王丹　曹志　肖應(yīng)輝

摘 要 水稻（Oryza sativa）作為世界上主要的糧食作物之一，它的生產(chǎn)關(guān)系糧食安全。稻瘟病是由真菌病原物Magnaporthe oryzae引起的，是水稻最嚴(yán)重的病害之一，嚴(yán)重威脅著世界的糧食生產(chǎn)。簡述國內(nèi)外水稻抗稻瘟病基因的研究進(jìn)展，

關(guān)鍵詞 水稻；稻瘟?。豢剐曰?/p>

中圖分類號(hào)：S511 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-890X（2015）30-0-03

水稻（Oryza sativa）作為世界上主要的糧食作物之一，它的生產(chǎn)關(guān)系糧食安全。稻瘟病是由真菌病原物Magnaporthe oryzae引起的，是水稻最嚴(yán)重的病害之一，嚴(yán)重威脅著世界的糧食生產(chǎn)[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1975-1990 年間，全世界由稻瘟病導(dǎo)致的水稻產(chǎn)量損失高達(dá)1.57億t[2]。自20世紀(jì)末以來，我國稻瘟病每年發(fā)生面積均超過380萬hm2，所造成的產(chǎn)量損失達(dá)數(shù)億公斤每年[3]。實(shí)踐證明，控制此病害最經(jīng)濟(jì)、有效和環(huán)保的方法是利用寄主的抗性培育和種植抗病品種[1，4]，而應(yīng)用分子標(biāo)記輔助選擇（Marker-assisted Selection，MAS）技術(shù)將多個(gè)具有不同抗譜的稻瘟病抗性基因聚合到同一個(gè)品種中，是培育具有持久抗瘟性品種的有效措施之一[5]。

1 稻瘟病的抗性遺傳

稻瘟病抗性可分為兩種類型：完全抗性和部分抗性。完全抗性是指寄主與病原菌之間以一種不親和的方式互作，病原菌不能在寄主上完成生長世代；這種抗性一般是由單個(gè)主效抗病基因控制的，這種抗性對(duì)病原菌具有小種專一性，在特定的品種中抗性的壽命有限，原因是它對(duì)病原菌進(jìn)化的選擇壓很大。而部分抗性是指寄主與病原菌以一種親和方式互作，但其能減輕病原菌的侵染程度；一般認(rèn)為，部分抗性是由多個(gè)基因控制的[6]，每一個(gè)微效基因又稱為數(shù)量性狀基因座QTL。

2 稻瘟病抗性基因定位與克隆

20世紀(jì)60年代中期，日本率先開展了水稻抗稻瘟病基因的遺傳研究，并取得了一系列的研究成果。隨著分子生物學(xué)的不斷發(fā)展，各種類型分子標(biāo)記的開發(fā)和應(yīng)用，推動(dòng)了水稻稻瘟病抗性基因定位與克隆研究迅速發(fā)展。截至目前，已至少報(bào)道了69個(gè)抗稻瘟病位點(diǎn)和83個(gè)主效基因，這些抗性基因或主效QTL大多被精細(xì)定位。其中，Pib、Pita、Pi9、Pi2、Piz-t、Pid2、Pi36、Pi37、Pik-m、Pid3、Pi-t、Pi5、Pish、Pi54、Pik、Pik-p、Pia、Pi25、Pi1、 Pi56、Pi63、PiCO39、Pi64、Pi50、pi21和Pb1等26個(gè)基因被成功克隆，這些基因分布于除第3 染色體外的其余11條染色體上，其中第6、11和12染色體分布最多。稻瘟病抗性基因在染色體上往往成簇分布，如Pi2、Pi9和Piz-t同為Piz位點(diǎn)上的復(fù)等位基因，Pi1、Pik-h/Pi54、Pik-m和Pik-p同為Pik位點(diǎn)上的復(fù)等位基因，Pid3與Pi25等位，Pia與PiCO39等位。

第6染色體Pi9/2位點(diǎn)是稻瘟病抗性基因密集區(qū)域，到目前為止至少有10個(gè)以上的基因被定位，分別是Pigm、Pi2、Piz–t、Pi2–2、Pi9、Pi26、Pi40、Pi50、Piz和qBR6。廣譜抗稻瘟病基因Pi9首先由Amante Bordeos等[7]從小粒野生稻導(dǎo)入栽培稻中并命名，并獲得了與之緊密連鎖的RFLP標(biāo)記RG64和R2132，遺傳距離分別2.8cM和2.7cM；后被精細(xì)定位于水稻第6染色體短臂的NIP基因和PK基因之間。在抗譜表現(xiàn)方面，Pi9抗譜相當(dāng)廣，對(duì)來自13個(gè)國家的43個(gè)稻瘟病菌株均表現(xiàn)出很高的抗性。Qu等利用圖位克隆方法最終克隆了Pi9[8]。Pi2為Pi9同一位點(diǎn)上的抗瘟基因，Mew[9]、Yu[10]和吳金紅[11]等的研究將抗性基因Pi2（t）最終定位在標(biāo)記RG64和AP22之間，遺傳距離分別是0.9cM和1.2cM。Zhou等利用圖位克隆方法克隆了Pi2，Pi2和Pi9同源性很高，只存在幾個(gè)氨基酸的差異，抗譜也只有幾個(gè)稻瘟菌生理小種差異[12]。吳建利等在谷梅2號(hào)第6號(hào)染色體定位了2個(gè)抗稻瘟病基因Pi-25和Pi-26。Pi-25對(duì)中國稻瘟菌菌系92-183（小種ZC15）有較強(qiáng)的葉瘟和穗瘟抗性，定位于水稻第6染色體標(biāo)記A7和RG456之間，圖距分別是1.7cM和1.5cM；Pi-26對(duì)菲律賓稻瘟菌菌系Ca89有較強(qiáng)的葉瘟抗性，定位于水稻第6染色體上標(biāo)記B10和R674之間，圖距分別是5.7cM和25.8cM[13]。此外，江南等研究發(fā)現(xiàn)，分子標(biāo)記AP4007、AP4791、AP5659-5和AP5930與谷梅2號(hào)中的主效抗病基因共分離[14]。Deng[15]等通過開發(fā)新的標(biāo)記，定位了谷梅4號(hào)中的廣譜抗性基因Pigm，將其定位在水稻第6染色體上CAPS標(biāo)記C5483與C0428之間的70kb區(qū)間內(nèi)，與廣譜抗性基因Pi2/Pi9緊密連鎖或等位。此外，他還發(fā)現(xiàn)Pi26基因可能也在同一位點(diǎn)。王悅[16]等對(duì)天津野生稻中的主效抗稻瘟病基因Pi2–1進(jìn)行了定位，將其定位在第6號(hào)染色體上Pi9/2位點(diǎn)，位于SSR標(biāo)記AP5659–5和RM7213之間，與兩標(biāo)記的遺傳距離分別為0.9cM和1.4cM。

此外，黃紅梅[17]將湘資3150中的抗稻瘟病基因Pi47定位在第11染色體上，位于標(biāo)記RM224和RM206之間。而后史學(xué)濤[18]對(duì)湘資3150中的抗稻瘟病基因Pi47進(jìn)行了精細(xì)定位，將Pi47定位在水稻第11染色體長臂端，位于SSR標(biāo)記RM224和STS標(biāo)記K134之間；而后又通過開發(fā)新的分子標(biāo)記，最終將Pi47定位在CAPS標(biāo)記S32和K33之間，與兩標(biāo)記的遺傳距離分別為0.21 cM和0.03 cM，分子標(biāo)記S10與其共分離。

Rybka等利用RFLP標(biāo)記和RAPD標(biāo)記定位了位于第十二號(hào)染色體中部的兩個(gè)抗稻瘟病基因Pi-ta2和Pi-ta，它們是緊密連鎖的，后來對(duì)兩個(gè)基因進(jìn)行深入研究發(fā)現(xiàn)含有Pi-ta2基因的水稻品種都具有Pi-ta基因，Tetep等通過接種實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Pi-ta2 比Pi-ta抗譜更廣。Wu等從1440個(gè)RAPD引物產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)了3個(gè)標(biāo)記與目的基因Pi-ta的遺傳距離小于0.5cm，為Bryan等最終克隆該基因奠定了良好的基礎(chǔ)[19]。此外，王悅等又將天津野生稻中另一個(gè)主效抗稻瘟病基因Pi51（t）定位在第12染色體上位于標(biāo)記RM5364和RM27990之間，與兩標(biāo)記的遺傳距離分別為0.4 cM和0.8cM[20]。此外，黃紅梅將湘資3150中的另一主效抗稻瘟病基因Pi48定位在第12染色體上，位于標(biāo)記RM5364和RM7102之間4.2cM的區(qū)間內(nèi)[21]。劉楊對(duì)Pi48基因進(jìn)行了精細(xì)定位，將Pi48定位于第12號(hào)染色體著絲粒附近，標(biāo)記LY-2與Pi48之間的遺傳距離只有0.025cM左右，并且該標(biāo)記與Pi48共分離[22]。

隨著對(duì)稻瘟病抗病基因和致病機(jī)理以及抗病基因在寄主和病原菌之間相作深入研究，對(duì)水稻抗稻瘟病侵染全過程的詳細(xì)了解以及新生物技術(shù)手段發(fā)展和應(yīng)用，一定能夠?qū)⒌疚敛〉奈：χ饾u減小的。

參考文獻(xiàn)

[1]Ou SH. Rice Diseases， 2nd edn[M].Kew：Commonwealth Mycological Institute， 1985：109-201.

[2]Baker B， Zambryski P， Staskawicz B， et al. Signaling in Plant-microbe Interactions[J].Science，1997（276）：726-733.

[3]Shen M G， Lin J Y. The Economic Impact of Rice blast Disease in China. In： Zeigler R S， Leong S A， Teng P S. Rice Blast Disease[M]. England， UK：CAB International，1994：321-331.

[4]Zeigler R S， Tohme J， Nelson J， et al. Linking Blast Population Analysis to Resistance Breeding： A Proposed Strategy for Durable Resistance. In Zeigler RS， Leong SA， Teng PS （eds） Rice Blast Disease[M].United Kindom： CAB International and IRRI， Wallingford，1994：16-26.

[5]Hittalmani S， Parco A， Mew T V， et al. Fine Mapping and DNA Marker-assisted Pyramiding of the Three Major Genes for Blast Resistance in Rice[J]. Theoretical and Applied Genetics，2000（100）：1121-1128.

[6]Bonman J M， Mackill D J. Durable resistance to rice blast disease[J].Oryza，1988（25）：103-110.

[7]Amante-Bordeos A， Sitch LA， Nelson R， et al.Transfer of Bacterial Blight and Blast Resistance from the Tetraploid Wild rice Oryza Minuta to Cultivated Rice， Oryza sativa[J].Theor Appl Genet.1992，84（3-4）：345-54.

[8]The Broad-spectrum Blast Resistance Gene Pi9 Encodes A Nucleotide-binding Site-leucine-rich Repeat Protein and is A Member of A Multigene Family in Rice. Genetics，2006（172）：1901-1914.

[9]Mew T V， Parco A S， Hittalmani S， et al. Fine-mapping of Major Genes for Blast Resistance in Rice[J].Rice Genet Newsl，1994（11）：126-128.

[10]Yu Z H. Molecular Mapping of Rice （Oryza sativa L. ） Gene Via Link Age to Restriction Fragment Length Polymorph Ism（RFLP）markers[D].Ithaca， N. Y：Comell University，1991.

[11]吳金紅，蔣江松，陳惠蘭，等.水稻稻瘟病抗性基因P-i2（t）的精細(xì)定位[J].作物學(xué)報(bào)，2002，28（4）：505-509.

[12]Zhou， B.， Qu， S.， Liu， G.et al. The Eight Amino-acid Differences Within Three Leucine-rich Repeats Between Pi2 And Piz-t Resistance Proteins Determine the Resistance Speci?city to Magnaporthe grisea[J]. Mol.Plant-Microbe Interact. 2006（19）：1216-1228.

[13]Wu J L， Fan Y Y， Li D B， et al. Genetic Control of Rice Blast Resistance in the Durably Resistant Cultivar Gumei 2 Against Multiple Isolates[J].Theoretical and Applied Genetics， 2005， 111（1）： 50-56.

[14]江南.水稻品種Jefferson和谷梅2號(hào)廣譜抗稻瘟病基因的發(fā)掘與定位[D].長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

[15]Deng Y， Zhu X， Shen Y， et al. Genetic Characterization and Fine Mapping of the Blast Resistance Locus Pigm（t） Tightly Linked to Pi2 and Pi9 in A Broad-spectrum resistant Chinese variety[J].Theoretical and Applied Genetics，2006，113（4）：705-713.

[16]王悅，鄧曉娟，江南，等.天津野生稻稻瘟病抗性的遺傳分析與抗瘟基因Pi2-1的初步定位[J].湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，39（1）：40-45

[17]Huang H M， Huang L， Feng G P， et al. Molecular mapping of the new blast resistance genes Pi47 and Pi48 in the durably resistant local cultivar Xiangzi 3150[J].Phytopathology，2011（101）：620-626.

[18]史學(xué)濤.水稻品種湘資3150中抗稻瘟病基因Pi47的精細(xì)定位[D].長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[19]Krystyna Rybka， Masaru Miyamoto， Ikuo Ando， et al. High Resolution Mapping of the Indica-Derived Rice Blast Resistance Genes II. Pi-ta2 and Pi-ta and a Consideration of Their Origin[J].Molecular Plant-Microbe Interactions 1997（10）：517-524

[20]Wu K S， Martinez C， Lentini Z， et al. Cloning A Blast Resistance Gene by Chromosome Walking//Rice Genetics：Ⅲ. Proceedings of the Third International Rice Genetics Symposium[M].Manila： IRRI， 1996：669-674.

[21]Wang Y， Wang D， Deng X J， et al. Molecular Mapping of the Blast Resistance Genes Pi2-1 and Pi51（t） in the Durably Resistant Rice‘Tianjingyeshengdao[J].Genetics and Resistance，2012，8（102），779-786.

[22]劉楊.水稻品種湘資3150中抗稻瘟病基因Pi48的精細(xì)定位[D].長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

（責(zé)任編輯：趙中正）