李旭升 向小嬌 申聰聰 楊隆維 陳 凱,3 王小文 邱先進(jìn) 朱小源 邢丹英 徐建龍,3,*

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水稻重測(cè)序核心種質(zhì)資源的稻瘟病抗性鑒定與評(píng)價(jià)

李旭升1,**向小嬌2,**申聰聰2楊隆維1,*陳 凱2,3王小文1邱先進(jìn)1朱小源4邢丹英1徐建龍2,3,*

1長(zhǎng)江大學(xué)主要糧食作物產(chǎn)業(yè)化湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心, 湖北荊州 434025;2中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所, 北京 100081;3中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因研究所, 廣東深圳 518210;4廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所, 廣東廣州 510640

稻瘟病一直是制約水稻產(chǎn)量的重要因素之一, 稻瘟病抗源篩選是抗性基因挖掘和抗病育種的基礎(chǔ)。本試驗(yàn)利用3000份(簡(jiǎn)稱3K)重測(cè)序中的1217份核心種質(zhì)資源, 通過(guò)湖北恩施兩河和芭蕉2個(gè)病圃自然誘發(fā)鑒定抗性, 結(jié)合不發(fā)病條件下農(nóng)藝性狀考察和抗病資源的苗期人工接種抗譜測(cè)定, 綜合評(píng)價(jià)和篩選優(yōu)異的稻瘟病抗源。自然誘發(fā)鑒定結(jié)果顯示材料間的稻瘟病抗感差異顯著, 從中共獲得144份抗苗瘟、葉瘟和穗瘟的抗病種質(zhì)。選用稻瘟病綜合抗性較好的34份材料以30個(gè)不同來(lái)源的稻瘟病菌株苗期接種, 鑒定顯示有17份材料的抗性頻率≥70%, 抗譜較廣。農(nóng)藝性狀考察結(jié)果顯示, 大部分抗病材料植株偏高, 單株產(chǎn)量低, 農(nóng)藝性狀差。結(jié)合病圃鑒定、人工接種鑒定和農(nóng)藝性狀考察, 鑒定出7份稻瘟病抗性強(qiáng)、抗譜廣且農(nóng)藝性狀較好的優(yōu)異抗源材料IRGA 411-1-6-1F-A、YJ30、金早47、泉珍10號(hào)、YN 1353-3、云粳23和IRAT1047, 可作為抗源親本用于稻瘟病抗性基因挖掘和品種抗稻瘟性改良。

稻瘟病; 種質(zhì)資源; 自然誘發(fā); 抗譜; 優(yōu)異抗源

由子囊菌引起的稻瘟病是最具毀滅性的一種水稻病害, 也是影響水稻穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的主要障礙因素[1-2]。一般年份引起水稻減產(chǎn)10%~20%, 嚴(yán)重的減產(chǎn)40%~50%, 甚至絕收[3]。實(shí)踐證明, 培育和推廣抗稻瘟病品種是控制稻瘟病最經(jīng)濟(jì)、有效和環(huán)保的措施[4-5]。但由于稻瘟病菌生理小種數(shù)量眾多而且極易變異, 以致一個(gè)抗病品種在生產(chǎn)上使用3~5年就喪失抗性[6-8]。因此不斷挖掘新的優(yōu)異抗源和抗病基因, 培育和推廣抗病品種, 是提高品種抗性水平的有效手段[9]。

植物種質(zhì)資源蘊(yùn)藏著植物新品種選育賴以生存的各種有利變異[10]。截至2015年3月, 已從水稻種質(zhì)資源中定位了至少84個(gè)稻瘟病抗性主效基因, 分布在69個(gè)位點(diǎn)上, 已有24個(gè)基因被成功克隆[11], 其中、和屬?gòu)V譜抗性基因, 被廣泛利用于抗病育種[12]。水稻品種的抗瘟性鑒定和評(píng)價(jià)是抗源挖掘和利用的重要基礎(chǔ)工作[13], 其中自然誘發(fā)鑒定成本低、操作簡(jiǎn)單, 是一種較經(jīng)濟(jì)實(shí)用和符合生產(chǎn)實(shí)際的抗瘟性鑒定技術(shù)[14]。湖北省恩施兩河病圃是恩施州農(nóng)業(yè)科學(xué)院20世紀(jì)80年代初創(chuàng)建的, 經(jīng)30余年的長(zhǎng)期培育, 其稻瘟病菌的菌源豐富, 生理小種分布廣泛, 小種組成復(fù)雜, 致毒力強(qiáng)的小種多[15-16], 已成為全國(guó)24個(gè)二級(jí)病圃中發(fā)病最重的病圃之一。恩施芭蕉病圃發(fā)病條件雖不如兩河病圃好, 但海拔較低, 有利部分熟期偏遲材料的抗性鑒定, 有較好的輔助作用。

目前, 3000份(簡(jiǎn)稱3K)全球水稻核心種質(zhì)重測(cè)序項(xiàng)目已經(jīng)完成[17]。該項(xiàng)目產(chǎn)生的序列數(shù)據(jù)、SNP數(shù)據(jù)和InDel數(shù)據(jù)為水稻重要性狀的遺傳研究提供了基礎(chǔ)[18]。3K水稻來(lái)自全球89個(gè)國(guó)家, 類型多樣, 遺傳多樣性豐富, 是篩選稻瘟病抗源和挖掘優(yōu)異抗瘟性基因的理想群體。本研究在湖北省恩施州兩河和芭蕉病圃的自然誘發(fā)條件下對(duì)部分3K水稻核心種質(zhì)資源進(jìn)行苗瘟、葉瘟和穗瘟的自然誘發(fā)抗性鑒定, 結(jié)合苗期人工接種抗譜測(cè)定和農(nóng)藝性狀考察, 旨在篩選主要農(nóng)藝性狀較好的稻瘟病優(yōu)異抗源, 為抗稻瘟病基因發(fā)掘和抗稻瘟病育種提供基礎(chǔ)材料。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與地點(diǎn)

根據(jù)3K種質(zhì)資源在海南種植的生育期和株高表現(xiàn), 選取抽穗期在125 d以內(nèi)且株高較適中的1217份材料用于稻瘟病抗性鑒定與分析。田間自然誘發(fā)地點(diǎn)在稻瘟病自然重病區(qū)恩施土家族苗族自治州, 設(shè)計(jì)的兩個(gè)病圃分別在恩施市的兩河(30°08′N, 109°13′E, 海拔1005 m)和芭蕉(30°09′N, 109°25′E, 海拔440 m)。于湖北荊州長(zhǎng)江大學(xué)基地種植農(nóng)藝性狀考察材料, 由廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所完成人工接種抗性評(píng)價(jià)。

1.2 病圃自然誘發(fā)鑒定

2015年4月15日將3K種質(zhì)資源中篩選出的1217份材料在恩施市芭蕉鄉(xiāng)播種育苗, 分2個(gè)區(qū)組。以壯苗標(biāo)準(zhǔn)管理苗床, 且只防蟲(chóng)不防病。播種30 d后, 將材料秧苗移栽到芭蕉和兩河病圃中。每份材料設(shè)置2次重復(fù), 每重復(fù)種2行, 每行10棵, 組成一個(gè)小區(qū)。每隔19個(gè)小區(qū)插入1個(gè)感病對(duì)照小區(qū), 2個(gè)壟小區(qū)之間種植混合誘發(fā)苗, 合并為1廂, 廂的四周種植1株混合誘發(fā)苗, 田四周種植3~4行混合誘發(fā)苗, 以創(chuàng)造均等的發(fā)病條件。由湖北省宜昌市農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所提供稻瘟病誘發(fā)和指示材料, 包括生育期不同的品種豐兩優(yōu)4號(hào)、文勝糯、CO39、廣陸矮4號(hào)和豐兩優(yōu)香1號(hào), 混合種植誘發(fā)稻瘟病。早稻以文勝糯和CO39為感病指示對(duì)照; 早熟中稻以廣陸矮4號(hào)和豐兩優(yōu)香1號(hào)為指示對(duì)照; 遲熟中稻以豐兩優(yōu)4號(hào)為指示對(duì)照。按豐產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)管理稻田, 并盡量創(chuàng)造稻瘟病發(fā)病條件。

在秧苗移栽前3 d左右調(diào)查苗瘟, 在水稻分蘗盛期至拔節(jié)期間的病害流行高峰期調(diào)查葉瘟, 在80%稻穗尖端5~10粒稻谷進(jìn)入黃熟期時(shí)調(diào)查穗瘟, 均以感病對(duì)照品種發(fā)病達(dá)到穩(wěn)定為標(biāo)準(zhǔn)確定調(diào)查日期。穗瘟調(diào)查中每份材料每個(gè)重復(fù)隨機(jī)調(diào)查100穗。參照《農(nóng)作物品種區(qū)域試驗(yàn)抗病性鑒定操作規(guī)程》(DB42/T208-2001)[19]的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定各階段病情。苗、葉瘟病級(jí)分0、1、2、3、4、5、6、7、8、9共10級(jí), 0~3級(jí)為抗, 4~9級(jí)為感。穗瘟病級(jí)和綜合病級(jí)分別根據(jù)穗瘟發(fā)病率和綜合指數(shù)劃分為0、l、3、5、7、9共6級(jí), 0~1級(jí)為抗, 3級(jí)穗瘟為中抗, 綜合病級(jí)為感, 5~9級(jí)為感。穗瘟發(fā)病率(%)=發(fā)病總穗數(shù)/調(diào)查總穗數(shù)×100, 綜合指數(shù)=葉瘟病級(jí)×0.25+穗瘟發(fā)病率計(jì)算值×0.25+穗瘟損失率計(jì)算值×0.5。

1.3 苗瘟抗譜測(cè)定

將通過(guò)田間誘發(fā)鑒定得到的34份稻瘟病抗性材料, 于30 cm × 20 cm × 5 cm的搪瓷盆育苗, 將待鑒定種子和對(duì)照品種Tetep (抗病對(duì)照)及麗江新團(tuán)黑谷(感病對(duì)照)的種子消毒并催芽后挑選飽滿露白的分區(qū)均勻播于盆中, 每個(gè)材料10粒種子, 2次重復(fù)。水稻苗長(zhǎng)至3.5~4葉齡時(shí)進(jìn)行人工噴霧接種。稻瘟病菌分生孢子懸浮液濃度大約為1×105個(gè)mL–1, 每盆20 mL的噴霧量。將接種后的水稻苗在24℃的接菌室中保濕培養(yǎng)48 h后移至溫室, 25~28℃下保濕培植, 7~10 d當(dāng)感病對(duì)照發(fā)病情況達(dá)到穩(wěn)定后, 調(diào)查各個(gè)材料的發(fā)病情況。參照國(guó)際水稻研究所的稻瘟病抗性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[24], 對(duì)每株材料的病情分級(jí), 0~3級(jí)為抗(R), 4~9級(jí)為感(S)。記載每個(gè)材料對(duì)每個(gè)菌株的抗性反應(yīng)時(shí), 去掉病情重的那個(gè)重復(fù), 另一個(gè)重復(fù)中感病植株<3株, 則定為抗病, 否則定為感病。

抗性頻率(%)=(接種后表現(xiàn)抗的菌株數(shù)/接種總菌株數(shù))×100。抗性頻率(%)≥90為高抗(HR), 80≤抗性頻率(%)<90為抗(R), 70≤抗性頻率(%)<80為中抗(MR), 60≤抗性頻率(%)<70為中感(MS), 50≤抗性頻率(%)<60為感(S), 抗性頻率(%)<50為高感(HS)。

1.4 主要農(nóng)藝性狀考察

同年夏季于湖北荊州種植1217份種質(zhì)資源, 5月5日播種, 6月3日移栽。每份材料種植5行, 每行10株, 株行距20.0 cm × 20.0 cm, 2次重復(fù)。從每重復(fù)隨機(jī)取中間5株調(diào)查田間生育期、株高、劍葉長(zhǎng)寬和單株產(chǎn)量, 從每株取2個(gè)主穗, 考察穗長(zhǎng)、一次枝梗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、每穗穎花數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2007整理數(shù)據(jù), 并計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)和變幅。利用SPSS 21.0軟件進(jìn)行病圃、材料和重復(fù)的方差分析和兩病圃各抗病指標(biāo)的相關(guān)性分析。對(duì)于方差分析使用一般線性模型和類型1的平方和模型; 相關(guān)性分析前先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行z標(biāo)準(zhǔn)化, 標(biāo)準(zhǔn)化后群體的平均值為0, 標(biāo)準(zhǔn)差為1。

2 結(jié)果與分析

2.1 參試種質(zhì)資源的遺傳多樣性

根據(jù)重測(cè)序種質(zhì)資源的SNP聚類, 3K種質(zhì)資源被劃分成12個(gè)組, 包括5個(gè)秈稻組、4個(gè)粳稻組和、和3個(gè)組(圖1)。參試的1217份資源中, 完成測(cè)序的材料有1159份, 另58份材料沒(méi)有測(cè)序結(jié)果。1159份(黃色圓點(diǎn)表示)材料在3K種質(zhì)資源12個(gè)組中都有分布, 表明測(cè)試材料的遺傳多樣性豐富。

2.2 兩個(gè)病圃種質(zhì)資源的總體發(fā)病情況

1217份種質(zhì)資源種植在恩施兩個(gè)病圃中, 914份生育期較一致, 146份遲熟, 37份特遲熟, 另外120份不抽穗。對(duì)于苗葉瘟采用所有材料的病情數(shù)據(jù), 而穗瘟及綜合病情評(píng)定選用914份生育期較一致材料的病情數(shù)據(jù)。兩個(gè)病圃中不同時(shí)期各材料的病情分布如圖2和表1所示, 各材料的苗葉瘟病級(jí)和穗瘟病級(jí)呈離散分布, 表明這些材料對(duì)稻瘟病抗性的多樣性豐富, 適用于稻瘟病抗源的篩選。

不同病圃、不同時(shí)期各材料稻瘟病病級(jí)差異極顯著(< 0.0001), 變異系數(shù)在23.71%~80.26%之間, 表明各材料對(duì)稻瘟病的抗感差異顯著。2個(gè)病圃間各時(shí)期病情差異極顯著(< 0.0001), 兩河病圃中材料不同時(shí)期病級(jí)的平均值(5.83~8.28)均大于芭蕉病圃中材料的病級(jí)平均值(3.18~4.46), 表明兩河病圃的病情比芭蕉病圃更為嚴(yán)重。芭蕉病圃中材料各時(shí)期病情的變異系數(shù)(60.09%~80.26%), 均大于兩河病圃中材料的病情變異系數(shù)(23.71%~42.90%), 表明各材料芭蕉病圃的抗感差異比兩河病圃的更為顯著。同一病圃中不同時(shí)期病情在重復(fù)間差異不顯著(> 0.05), 說(shuō)明除了品種以外的其他條件一致性較好, 鑒定結(jié)果比較可靠(表1和表2)。

同一病圃不同時(shí)期病情數(shù)據(jù)和不同病圃同一時(shí)期病情數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析表明, 芭蕉病圃苗瘟與葉瘟的相關(guān)系數(shù)為0.952, 呈極顯著正相關(guān), 苗瘟與穗瘟的相關(guān)系數(shù)為0.410, 葉瘟與穗瘟的相關(guān)系數(shù)為0.414, 均呈極顯著中度正相關(guān), 表明苗瘟抗性與葉瘟抗性相關(guān)性較高, 而苗瘟、葉瘟與穗瘟抗性相關(guān)性較低。兩河病圃和芭蕉病圃材料之間的葉瘟、穗瘟和綜合病級(jí)間相關(guān)系數(shù)分別為0.569、0.362和0.435, 均呈極顯著中度正相關(guān), 表明2個(gè)病圃中材料的發(fā)病情況具有較大程度的一致性。

表1 參試種質(zhì)資源在兩個(gè)病圃中的稻瘟病病情表現(xiàn)

2.3 病圃抗病材料篩選

綜合兩個(gè)病圃中材料的病情數(shù)據(jù), 根據(jù)不同時(shí)期的最高病級(jí)篩選不同時(shí)期的稻瘟病抗性材料。1217份種質(zhì)資源中, 抗苗瘟和葉瘟的材料有129份, 占10.59%。914份正常抽穗種質(zhì)中, 最高穗瘟率病級(jí)小于1級(jí)的材料有29份, 占3.17%, 苗葉瘟和穗瘟3個(gè)時(shí)期抗性均強(qiáng)的材料有19份, 占正常抽穗材料的2.08% (表3)。

總共獲得的144份抗不同時(shí)期稻瘟病的抗病材料中(見(jiàn)附表1), 秈稻82份, 粳稻15份, 溫帶粳稻11份, 熱帶粳稻23份,6份,5份,和中間類型各1份。其中一半以上的抗性材料屬于秈稻, 占56.9%, 其次是熱帶粳稻, 占15.9%。這些材料中, 37份來(lái)自中國(guó), 20份來(lái)自菲律賓, 12份來(lái)自印度, 7份來(lái)自老撾, 來(lái)自哥倫比亞、印度尼西亞、巴西、越南的各5份, 來(lái)自美國(guó)、阿根廷、非洲的各4份, 來(lái)自孟加拉國(guó)、馬來(lái)西亞、意大利的各3份, 剩余的27份材料分別來(lái)自緬甸、柬埔寨、古巴、羅馬尼亞、巴基斯坦、法國(guó)、日本等20個(gè)國(guó)家。

表2 稻瘟病病情的方差分析

表3 不同時(shí)期稻瘟病抗性材料統(tǒng)計(jì)

從這些材料中篩選了34份稻瘟病綜合抗性較好(最高苗瘟和葉瘟均≤5級(jí), 最高穗瘟發(fā)病率≤10%, 最高綜合指數(shù)≤2.5, 最高綜合抗級(jí)≤3)且病圃田間目測(cè)綜合表現(xiàn)較好的材料(表4)。其中, 秈稻13份(4份來(lái)自中國(guó)), 粳稻、溫帶粳稻和熱帶粳稻共計(jì)18份,2份,1份。不同種子來(lái)源(EJ0885和EJ0967)的IRAT 104在病圃的抗性表現(xiàn)略有細(xì)微差異。

2.4 抗病資源的抗譜

34份材料中, EJ0546和EJ1142因缺種未接種鑒定, EJ0876和EJ1137因發(fā)芽率低未能測(cè)定其抗譜。剩余30份材料接種30個(gè)秈稻小種后的抗性反應(yīng)如表5所示, 抗性頻率≥70%的材料共17份, 占接種材料的56.67%, 達(dá)到中抗以上水平, 抗譜較廣。其中, 7份材料EJ0967、EJ0611、EJ0885、EJ0952、EJ0441、EJ1203和EJ0235的抗性頻率≥90%, 達(dá)到高抗(HR)水平, 抗譜廣; 5份材料EJ0752、EJ0513、EJ1121、EJ0270和EJ0666的抗性頻率在80%~90%之間, 達(dá)到抗(R)水平; 5份材料EJ0537、EJ0616、EJ0790、EJ0515和EJ0641的抗性頻率在70%~80%之間, 達(dá)到中抗(MR)水平。

表4 病圃綜合抗性強(qiáng)和田間表現(xiàn)較好材料的稻瘟病病情

表中苗瘟和葉瘟病0~3級(jí)為抗, 4~9級(jí)為感; 綜合病級(jí)0~1級(jí)為抗, 3~9級(jí)為感。

Scores 0–3 stand for resistant while 4–9 for susceptible for seedling and leaf blast; scores 0–1 stand for resistant while 3–9 for susceptible for comprehensive blast grade.

2.5 抗病資源的農(nóng)藝性狀

除未正常抽穗的18份材料和EJ1203未獲得數(shù)據(jù)外, 144份抗不同時(shí)期稻瘟病的材料的抽穗期、穗長(zhǎng)和結(jié)實(shí)率變幅較小, 其余性狀變幅均較大, 變異系數(shù)>15% (表6)。這些材料的單株產(chǎn)量均值為27.1 g, 變幅為8.1~65.4 g, 株高均值為115.6 cm, 變幅為64.9~172.0 cm, 表明多數(shù)材料產(chǎn)量較低、植株較高, 農(nóng)藝性狀較差。

綜合病圃自然誘發(fā)鑒定、苗期抗譜測(cè)定和農(nóng)藝性狀表現(xiàn), 以綜合病級(jí)≤1、抗譜≥70%、單株產(chǎn)量≥抗病資源單株產(chǎn)量均值27.1 g、株高≤抗病資源株高均值115.6 cm為標(biāo)準(zhǔn), 最后獲得7份優(yōu)異的稻瘟病抗源材料, 其主要農(nóng)藝性狀、最高綜合病級(jí)和抗譜如表7所示。其中, 金早47和泉珍10號(hào)是來(lái)自中國(guó)的秈稻, IRGA 411-1-6-1F-A是來(lái)自哥倫比亞的秈稻, YJ30和云粳23是來(lái)自中國(guó)的溫帶粳稻, YN1353-3和IRAT 104分別是來(lái)自緬甸的粳稻和法國(guó)的熱帶粳稻。

表6 144份抗病資源的農(nóng)藝性狀

表7 7份優(yōu)異抗源的農(nóng)藝性狀和稻瘟病抗性

3 討論

3.1 兩個(gè)病圃自然誘發(fā)鑒定效果的評(píng)價(jià)

本試驗(yàn)1217份種質(zhì)材料分為秈稻、粳稻、、和五大類共12個(gè)組, 遺傳多樣性豐富, 生育期和株高差異很大。為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)抗瘟性并盡可能鑒定出不同時(shí)期抗病的抗源材料, 我們選擇了恩施市的兩河和芭蕉2個(gè)自然誘發(fā)點(diǎn)。兩河點(diǎn)海拔1005 m, 在水稻生長(zhǎng)期間陰雨、寡照天氣居多、氣溫適宜, 非常利于發(fā)病, 常年鑒定結(jié)果偏重, 是國(guó)家二級(jí)稻瘟病鑒定圃。芭蕉點(diǎn)海拔440 m, 發(fā)病條件不及兩河點(diǎn), 但由于相對(duì)充足的光溫條件, 能保證有更多的材料正常抽穗成熟。從實(shí)際鑒定結(jié)果來(lái)看, 1217份材料在2個(gè)病圃中, 914份生育期較一致, 能正常成熟; 303份遲熟、特遲熟和不抽穗的材料大多發(fā)生在兩河點(diǎn)。由于水稻抽穗期對(duì)苗、葉瘟沒(méi)有影響而對(duì)穗瘟影響大, 因此試驗(yàn)中調(diào)查了全部供試材料的苗、葉瘟病情, 僅調(diào)查了914份正常抽穗材料的穗瘟病情。2個(gè)點(diǎn)不同時(shí)期的稻瘟病病級(jí)分布存在差異, 尤其是穗瘟級(jí)別和綜合病級(jí)兩河點(diǎn)明顯重于芭蕉點(diǎn), 呈現(xiàn)發(fā)病偏重的態(tài)勢(shì)。芭蕉病圃中材料各時(shí)期病情的變異系數(shù)均大于兩河病圃, 表明芭蕉病圃材料間的抗性差異更明顯, 其數(shù)據(jù)更有利于抗瘟性基因的定位和挖掘。兩河病圃中材料各時(shí)期病級(jí)平均值均高于芭蕉病圃, 表明兩河病圃材料病情更嚴(yán)重, 更有利于篩選強(qiáng)抗稻瘟病的抗源, 上述結(jié)論與以往研究結(jié)果一致[16]。

盡管供試材料在2個(gè)病圃間病情差異顯著, 但葉瘟、穗瘟及綜合病級(jí)在2個(gè)病圃間都呈極顯著中度正相關(guān), 表明材料在兩個(gè)病圃中的病情趨勢(shì)具較大程度的一致性。兩個(gè)病圃間的病情差異可能是由兩個(gè)病圃的病菌生理小種種類差異或氣候差異引起的。因此, 對(duì)于遺傳差異大、類型豐富的種質(zhì)資源材料的稻瘟病初步鑒定, 利用不同的自然誘發(fā)病圃開(kāi)展抗瘟性鑒定的做法是可行的。結(jié)合兩個(gè)病圃的數(shù)據(jù)分析, 確保鑒定結(jié)果更可靠。

3.2 稻瘟病抗源篩選

病圃田間的誘發(fā)致病的生理小種是未知的混合小種, 而且不同位置的侵染菌種也可能不盡相同, 加上小氣候差異等因素, 所以田間誘發(fā)鑒定比人工接種鑒定的可靠性差些。鑒于此, 本試驗(yàn)在材料四周種植混合誘發(fā)品種, 盡可能創(chuàng)造同等誘發(fā)條件, 而且病圃方差分析和不同時(shí)期、不同地點(diǎn)的病情相關(guān)性分析都證實(shí)了病圃鑒定的可靠性。從病圃中篩選出144份抗不同時(shí)期稻瘟病的材料(見(jiàn)附表1), 其中29份苗葉瘟和穗瘟抗性都強(qiáng)的材料可作為稻瘟病抗性基因挖掘的基礎(chǔ)材料。

苗瘟與葉瘟間呈極顯著強(qiáng)正相關(guān), 而苗瘟與穗瘟、葉瘟與穗瘟之間呈極顯著中度正相關(guān)性, 表明苗、葉瘟抗性與穗瘟抗性雖然沒(méi)有必然性, 但具有一定的參考價(jià)值。目前還沒(méi)有確切的研究證實(shí)苗葉瘟與穗瘟存在必然的相關(guān)性[20-23]。不同研究人員得出苗、葉瘟與穗瘟間的相關(guān)性不一致甚至相反的結(jié)果, 可能是由稻瘟病生理小種的高度變異性和不同時(shí)期不同區(qū)域氣候條件的差異引起的。盡管苗、葉瘟抗性不一定會(huì)增強(qiáng)穗瘟抗性, 但抗苗葉瘟的材料能保證水稻前期正常生長(zhǎng), 能有效降低后期水稻群體的稻瘟病菌源基數(shù)。因此最理想的稻瘟病抗源材料是苗、葉瘟和穗瘟全抗的材料。

3.3 優(yōu)異抗源的育種利用價(jià)值

農(nóng)藝性狀考察結(jié)果顯示, 病圃篩選的抗性材料農(nóng)藝性狀參差不齊, 單株產(chǎn)量均值低, 株高偏高, 綜合農(nóng)藝性狀較差。抗譜測(cè)定結(jié)果顯示, 30份測(cè)定材料中, 有17份抗性頻率≥70%, 達(dá)到中抗以上抗病水平, 抗譜較廣。綜合病圃鑒定、接種鑒定和農(nóng)藝性狀考察結(jié)果, 獲得7份優(yōu)異抗源, 在抗性基因挖掘與品種抗瘟性改良方面具有利用價(jià)值。

隨著分子技術(shù)的快速發(fā)展, 國(guó)內(nèi)外學(xué)者從水稻抗病種質(zhì)中鑒定和定位的稻瘟病抗性基因至少有101個(gè)[24-25], 其中至少24個(gè)抗性基因已被成功克隆[11]。目前國(guó)際上對(duì)稻瘟病抗性基因的鑒定, 一般是采用稻瘟病菌株與單基因系或近等基因系聯(lián)合分析的方法[26-27]。另外, 近年興起的高分辨率熔解曲線(HRM)技術(shù)在理論上能夠區(qū)分基因內(nèi)的所有突變, 且該方法比直接克隆測(cè)序法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、分辨率高[28-30]?，F(xiàn)今, HRM技術(shù)已經(jīng)被用于控制水稻重要性狀基因的定位、突變檢測(cè)和分子標(biāo)記輔助選擇育種[31-33]。對(duì)于本試驗(yàn)獲得的抗病材料, 尤其是7份優(yōu)異抗源, 可結(jié)合已知抗瘟基因的功能標(biāo)記和特異無(wú)毒菌株或HRM技術(shù)鑒定其中的已知基因和挖掘新基因, 再通過(guò)雜交、回交和測(cè)序等方式定位克隆其中的新基因, 并通過(guò)標(biāo)記輔助選擇聚合不同抗性基因以培育持久抗稻瘟病的優(yōu)良品種。

4 結(jié)論

對(duì)重測(cè)序的1217份水稻核心種質(zhì)資源在恩施兩河和芭蕉兩個(gè)病圃進(jìn)行稻瘟病抗性自然誘發(fā)鑒定, 兩病圃的鑒定結(jié)果基本一致, 從中獲得144份抗苗瘟、葉瘟和穗瘟的抗病種質(zhì)。選稻瘟病綜合抗性較好的34份材料進(jìn)行30個(gè)不同來(lái)源的稻瘟病菌株苗期接種鑒定, 篩選出17份抗性頻率≥70%的廣譜抗性材料。鑒定出7份稻瘟病抗性強(qiáng)、抗譜廣且農(nóng)藝性狀較好的優(yōu)異抗源材料IRGA 411-1-6-1F-A、YJ30、金早47、泉珍10號(hào)、YN 1353-3、云粳23和IRAT1047, 可作為抗源親本用于稻瘟病抗性基因挖掘和品種抗稻瘟性改良。

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Identification and Evaluation of Blast Resistance for Resequenced Rice Core Collections

LI Xu-Sheng1,**, XIANG Xiao-Jiao2,**, SHEN Cong-Cong2, YANG Long-Wei1,*, CHEN Kai3, WANG Xiao-Wen1, QIU Xian-Jin1, ZHU Xiao-Yuan4, XING Dan-Ying1, and XU Jian-Long2,3,*

1Hubei Collaborative Innovation Centre for Grain Industry, Yangtze University, Jingzhou 434025, China;2Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China;3Agricultural Genomics Institute at Shenzhen, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Shenzhen 518210, China;4Institute of Rice Research, Guangdong Academy of Agricultural Sciences, Guangzhou 510640, China

Rice blast is one of the key factors that restrict rice yield, and screening blast resistance resources is a basis work for mining blast resistance genes and breeding resistant varieties. A set of 1217 accessions selected from 3000 (3K) re-sequenced rice core collection were comprehensively evaluated for blast resistance in two natural disease nurseries at Lianghe and Bajiao in Enshi area and agronomic traits in disease-free field as well as resistance spectrum of resistant accessions at seedling stage. There were significant differences in response of different accessions to rice blast. Among them, a total of 144 accessions with blast resistance at different growing stages were obtained. Thirty-four accessions with relatively high comprehensive blast resistance were inoculated with 30 diverse isolates, showing that 17 accessions with a broad resistance spectrum (≥70%). According to the investigation of agronomic traits, most resistant accessions had high plant height, low grain yield per plant and poor agronomic traits. Finally, seven accessions with high blast resistance, broad resistant spectrum and relatively good agronomic traits were selected, including IRGA411-1-6-1F-A, YJ 30, Jinzao 47, Quanzhen 10, YN 1353-3, Yunjing 23, and IRAT1047, were identified. Those resistant accessions can be used in mining resistance gene and variety improvement for blast resistance.

Rice blast; Germplasm; Natural infestation; Resistance spectrum; Excellent resistance resource

本研究由國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目(2014AA10A601), 主要糧食作物產(chǎn)業(yè)化湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心開(kāi)放基金項(xiàng)目(2015MS010, LXT-16-06, LXT-17-02), 深圳市孔雀團(tuán)隊(duì)計(jì)劃(20130415095710361), 湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院合作項(xiàng)目(2015H200014)和濕地生態(tài)與農(nóng)業(yè)利用教育部研究中心開(kāi)放基金項(xiàng)目(KF201403)資助。

This study was supported by National High-Tech Research & Development Plan (863 program) (2014AA10A601), Open Fund of Hubei Collaborative Innovation Centre for Grain Industry (2015MS010, LXT-16-06, LXT-17-02), the Shenzhen Peacock Plan (20130415095710361), Collaboration Project of Hubei Academy of Agricultural Sciences (2015H200014), and Open Fund of Research Centre of Ministry of Education for Wetland Ecology & Agronomy Application (KF201403).

(收稿日期): 2016-10-06; Accepted(接受日期): 2017-03-02; Published online(網(wǎng)絡(luò)出版日期): 2017-03-13.

10.3724/SP.J.1006.2017.00795

(Corresponding authors): 徐建龍, E-mail: xujlcaas@126.com, Tel: 010-82105854; 楊隆維, E-mail: ylwei1968@126.com

**同等貢獻(xiàn)(Contributed equally to this work)

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20170313.1043.002.html