.7% ，整精米率 42.3% ，長寬比3.6，透明度2級，堊白粒率 3.4% ，堊白度 1.1% ，直鏈淀粉含量 12% ，具有香味，食味品質(zhì)佳，對稻瘟病和白葉枯病均達(dá)高抗水平。

3.2兔恢3號經(jīng)荃銀高科稻米品質(zhì)檢測中心檢測，兔恢3號糙米率 78.8% ，整精米率 60.8% ，長寬比3.1，透明度1級，堊白粒率 1.4% ，堊白度 0.6% ，直鏈淀粉含量 14.6% ，達(dá)到NY/T593—2002《食用稻品種品質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)一級，對稻瘟病和白葉枯病均達(dá)高抗水平。

4總結(jié)與展望

通過雜交聚合、分子標(biāo)記輔助、田間自然誘發(fā)、人工接種鑒定和稻米品質(zhì)檢測選育出的雙抗6S和兔恢3號均高抗稻瘟病和白葉枯病，配組組合白葉枯病抗性也達(dá)到中抗以上。由此可見，本文所述水稻抗白葉枯病育種體系能高效選育優(yōu)質(zhì)水稻抗白葉枯病兩系不育系和恢復(fù)系品系，可為水稻抗白葉枯病品系和品種的選育提供技術(shù)支撐，加速抗白葉枯病水稻的田間選育。

參考文獻(xiàn)

[1]鄧歡，劉亞培，王春連，郭威，陳析豐，紀(jì)志遠(yuǎn).水稻抗白葉枯病新 基因Xa49（t）的定位分析.中國水稻科學(xué).https：//link.cnki.net/ urlid/33.1146.S.20240613.1737.010

[2]陳復(fù)旦，顏丙霄，何祖華.水稻白葉枯病抗病機(jī)制與抗病育種展望. 植物生理學(xué)，2020，56（12）：2533-2542

[3] Ou SH.Rice diseases.Kew Surrey：Commonwealth Mycological Institute，1985：380

[4]SongWY，WangGL，ChenLL，KimHS，PiLY，Holsten T， GardnerJ，WangB，ZhaiWX，ZhuLH，F(xiàn)auquetC，RonaldP.A receptor kinaselike protein encoded by the rice disease resistance gene，Xa21.Science，1995，270（5243）：1804-1806

[5]JiangN，YanJ，LiangY，ShiYL，HeZZ，WuYT，ZengQ，LiuXL， PengJH.Resistance genesand their interactionswith bacterial blight/ leaf streakpathogens（Xanthomonasoryzae）inRice（Oryza sativaL.） -anupdated review.Rice，2020，13（3）：https：//doi.org/10.1186/ s12284-019-0358-y

[6]YoshimuraS，YamnouchiU，KatayoseY，TokiS，WangZX， KonoI，KurataN，YanoM，SasakiT.ExpressionofXal，abacterial blight-resistance gene in rice，is inducedbybacterial inoculation. ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStates ofAmerica，1998，95（4）：1663-1668

[7]JiCH，Ji，ZY，LiuB，ChengH，LiuH，LiuSZ，YangB，ChenG 1.Aul anune R genes auuvau Iie vngnt Iusisianev suppivssiu Uy interfering TAL effectors.Plant Communications，2020，1（4）： 100087

[8]XiangY，CaoYL，XuCG，LiXH，WangSP.Xa3，conferring resistance for rice bacterial blight and encoding a receptor kinase-like protein，is thesameas Xa26.Theoretical and Applied Genetics，2006， 113 （7）： 1347-1355

[9]Chen XF，Liu PC，Mei L，He XL，Chen L，Liu H，Shen SR，Ji Z D，ZhengXX，ZhangYC，Gao ZY，ZengDL，Qian Q，Ma BJ. Xa7，a new executor R gene that confers durable and broad-spectrum resistance to bacterial blight disease in rice.Plant Communications， 2021，2（3）：htps：//doi.org/10.1016/j.xplc.2021.100143

[10] YangB，SugioA，WhiteFF.Os8N3 isahost diseasesusceptibility gene for bacterial blight of rice.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2006，103 （27）：10503-10508

[11] Wang CL，Zhang X P，F(xiàn)an YL，Gao Y，Zhu QL，Zheng C K，Qin TF，LiYQ，CheJY，ZhangMW，YangB，LiuYG，Zhao KJ. XA23 is an executor R protein and confers broad-spectrum disease resistance in rice.Molecular Plant，2015，8（2）：290-302

[12]LiuQS，YuanM，ZhouY，LiXH，Xiao JH，WangSP.Aparalog of the MtN3/saliva family recessively confers race-specific resistance to Xanthomonas oryzae in rice.Plant，Cellamp;Environment，2011，34 （11 ）：1958-1969

[13]GuKY，YangB，TianDS，WuLF，WangDJ，Sreekala C，YangF， Chu ZQ，Wang GL，White FF，Yin ZC.R gene expresson induced bya type-Il effector triggers disease resistance in rice.Nature， 2005，435（7045）：1122-1125

[14]Hutin M，Sabot F，Ghesquiere A，Koebnik R，Szurek B.A knowledgebased molecular screen uncovers a broad-spectrum OsSWEETl4 resistance allele to bacterial blight from wild rice.Plant Journal，2015，84（4）：694-703

[15]Sinha P，Kumar T D，Sk H，Solanki M，Gokulan C G，Das A， MiriyalaA，GonuguntalaR，ElumalaiP，KousikMBVN， MasthaniSK，KumbojuC，ArraY，LahaGS，ChirravuriNN， PatelHK，GhaziIA，KimSR，JenaKK，HanumanthSR，Oliva R，Mangrauthia SK，SundaramRM.Fine mappingand sequence analysis reveal a promising candidate gene encoding a novel NBARC domain derived from wild rice（Oryza officinalis） that confers bacterial blight resistance.Front Plant Science，2O23，14：https：//oi. org/10.3389/fpls.2023.1173063

[16]陳功友，徐正銀，楊陽陽，鄒麗芳，朱勃.我國水稻白葉枯病菌致病 型劃分和水稻抗病育種中應(yīng)注意的問題.上海交通大學(xué)學(xué)報：農(nóng) 業(yè)科學(xué)版，2019，37（1）：67-73

[17]楊文平，梁鐵軍，蔡柳文，柳武革，王豐，黎均旺，莊劍平，馮大良. 優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)雜交水稻新組合博Ⅲ優(yōu)466的選育與應(yīng)用.技術(shù)與裝備， 2020，45（5）：90-91

（收稿日期：2025-03-22）