王偉舵++劉永鋒

摘要：在農業(yè)生產實際過程中，水稻抗病品種常常缺少對稻瘟病的持續(xù)抗性，這是由于稻瘟病菌具有復雜的遺傳多樣性，在抗病品種的長期定向選擇過程中，田間稻瘟病菌的種群遺傳結構發(fā)生了改變，產生了一些能夠克服品種抗性的強致病型菌株。因此，研究稻瘟病菌的遺傳結構及其時空動態(tài)，掌握水稻種植區(qū)的稻瘟病菌遺傳變異規(guī)律，對水稻抗病品種選育和利用抗病品種布局防治稻瘟病均有重要意義。本文對我國稻瘟病菌遺傳多樣性研究進展進行了概述。

關鍵詞：稻瘟病菌；遺傳多樣性；分子標記；中國

中圖分類號： S435.111.4+1文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）06-0196-03

收稿日期：2015-05-17

基金項目：江蘇省農業(yè)科技自主創(chuàng)新資金[編號：CX（15）1054]。

作者簡介：王偉舵 （1984—），男，博士，主要從事水稻真菌病原物分子生物學研究。E-mail：weiduowang@aliyun.com。

通信作者，劉永鋒，博士，研究員，主要從事水稻病害及其生物防治研究工作。E-mail：liuyf@jaas.ac.cn。稻瘟病是由稻瘟病菌（Magnaporthe grisea）引起的水稻生產上的重要病害，在我國各水稻種植區(qū)均有發(fā)生，對水稻安全生產造成嚴重影響[1]。目前選育和利用抗病品種是防治稻瘟病最經濟有效的方法[2]。然而，稻瘟病菌本身具有豐富的遺傳多樣性和易變異性，在田間極易產生致病性的分化，這也導致一些水稻抗病品種在推廣種植3～5年后，抗病性逐漸喪失[3-4]。因此研究稻瘟病菌的群體遺傳多樣性，掌握稻瘟病菌群體遺傳結構的變化規(guī)律，對水稻抗病品種選育及生產上利用抗病品種布局防治稻瘟病均有重要意義。

生物的遺傳多樣性研究需要合適的遺傳標記來明確地反映不同種群的遺傳特征[5]。隨著生物學技術的快速發(fā)展，遺傳標記的種類已經從形態(tài)學、細胞遺傳學、生物化學發(fā)展到分子生物學領域[6]。分子標記技術具有結果穩(wěn)定可靠，重復性好等優(yōu)點，在生物多樣性研究中已得到廣泛應用[7-9]。目前稻瘟病菌的遺傳多樣性研究主要是以稻瘟病菌基因組中轉座子或重復序列為模板設計探針引物，結合體外聚合酶鏈式反應、限制性內切酶反應等分子生物學方法來表征稻瘟病菌不同遺傳群體遺傳上的多態(tài)性[10-11]。在稻瘟病菌遺傳多樣研究中應用較多的分子標記技術有簡單重復序列（SSR）、隨機擴增片段多態(tài)性（RAPD）、限制性片段長度多態(tài)性（RFLP）、rep-PCR等[12-14]，本文對不同分子標記方法在我國稻瘟病菌群體遺傳多樣性研究中所取得的進展進行了概述。

1簡單重復序列（simple sequence repeat，SSR）

SSR是由1～6個堿基組成的基因串聯(lián)重復DNA序列，該分子標記方法操作簡便，獲得的遺傳標記豐富，廣泛用于研究真菌種群遺傳結構和基因定位[15]。童簡新等利用13對SSR引物對湖南19個縣種植的44個水稻品種上的稻瘟病菌菌株進行了遺傳多樣性分析，研究結果顯示高海拔山區(qū)比丘陵地區(qū)稻瘟病菌遺傳多樣性更豐富，在某一地區(qū)栽培品種組成多樣化程度越高，該地區(qū)的稻瘟病菌遺傳多樣性越豐富[16]。肖丹鳳等利用8對SSR引物對黑龍江、浙江和廣西的144個稻瘟病菌進行了遺傳多樣性檢測，分析結果表明，由于地理環(huán)境及氣候條件等因素的影響，3個省份的稻瘟病菌菌株的遺傳結構有明顯差異，浙江和江西稻瘟病菌菌株分屬在一個遺傳宗譜群體，而黑龍江菌株分屬在另一個遺傳宗譜群體，說明地理環(huán)境及氣候條件等因素影響各地區(qū)稻瘟病菌遺傳結構組成[17]。

2rep-PCR技術（repetitive element-based polymerase chain reaction）rep-PCR技術是擴增基因組中轉座子之間旁側重復序列以得到具有豐富多態(tài)性DNA片段的方法。George等利用稻瘟病菌基因組的轉座子Pot2的末端重復序列設計了1對擴增轉座子之間基因組序列的引物，并利用該引物對分離自菲律賓和喜馬拉雅山脈的稻瘟病菌進行了遺傳多樣性研究，獲得了多態(tài)性較好的稻瘟病菌遺傳圖譜[18]。目前Pot2-rep-PCR技術在我國各地區(qū)的稻瘟病菌遺傳多樣研究中得到了廣泛應用[19-20]。雷財林等利用Pot2-rep-PCR方法檢測了我國北方粳稻區(qū)稻瘟病菌群體遺傳結構，單元型鑒出率達到30%，利用該方法能夠獲得較多的遺傳變異信息，同時也證明我國北方粳稻區(qū)的稻瘟病菌群體在本質上是高度異質和極易變異的[21-22]。白娟等對江蘇省稻瘟病菌的遺傳多樣性進行了研究，結果顯示江蘇省稻瘟病菌的系譜劃分與地域分布及寄主品種都有密切關系，但是地域分布差異更為明顯，這是由于病菌與寄主之間的協(xié)同進化不僅是兩者之間遺傳背景的影響，同時也受氣候環(huán)境、種植結構等多因素共同制約，比較分析不同年份稻瘟病菌群體結構發(fā)現(xiàn)江蘇省稻瘟病菌群體結構的變化很顯著，但不同年份之間仍具有很好的相承性和可比性[23-24]。李文強等利用Pot2-rep-PCR分子標記技術描述了寧夏稻瘟病菌群體遺傳結構，結果表明，寧夏稻瘟病菌群體多樣性水平低，群體遺傳結構相對穩(wěn)定[25]。黃培英等研究了分離自貴州省200個稻瘟病菌菌株的遺傳多樣性，獲得了分子大小為0.4～23 kb的DNA多態(tài)性條帶，聚類分析將供試菌株分為19個遺傳譜系141個單元型，其中2個最優(yōu)譜系分別占42%和20.5%，優(yōu)勢譜系菌株主要分離自寄主親緣本地糯和岡優(yōu)系列品種，該研究結果說明貴州省稻瘟病菌群體結構是動態(tài)變化的，其變化與生態(tài)環(huán)境及寄主遺傳背景有關，特別是寄主的選擇作用對稻瘟病菌群體遺傳結構有著重要影響[26]。朱有勇等為研究稻瘟病菌與致病型之間的對應關系，利用rep-PCR技術對江西省稻瘟病菌的群體結構和遺傳多樣性進行了分析，并用41株代表性菌株對35個水稻品種進行了致病性測定，結果表明，稻瘟病菌遺傳宗譜與致病型之間存在復雜關系，同一宗譜的菌株對應多個致病型而同一致病型的菌株又分屬于不同的遺傳宗譜，兩者之間不存在簡單的對應關系[27]。王云月等也分別對云南省和四川省的稻瘟病菌群體遺傳結構進行了研究，研究結果顯示云南省和四川省的稻瘟病菌也具有豐富的遺傳多樣性，同時稻瘟病菌群體遺傳結構與水稻品種、地理條件關系密切，但稻瘟病菌遺傳宗譜與生理小種致病型不存在一一對應關系[28-29]。

3隨機擴增多態(tài)性DNA片段技術（random amplified polymorphic DNA，RAPD）RAPD是以單個人工合成的隨機多態(tài)核苷酸序列為引物擴增隨機的DNA片段。此技術操作簡單，多態(tài)性檢出率高，但RAPD技術工作量大，在尋找同源序列過程中，需要篩選大量隨機引物，從中篩選出多態(tài)性高的引物[30]。徐鑫等為了構建鄂西地區(qū)稻瘟病菌DNA指紋文庫同時分析該地區(qū)稻瘟病菌遺傳多樣性，設計了120條RAPD引物，獲得7條多態(tài)性較好的引物，聚類分析結果表明鄂西地區(qū)的稻瘟病菌群體遺傳結構呈現(xiàn)出較高的多樣態(tài)性水平，這與鄂西地區(qū)的武陵山區(qū)地形有關，但稻瘟病菌遺傳譜系與菌落形態(tài)特征不存在對應關系[31]。劉志恒等設計了40條RAPD引物，以此研究遼寧省稻瘟病菌遺傳多樣性，經驗證其中7條RAPD引物可用來研究稻瘟病菌的遺傳多樣性，聚類分析結果顯示，供試菌株的遺傳距離在0.63～0.84之間，說明遼寧省不同地區(qū)稻瘟病菌種群在分子水平上的遺傳相似度比較接近，并且采集自不同年份的稻瘟病菌菌株之間的遺傳差異較小[32]。

4限制性片段長度多態(tài)性方法（restriction fragment length polymorphism，RFLP）RFLP是基于限制性內切酶和Southern雜交技術，利用稻瘟病菌基因組中已克隆的轉座子元件或重復序列作為探針，檢測限制性內切酶片段的多態(tài)性[33]。Hamer克隆了稻瘟菌重復序列MGR586，并以此為探針在稻瘟菌基因組中檢測到50多個大小在0.7～20 kb的EcoRⅠ片段，而且不同菌株間存在明顯的多態(tài)性[34]。此后Hamer和世界上多個國家合作，利用該方法，開展了稻瘟病菌的遺傳多樣性研究工作[35]。沈瑛等于1993年利用重復序列探針MGR-586，與限制性內切酶EcoRⅠ組合，對我國稻區(qū)分離的13個稻瘟病菌菌株DNA的限制性片段長度多態(tài)性進行了初步研究，結果證明MGR586-EcoRⅠ指紋可以清楚地區(qū)分供試稻瘟病菌不同的生理小種[36]。之后他們又利用該方法對南方部分稻區(qū)86個稻瘟病菌菌株的RFLP進行了分析，結合病菌的致病型測定，將28個不同致病型的86個稻瘟病菌菌株區(qū)分為18個系譜，每個系譜的寄主范圍有限，同時不同栽培稻區(qū)內稻瘟病菌的群體結構有明顯差別[37]。王宗華等對1978—1995年采集自福建省的70個稻瘟菌菌株進行了MGR586-EcoRⅠ DNA指紋分析，依據(jù)指紋相似性將供試菌株分為28個遺傳譜系，通過時空特性分析，表明福建稻瘟菌群體空間組成有差異，但未形成明顯的空間分化，而在時間上表現(xiàn)為年度內有變化，年度間演替顯著，初步分析認為品種選擇是影響稻瘟菌群體遺傳結構變化的重要因素[38]。

5研究展望

目前已有許多關于水稻稻瘟病抗性喪失原因的研究報道，其中一個主要原因是由于田間稻瘟病菌群體結構存在變異[39]，同時目前推廣的水稻抗病品種也多為主效基因品種，這些品種在大面積推廣使用后，對田間稻瘟病菌產生了強烈的選擇壓力，稻瘟病菌菌株在這種壓力的定向選擇過程中無毒基因發(fā)生變異，克服了寄主品種的抗病性[38]。近年來隨著稻瘟病菌種群遺傳結構及其變異規(guī)律研究的深入，人們認識到稻瘟菌的遺傳譜系在時空上均表現(xiàn)相對穩(wěn)定，而且每一遺傳譜系都有一定的致病譜范圍[39-40]。因此研究水稻種植區(qū)稻瘟病菌群體遺傳結構及其變異規(guī)律，明確稻瘟病菌遺傳性結構組成與水稻品種布局之間的關系，對水稻持久抗病品種的選育具有重要意義。

目前稻瘟病菌遺傳多樣性研究的方法主要以分子標記技術為主，其研究結果能夠很好地表征稻瘟病菌種群遺傳結構上的多態(tài)性[41]，并顯示出稻瘟病菌的種群遺傳結構具有明顯的地域特征，遺傳結構組成與各地區(qū)的地理、氣候等自然條件存在明顯的對應關系，田間水稻品種布局的改變也是影響稻瘟病菌種群遺傳結構變化的重要因素[38，42]。但分子標記技術獲得的研究結果還不能很好地解釋稻瘟病菌的致病性變異與種群遺傳結構之間的關系[43-44]。因此，有必要開發(fā)新的技術，其研究結果可以在有效研究稻瘟病菌遺傳結構的基礎上，也能夠反映出稻瘟病菌遺傳結構與致病性變異之間的關系。

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