鄒 拓，耿雷躍，張 薇，張啟星

（河北省農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)研究所，河北 曹妃甸 063299）

水稻（Oryza sativa L.）是世界重要的糧食作物之一，全世界有50%以上的人口以稻米為主食，水稻的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)對(duì)保障世界糧食安全具有重要意義。但是，水稻產(chǎn)量受多種因素的影響，其中，生物因素是影響水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要因素之一[1]。

作物病蟲(chóng)害是威脅糧食安全的主要因素之一。我國(guó)每年由于病蟲(chóng)害造成的產(chǎn)量損失巨大。受品種種植單一、氣候、病原物變異以及外來(lái)生物入侵等因素的影響，新的病蟲(chóng)害不斷出現(xiàn)，傳統(tǒng)病蟲(chóng)害的發(fā)生規(guī)律發(fā)生改變，使得病蟲(chóng)害防治工作遇到了更大的挑戰(zhàn)[2]。

病蟲(chóng)害對(duì)水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)影響較大，隨著世界人口的日益增加，人類對(duì)水稻產(chǎn)量的需求也越來(lái)越多[3]。國(guó)外研究者認(rèn)為，水稻的生產(chǎn)潛力可以達(dá)到10 t/hm2，但是由于病蟲(chóng)害的影響，農(nóng)民實(shí)際收獲的產(chǎn)量大約為5 t/hm2[4]。因此，提高品種的抗病蟲(chóng)害能力是水稻增產(chǎn)的重要措施。目前，生產(chǎn)上應(yīng)用的大部分水稻品種（組合）抗病蟲(chóng)能力較差，易遭受病蟲(chóng)為害，導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)不穩(wěn)定。而過(guò)去幾十年一直沿用的化學(xué)防治方法，因?yàn)榇嬖诟叱杀尽⒏叨拘?、高殘留和造成環(huán)境污染等問(wèn)題，也越來(lái)越受到人們的摒棄。為了解決使用化學(xué)農(nóng)藥引起的環(huán)境污染和食品安全問(wèn)題，迫切需要從遺傳上對(duì)水稻品種的抗性進(jìn)行改良[5]。長(zhǎng)期實(shí)踐證明，利用抗性品種來(lái)防治病蟲(chóng)害更加經(jīng)濟(jì)、高效和環(huán)保。

分子生物學(xué)的發(fā)展促使植物育種進(jìn)入了生物技術(shù)與常規(guī)技術(shù)相結(jié)合的階段。目前，以分子標(biāo)記技術(shù)為代表的分子育種技術(shù)已經(jīng)成為育種發(fā)展的重要方向。采用單基因防治病害存在較大的風(fēng)險(xiǎn)，容易引起單基因抗性喪失而造成較大的病害發(fā)生，而且不同的抗病基因之間還存在一定的協(xié)同作用，因此，聚合多個(gè)不同類型的抗病基因是解決目前水稻病害最切實(shí)有效的方法[6]。

分子標(biāo)記輔助選擇（MAS，marker-assisted selection）是隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展而產(chǎn)生的新技術(shù)，其應(yīng)用主要集中在基因聚合、基因滲入、根據(jù)育種計(jì)劃構(gòu)建基因系等方面[7]。利用MAS方法來(lái)囊括個(gè)體抗性遺傳組成，可以使不同來(lái)源的多種抗性基因聚合在1個(gè)栽培變種中。增加新的抗性基因來(lái)源對(duì)于提高水稻的抗病蟲(chóng)能力及其持久性具有很大幫助[8]。因此，MAS是進(jìn)行抗性基因聚合的最有效手段。近年來(lái)，育種學(xué)家利用MAS技術(shù)與常規(guī)育種技術(shù)相結(jié)合的方法在聚合水稻抗性基因方面取得了較大的育種成效，培育出一批水稻新品系，其中一些品種（組合）已經(jīng)通過(guò)了審定；同時(shí)，在稻米品質(zhì)改良、高產(chǎn)利用等方面的研究也取得了一定進(jìn)展[9]。

稻瘟病、白葉枯病和褐飛虱是影響水稻產(chǎn)量與質(zhì)量的主要病蟲(chóng)害。目前，水稻抗病蟲(chóng)性研究取得了巨大進(jìn)展，已鑒定、定位和克隆了很多的抗病蟲(chóng)基因，并在實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用。

1 水稻稻瘟病研究進(jìn)展

1.1 稻瘟病概述

稻瘟病是世界水稻的主要病害，由真菌病原體（Magnaporthe oryzae） 引起。1919年在印度首次發(fā)現(xiàn)，當(dāng)年造成水稻減產(chǎn)4%左右[10]。在隨后的稻瘟病發(fā)生過(guò)程中，僅僅在印度東部地區(qū)就造成水稻減產(chǎn)50%左右[4，11]。稻瘟病菌具有多樣性，在日本造成了水稻不同程度的減產(chǎn)（20%～100%）[12]。國(guó)外研究表明，全球每年由于稻瘟病造成的水稻減產(chǎn)量可以滿足6 000萬(wàn)人口的糧食需求[13]，導(dǎo)致的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)50億美元[14]。

稻瘟病在水稻秧苗期至抽穗期均可發(fā)生。苗期或分蘗期發(fā)病嚴(yán)重時(shí)，可導(dǎo)致植株死亡；穗期發(fā)病會(huì)導(dǎo)致白穗或半飽和穗，產(chǎn)量大幅度降低，嚴(yán)重時(shí)可造成水稻絕收。稻瘟病病原菌的生理小種多樣，并且變異復(fù)雜。目前，對(duì)稻瘟病病原菌菌體的研究還停留在初步階段。病原菌在不同環(huán)境條件下具有變異性，應(yīng)用單一的抗性水稻品種難以解決水稻持久抗稻瘟病的問(wèn)題，很多抗性品種種植幾年后就喪失了抗性[15]，因此，培育具有持久抗性的水稻品種是育種家們主要的育種方向。實(shí)踐證明，培育具有持久抗性的水稻品種是防治稻瘟病最經(jīng)濟(jì)、有效的方法。所以，利用MAS技術(shù)將不同的抗性基因聚合，能夠在很大程度上提高品種抗性的持久度[16]。

1.2 水稻抗稻瘟病基因的定位與克隆

近年來(lái)，隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，分子定位成為鑒定水稻抗性基因最方便、直接的方法，且隨著水稻基因組測(cè)序的完成，越來(lái)越多的稻瘟病抗性基因被定位。1992年Mackill[17]首先發(fā)現(xiàn)并命名了2個(gè)抗稻瘟病基因Pi-1和Pi-2（t），將其分別定位在第11號(hào)和第6號(hào)染色體；1994年Inukai等[18]得到了同樣結(jié)果。1999年Wang等[19]克隆了第1個(gè)稻瘟病抗性基因Pi-b，位于第2染色體長(zhǎng)臂末端。截止到目前，已經(jīng)被鑒定和定位的抗稻瘟病基因達(dá)到了100個(gè)以上[20～96]（表1），且大部分抗稻瘟病基因分布在除第3號(hào)染色體外的其余11條染色體上，并在第6、11和12號(hào)染色體上有大的基因簇分布[97]（圖1），其中，約14%被定位于第6號(hào)染色體，約24%被定位于第11號(hào)染色體，約15%被定位于第12號(hào)染色體[98]。在定位的主效基因中，有26個(gè)基因 （Pi-a、Pi-b、Pi5、Pi-k、Pik-l、Pikh、Pik-m、Pik-p、Pi-sh、Pi-t、Pit-a、Pi-2、Pi-9、Pizt、Pigm、Pi-d2、Pi-d3、Pi-1、Pi-21、Pi-25、Pi-36、Pi-37、Pb-1、Pi50、Pi54和Pi54rh）已被成功克隆。

表1 已鑒定的抗水稻稻瘟病基因及其位點(diǎn)Table 1 Identified rice blast resistance genes and the loci

續(xù)表1

續(xù)表1

2 水稻白葉枯病研究進(jìn)展

2.1 白葉枯病概述

水稻白葉枯病是由革蘭氏陰性菌黃單孢水稻變種（Xanthomonas oryzae pv.Oryzae Xoo） 引起的一種細(xì)菌性維管束病害，其通過(guò)葉尖和葉緣處的排水孔或傷口等進(jìn)入葉片的被覆組織，隨后在其中積累并轉(zhuǎn)移至木質(zhì)部的導(dǎo)管中。該病可以在水稻的各個(gè)時(shí)期侵染，造成水稻不同程度的發(fā)病，在幼苗或分蘗期發(fā)病會(huì)造成水稻枯萎甚至死亡，一般水稻在分蘗后期發(fā)病嚴(yán)重，尤以抽穗期前后發(fā)病最快[99]。

白葉枯病首次在日本發(fā)現(xiàn)以來(lái)，在世界各地水稻種植區(qū)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，是僅次于稻瘟病的主要病害，嚴(yán)重影響水稻產(chǎn)量，發(fā)生嚴(yán)重時(shí)可造成水稻絕收[100]。在我國(guó)水稻種植區(qū)，白葉枯病主要影響長(zhǎng)江流域及其以南的水稻產(chǎn)區(qū)，而對(duì)北方稻區(qū)影響較小。該病在潮濕和低洼地區(qū)較易發(fā)生，一般秈稻重于粳稻，雙季晚稻重于雙季早稻，單季中稻重于單季晚稻，粘稻重于糯稻[101]。

圖1 水稻抗稻瘟病基因在染色體上的分布Fig.1 Distribution of rice blast resistance genes on chromosomes

20世紀(jì)60年代末，國(guó)際水稻研究所利用當(dāng)時(shí)流行的各種白葉枯病原菌系對(duì)廣泛收集的各國(guó)水稻品種進(jìn)行鑒定，共鑒定出6個(gè)白葉枯病原菌生理小種和100多個(gè)抗源。這些抗源在雜交育種中廣泛使用，使得水稻抗病育種工作取得了突破性成就[102]。

多年研究表明，水稻白葉枯病是一種寄主性較強(qiáng)的病害。水稻對(duì)白葉枯病抗性遺傳所表現(xiàn)的寄主與病原菌之間的互作符合典型的基因?qū)虻年P(guān)系，也就是說(shuō)，水稻白葉枯病菌的毒性是不同的，菌系在不同品種上致病力的差異表現(xiàn)為小種特異性的差異，品種攜有的主效抗病基因與所控制的病原菌系是相匹配的[100]。

20世紀(jì)90年代以前，我國(guó)植物病理學(xué)研究人員利用當(dāng)?shù)氐蔫b別品種將本區(qū)域的Xoo分為不同的致病菌群，但由于這些研究采用的鑒別品種、接種方法和調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)等各不相同，因此，彼此之間無(wú)法比較，難以全面了解全國(guó)水稻白葉枯菌系的分化。自60年代起，菲律賓國(guó)際水稻所和我國(guó)相繼對(duì)水稻白葉枯病的小種分化進(jìn)行了研究[103]。根據(jù)水稻白葉枯病在水稻品種上特異性互作的標(biāo)準(zhǔn)不同，我國(guó)將水稻白葉枯病菌株劃分為7種致病型[104]（表2）。

表2 我國(guó)水稻白葉枯病菌的致病型Table 2 Pathogenic type of rice bacterial blight in China

2.2 水稻抗白葉枯病基因的鑒定、定位與克隆

多年以來(lái)，許多專家學(xué)者在白葉枯病基因的挖掘和鑒定等方面進(jìn)行了大量研究，也取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。日本是最早利用寄主抗性防治水稻白葉枯病的國(guó)家（從1923年開(kāi)始進(jìn)行抗病育種），同時(shí)也是最早鑒定出抗白葉枯病基因的國(guó)家。截至目前，有多個(gè)抗白葉枯病基因已被鑒定和定位，國(guó)內(nèi)外科研人員已鑒定了41個(gè)抗水稻白葉枯病基因[105～147]（表3）。其中，29個(gè)基因?yàn)轱@性基因，其他基因均為隱形基因，分別位于除第9和第10號(hào)染色體外的其他10條染色體上[148]（圖 2），有 8 個(gè)基因 （Xa1、Xa3/Xa26、Xa5、Xa10、Xa13、Xa21、Xa23和Xa27） 已被克隆 （表4）。

表3 已鑒定的水稻抗白葉枯基因及其位點(diǎn)Table 3 Identified rice bacterial blight resistance genes and the loci

3 水稻褐飛虱研究進(jìn)展

3.1 褐飛虱概述

褐飛虱（Nilaparvata lugens St?l）屬遷飛型水稻害蟲(chóng)，其生命周期分為卵、若蟲(chóng)和成蟲(chóng)3個(gè)階段。卵主要產(chǎn)在稻株下部葉鞘內(nèi)，在老的稻株上產(chǎn)在葉片中脈兩側(cè)組織內(nèi)。若蟲(chóng)分5齡，體長(zhǎng)卵圓形，其中，初齡若蟲(chóng)體長(zhǎng)約1 mm，5齡若蟲(chóng)體長(zhǎng)約3 mm[149]。成蟲(chóng)的翅型有短翅型和長(zhǎng)翅型2種，其中，短翅型褐飛虱屬定居型，繁殖能力強(qiáng)，發(fā)育進(jìn)度快；長(zhǎng)翅型屬遷飛類型，在羽化后不久就具飛翔能力，長(zhǎng)翅型群體在一定條件下能隨氣流上升并借助風(fēng)力做遠(yuǎn)距離遷徙。因此，褐飛虱種群分布很廣，區(qū)域包括東亞、東南亞、南亞次大陸、澳大利亞北部及南太平洋群島[150]。長(zhǎng)、短翅型的分化受基因控制，但環(huán)境因子如光照、溫度、濕度、稻株?duì)I養(yǎng)、稻株生育期和蟲(chóng)口密度等均能影響翅型的分化[151]。即使在相同的遺傳基礎(chǔ)條件下，褐飛虱的翅型仍可因外界條件的不同而發(fā)生變化，即：在不同的環(huán)境條件下，基因在表達(dá)方面存在著很大差異，翅型分化是由1個(gè)受多種因子影響的調(diào)控體系決定，且調(diào)控作用與性別有關(guān)[152]。

圖2 水稻抗白葉枯病基因在染色體上的分布Fig.2 Distribution of rice bacterial blight resistance genes on chromosomes

表4 已克隆的水稻抗白葉枯病基因及其功能與表達(dá)Table 4 Cloned rice bacterial blight resistance genes and the function and expression

在種植水稻的亞洲國(guó)家，褐飛虱是破壞性很強(qiáng)的害蟲(chóng)之一。褐飛虱直接吸食植物的液汁，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致“葉蟬燒”，造成植物整體變色和脫水，甚至死亡[153]。褐飛虱不僅直接取食造成水稻減產(chǎn)，而且還是壯矮縮病和曲矮縮病病毒的攜帶者，因此，對(duì)水稻的為害更加嚴(yán)重[154，155]。20世紀(jì)60年代之后，隨著耕作技術(shù)的改變以及高產(chǎn)雜交水稻品種的大面積推廣應(yīng)用，褐飛虱由原本僅在中國(guó)南方稻區(qū)偶有發(fā)生逐漸向北擴(kuò)展并頻繁為害，且為害程度呈逐漸加重趨勢(shì)，每年受褐飛虱為害的水稻種植面積高達(dá)400萬(wàn)hm2以上[156]。僅2005年和2008年，褐飛虱直接為害造成的我國(guó)稻谷損失量就高達(dá)27億kg；同期在越南，褐飛虱傳播的草狀叢矮縮病和齒葉矮縮病間接造成稻谷損失 0.4億 kg[157]。

在過(guò)去的50 a，提高宿主抗性一直被認(rèn)為是一種減少因褐飛虱而造成產(chǎn)量損失的有效方法，國(guó)際水稻研究所和其他國(guó)家的很多研究者已經(jīng)把水稻抗褐飛虱研究作為1個(gè)主要的研究方向[158]。早在20世紀(jì)70年代，國(guó)際水稻研究所已經(jīng)開(kāi)始選育抗褐飛虱的水稻品種[159]。

20世紀(jì)70～80年代，由于褐飛虱在亞洲暴發(fā)，使得培育水稻抗褐飛虱品種的研究達(dá)到了頂峰階段；期間，國(guó)際水稻研究所育成了一系列含有單個(gè)抗褐飛虱主效基因的抗蟲(chóng)品種，并有效地抑制了褐飛虱的為害。到了20世紀(jì)90年代，水稻抗褐飛虱的研究和育種工作逐漸減少[160]。然而，從20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始，科技工作者在水稻遺傳和分子方面的持續(xù)研究使得大量的水稻抗褐飛虱基因和數(shù)量性狀位點(diǎn)（QTL）被發(fā)掘，加上近幾年褐飛虱在亞洲為害加重，水稻抗褐飛虱的研究又一次成為了熱點(diǎn)，研究人員希望通過(guò)遺傳和分子方面的信息育成新的并具有持久抗性的水稻新品種[161]。在亞洲已經(jīng)育成了很多具有抗性的品種并進(jìn)行了推廣，但是，隨著時(shí)間的推移，一些含有抗性基因的品種抗蟲(chóng)性會(huì)發(fā)生退化，從而產(chǎn)生適應(yīng)該類抗性基因的褐飛虱生物型，最終將會(huì)導(dǎo)致當(dāng)?shù)睾诛w虱種群再次發(fā)生暴發(fā)增長(zhǎng)。因此，如何提高水稻抗蟲(chóng)的持久性，逐漸成為了科技工作者主要的研究方向。實(shí)踐證明，培育多基因聚合的抗褐飛虱品種能夠顯著增強(qiáng)水稻的廣譜抗性，且能夠增加水稻抗蟲(chóng)的持久性。

3.2 水稻褐飛虱的生物型

生物型指同種害蟲(chóng)的不同群體生活在特定的寄主上表現(xiàn)出不同的生存和發(fā)育能力或?qū)闹魅∈澈彤a(chǎn)卵有不同的嗜好性，曾被許多研究者用來(lái)表述致害性不同的類型。目前，已命名了20多種褐飛虱小種。一般將其劃分為4種生物型：生物型I、生物型II、生物型III和生物型IV。其中，生物型I和生物型II主要分布于東亞和東南亞稻作區(qū)，是最常見(jiàn)的褐飛虱生物型；生物型III是國(guó)際水稻研究所產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)種群；生物型IV被認(rèn)為是致害性最強(qiáng)的種群，分布于南亞次大陸[162]。這4種生物型是學(xué)者們研究的重點(diǎn)。其他命名的生物型還有李氏禾生物型[163]、澳大利亞型、Mindanao型、Parwanipur型和“九龍江型”等[164]。研究表明，中國(guó)各稻區(qū)的褐飛虱種群是以生物型II為主的混合群體，在田間自然種群中生物型II占60.1%、生物型I占12.9%[165]。褐飛虱生物型的多樣性及其變異機(jī)制的復(fù)雜性，使得褐飛虱抗性育種工作難度加大。因此，亟須對(duì)褐飛虱生物型進(jìn)行更加深入的研究[166]。

3.3 水稻抗褐飛虱基因的鑒定與克隆

自20世紀(jì)70年代起，各國(guó)相繼展開(kāi)了水稻褐飛虱抗性基因的發(fā)掘工作，第1個(gè)抗褐飛虱位點(diǎn)于1970年被鑒定。在最近幾年抗褐飛虱基因逐漸被發(fā)掘出來(lái)，目前國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)記載已鑒定的抗褐飛虱主效基因共35個(gè)[167～201]（表5），其中29個(gè)基因被定位于水稻7條染色體的不同區(qū)域，且主要位于第4號(hào)和第12號(hào)染色體[202]（圖3），均占總數(shù)的33.3%。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究人員在水稻抗褐飛虱基因的克隆研究方面取得長(zhǎng)足進(jìn)展[203]。目前，已經(jīng)被克隆的褐飛虱抗性基因有位于水稻第3號(hào)染色體長(zhǎng)臂端的Bph14，位于水稻第4號(hào)染色上著絲粒附近的Bph3，位于第12號(hào)染色體長(zhǎng)臂端的Bph18和Bph26以及位于第6號(hào)染色體上的Bphi008a和Bph29。其中，Du等[186]運(yùn)用圖位克隆法從藥用野生稻滲入系B5中成功克隆了Bph14，該基因編碼包含1個(gè)螺旋卷曲-核苷酸結(jié)合-富含亮氨酸重復(fù)（CC-NB-LRR） 的基序蛋白，主要在維管組織的薄壁細(xì)胞中組成型表達(dá)，攜帶該基因的轉(zhuǎn)基因水稻植株在受到褐飛虱的取食后植株韌皮部細(xì)胞胼胝質(zhì)沉積以及產(chǎn)生胰蛋白酶抑制劑抑制了褐飛虱的取食而使植株產(chǎn)生抗性。Liu等[171]利用水稻品種Rathu Heenati（RH） 將Bph3定位在第4號(hào)染色體短臂端并克隆，發(fā)現(xiàn)Bph3是由3個(gè)編碼凝集素類受體蛋白激酶（OsLecRK1-OsLecRK3） 的基因組成的基因簇，編碼的凝集素類受體蛋白激酶是介導(dǎo)水稻具有廣譜持久抗蟲(chóng)效果的主要原因。Jena等[204]利用圖位克隆技術(shù)成功克隆了位于第12號(hào)染色體長(zhǎng)臂端的Bph18，該基因編碼1個(gè)螺旋卷曲-核苷酸結(jié)合位點(diǎn)（CC-NBS） 蛋白，其富亮氨酸重復(fù)結(jié)構(gòu)域（LRR） 缺失。Tamura等[197]成功克隆了位于第12號(hào)染色體上的基因Bph26，其編碼1個(gè)R（CC-NB-LRR） 蛋白，該基因能夠抑制褐飛虱在水稻韌皮部篩管部位取食。Hu等[201]利用抑制差減雜交方法得到1個(gè)受褐飛虱取食誘導(dǎo)的單拷貝基因Bphi008a，其表達(dá)亦可以被機(jī)械傷害以及外源乙烯利所誘導(dǎo)，該基因是1個(gè)乙烯信號(hào)途徑下游的效應(yīng)基因，在植物體內(nèi)被磷酸化后通過(guò)與OsbZIP60以及SDRP互作組成1個(gè)轉(zhuǎn)錄復(fù)合體來(lái)調(diào)控一系列OsMAPKS的表達(dá)，并最終提高水稻對(duì)褐飛虱的抗性。Wang等[200]將Bph29克隆，該基因被定位在第6號(hào)染色體短臂上24 kb的區(qū)域，Bph29編碼的蛋白包含1個(gè)高度保守的B3DNA結(jié)合域，Bph29在維管束組織中表達(dá)，可抑制褐飛虱取食。以上基因的成功克隆使它們介導(dǎo)的抗性機(jī)理得以闡明，為抗性育種工作奠定了重要基礎(chǔ)。但是，水稻對(duì)褐飛虱的抗性機(jī)制復(fù)雜。因此，只有對(duì)抗性基因進(jìn)行更進(jìn)一步的研究，才能對(duì)其抗性機(jī)制有更深入的認(rèn)識(shí)。

表5 已鑒定的水稻抗褐飛虱基因及其位點(diǎn)Table 5 Identified rice brown planthopper resistance gene and the loci

圖3 水稻抗褐飛虱基因在第4號(hào)和第12號(hào)染色體上的分布Fig.3 Distribution of rice brown planthopper resistance genes on chromosome 4 and 12

通過(guò)分析已克隆的基因，CC-NB-LRR結(jié)構(gòu)域?qū)儆赗蛋白。R蛋白由R基因編碼而來(lái)，根據(jù)其結(jié)構(gòu)域的不同，研究人員將其分成5類[205]。其中，NB-LRR結(jié)構(gòu)域是R蛋白中最多的一類；CC-NB-LRR結(jié)構(gòu)域是其中的一種；B3結(jié)構(gòu)域是在高等植物中廣泛存在的一種結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域能編碼110個(gè)氨基酸組成的蛋白，是一種能與DNA接合的高度保守結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域在植物的逆境脅迫相應(yīng)和生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中起著極其重要的作用[206]，該結(jié)構(gòu)域是R蛋白中新發(fā)現(xiàn)的一種結(jié)構(gòu)域，對(duì)植物抗病蟲(chóng)的研究有著十分重要的意義。

4 水稻抗病蟲(chóng)基因聚合研究的應(yīng)用

當(dāng)前，許多的抗病蟲(chóng)基因已經(jīng)被定位，而且也有一部分被廣泛利用，抗病蟲(chóng)的水稻品種培育也取得了一定的進(jìn)展。但是，目前培育的品種大多為單基因抗性品種，專一性較強(qiáng)，而專一性品種難以滿足生產(chǎn)上對(duì)病蟲(chóng)害的抗性需要[207]。為了防范單基因抗病蟲(chóng)害品種大面積種植后出現(xiàn)抗性喪失的問(wèn)題，有必要進(jìn)一步拓寬抗病蟲(chóng)基因的材料來(lái)源，克隆出抗性譜不同的抗病蟲(chóng)基因[208]，并明確這些基因在不同秈、粳稻品種遺傳背景下的抗病蟲(chóng)效應(yīng)。按照設(shè)計(jì)育種的原理與要求，通過(guò)MAS進(jìn)行基因聚合，不同抗病蟲(chóng)基因間相互組合與作用將會(huì)為新育成的水稻品種提供更加穩(wěn)定和持久的抗性[203]。

育種家利用MAS技術(shù)在聚合水稻抗性基因方面取得了較大的育種成效，選育出一批水稻新品系，其中一些品種（組合）已通過(guò)審定；而且，在稻米品質(zhì)改良、高產(chǎn)的利用等方面也取得了一定的研究進(jìn)展[9]。

Liu等[209]利用MAS技術(shù)將2個(gè)抗褐飛虱基因Bph3和Bph27（t）導(dǎo)入到易感品種Ningjing3中，得到的聚合系在很大程度上提高了對(duì)褐飛虱的抗性，避免了由于褐飛虱影響而造成的產(chǎn)量損失；李進(jìn)波等[210]利用MAS技術(shù)，結(jié)合雜交和回交手段，將抗褐飛虱基因Bph14與Bph15進(jìn)行聚合，獲得了抗褐飛虱的雙基因聚合株系；李進(jìn)波等[211]以GD-7為稻瘟病抗性基因供體、揚(yáng)稻6號(hào)為受體，通過(guò)回交轉(zhuǎn)育結(jié)合MAS，選育出10個(gè)雙基因（Pi1和Pi2）純合且農(nóng)藝性狀優(yōu)良的水稻新品系，并在湖北省水稻品種區(qū)域試驗(yàn)的稻瘟病抗性鑒定點(diǎn)恩施和宜昌分別進(jìn)行了稻瘟病抗性田間鑒定，結(jié)果顯示，這些品系的抗性綜合指數(shù)在0.8～2.0，抗級(jí)為1級(jí)，稻瘟病抗性與較易感病的受體親本相比顯著提高；Hu等[212]利用MAS技術(shù)也將水稻抗褐飛虱基因Bph14和Bph15同時(shí)聚合到汕優(yōu)63的親本珍汕97B和明恢63中，以此來(lái)增強(qiáng)汕優(yōu)63對(duì)褐飛虱的抗性；Hu等[213]利用MAS技術(shù)將3個(gè)抗褐飛虱基因Bph14、Bph15和Bph18聚合到易感品種9311中，結(jié)果顯示，幾個(gè)基因聚合后對(duì)褐飛虱的抗性有累加效應(yīng)（Bph14/Bph15/Bph18≥Bph14/Bph15＞Bph15/Bph18≥Bph15＞Bph14/Bph18≥Bph14≥Bph18＞無(wú)），對(duì)比后發(fā)現(xiàn)聚合了3個(gè)基因的水稻對(duì)褐飛虱具有更強(qiáng)的抵抗力且稻谷產(chǎn)量也得到了提高；Xiao等[214]為了改良恢復(fù)系華占的抗病能力，將抗白葉枯病基因Xa23以及抗褐飛虱基因Bph14和Bph15通過(guò)分子標(biāo)記輔助回交策略導(dǎo)入到恢復(fù)系中，提高了恢復(fù)系的抗性，且改良后水稻產(chǎn)量也有一定的增加；劉開(kāi)雨等[215]通過(guò)利用MAS技術(shù)，并結(jié)合回交以及抗蟲(chóng)鑒定的方法，將抗褐飛虱的基因Bph3和Bph24（t）分別導(dǎo)入主栽雜交水稻恢復(fù)系中，通過(guò)表型鑒定最終獲得抗性最強(qiáng)的聚合系，表明通過(guò)對(duì)抗性基因的聚合能夠增加品種對(duì)褐飛虱的抗性；Usatov等[216]利用MAS技術(shù)成功地將3個(gè)抗稻瘟病基因Pi1、Pi2和Pi33聚合到俄羅斯的水稻品種中，提高了俄羅斯水稻品種的持久抗性；樓鈺等[217]結(jié)合分子標(biāo)記輔助輪回選擇和田間鑒定的方法，將抗稻瘟病基因Pi-GD-1（t）和Pi-GD-2（t）、抗白葉枯病基因Xa23和抗褐飛虱基因Bph18（t）導(dǎo)入3個(gè)中秈恢復(fù)系，獲得了8個(gè)兼抗稻瘟病和褐飛虱的聚合系，這些聚合系及其與不育系五豐A的測(cè)交種對(duì)稻瘟病和褐飛虱的抗性水平接近或略低于稻瘟病抗性親本和褐飛虱抗性親本。部分改良恢復(fù)系及其測(cè)交種對(duì)白葉枯病表現(xiàn)為抗病或中抗，改良恢復(fù)系及其測(cè)交種在正常條件下農(nóng)藝性狀與原始恢復(fù)系及其測(cè)交種相仿或更優(yōu)，具有生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值；鄒聲浩[218]利用MAS技術(shù)將抗稻瘟病基因Pi9和Pid2以及抗褐飛虱基因Bph14和Bph15導(dǎo)入兩系不育系03S中，選育出與03S表現(xiàn)型相似且抗性良好的單株，改良了兩系雜交稻不育系的抗性。張曉[219]將具有抗褐飛虱雙基因Bph14和Bph15以及抗螟蟲(chóng)基因Cry1Ab/Ac的中秈品系07WH3009作為供體親本，以優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、株型好、配合力強(qiáng)等農(nóng)藝性狀優(yōu)良的華1176、華261、華恢910和華恢729作為受體親本，選育出1批含有抗褐飛虱雙基因、單基因的中間材料；胡巍等[220]利用MAS和連續(xù)回交的方法，將來(lái)源于栽培稻的抗褐飛虱基因Bph3、來(lái)源于野生稻的抗褐飛虱基因Bph14和Bph15分別轉(zhuǎn)入到華南高產(chǎn)水稻品種桂農(nóng)占中，褐飛虱抗性評(píng)價(jià)結(jié)果表明，在含單個(gè)抗性基因的株系中，含抗性基因Bph3的株系抗性水平最高，含抗性基因Bph14的株系抗性水平最低，而含Bph14和Bph15雙基因株系的抗性水平高于含單個(gè)基因株系的抗性水平；王金明等[221]利用水稻抗稻瘟病基因Pi40和Pib的特異PCR標(biāo)記，對(duì)含有Pi40和Pib水稻品系復(fù)合雜交F2的50個(gè)植株進(jìn)行檢測(cè)，從中選擇到Pi40和Pib的雙基因聚合抗病植株28個(gè)；Hasan等[222]將3個(gè)抗稻瘟病基因Pi-7（t）、Pi-d1（t）和Pir2-3（t）以及 1個(gè)抗稻瘟病數(shù)量性狀位點(diǎn)（QTL）qLN2成功導(dǎo)入到馬來(lái)西亞的優(yōu)良品種MR263中，增強(qiáng)了MR263對(duì)稻瘟病的抗性；杜太宗等[223]通過(guò)MAS技術(shù)將稻瘟病抗性基因Pi1和Pi9聚合到金23B中并進(jìn)行田間自然誘發(fā)鑒定，成功發(fā)現(xiàn)對(duì)葉瘟和穗頸瘟抗性提高的聚合材料；Ji等[224]將3個(gè)抗稻瘟病基因（Pi1、Pi2、Pita）、2個(gè)抗白葉枯病基因（Xa23、Xa5） 和1個(gè)抗褐飛虱基因（Bph3） 聚合到同一品種中，得到1份同時(shí)含有3種抗性基因的新品系，隨后進(jìn)行了2 a的種植試驗(yàn)，結(jié)果證明聚合了3種抗性基因的新品系對(duì)3種病蟲(chóng)害的抗性明顯增強(qiáng)；Hu等[225]利用分子標(biāo)記輔助回交選擇方法將3個(gè)抗褐飛虱基因聚合到華南的秈稻品種Hemeizhan（HMZ）中，得到的品系表現(xiàn)出了很強(qiáng)的抗性，同時(shí)發(fā)現(xiàn)，聚合的基因個(gè)數(shù)與抗性水平呈正相關(guān)（Bph3＋Bph14＋Bph15≥Bph3＋Bph15≥Bph3＋Bph14≥Bph14＋Bph15≥Bph3≥Bph15≥Bph14＞無(wú)），選育出的水稻抗褐飛虱新品系對(duì)于提高其他栽培品種的抗性是良好的中間材料。

以上研究表明，水稻中抗病蟲(chóng)基因的多樣化是應(yīng)對(duì)生物型或小種變異的重要措施，是增強(qiáng)水稻品種廣譜和持久抗性的重要基礎(chǔ)。

5 問(wèn)題與展望

隨著分子生物學(xué)新成果和新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，以及基因組學(xué)和生物信息學(xué)等學(xué)科的深入研究，MAS技術(shù)漸漸成為了目前育種工作的有利手段。目前，我國(guó)在水稻抗病蟲(chóng)研究上基礎(chǔ)研究較多，具體的品種選育研究較少[226]，雖然在水稻抗病蟲(chóng)基因的鑒定、分子作圖和利用、生物型變異以及培育抗病蟲(chóng)品種等方面已取得了很大進(jìn)展，但是也出現(xiàn)了很多問(wèn)題：（1）MAS并不像當(dāng)初設(shè)想的那么廣泛，基因的發(fā)掘數(shù)量不夠大，遺傳信息聯(lián)系不夠緊密，容易受到遺傳背景的影響，而且，有一些基因的定位不夠精確，單一的抗病蟲(chóng)品種壽命短，易誘發(fā)形成新的小種或生物型，使品種的抗性喪失；（2）基因克隆的進(jìn)度緩慢，難以滿足育種者對(duì)基因的需求。因此，在水稻抗病蟲(chóng)育種上應(yīng)不斷挖掘抗譜廣、抗性強(qiáng)的基因。加之現(xiàn)有的抗性基因的分子標(biāo)記在一些育種群體沒(méi)有多態(tài)性，所以，應(yīng)該加強(qiáng)水稻抗性基因緊密連鎖標(biāo)記的開(kāi)發(fā)，使育種家對(duì)分離群體的選擇更加準(zhǔn)確，提高育種效率[227]。

另外，在抗病蟲(chóng)育種方面，經(jīng)過(guò)多年的驗(yàn)證，由單基因控制的水稻品種易受小種或生物型的變化而失去作用。一般認(rèn)為，微效多基因的利用有助于保持水稻對(duì)病蟲(chóng)害的持久抗性，但這方面的研究還相對(duì)較少，研究基礎(chǔ)比較薄弱[228]。

因此，需要持續(xù)、深入、系統(tǒng)地了解水稻生長(zhǎng)發(fā)育的分子機(jī)制，完善現(xiàn)有分子育種相關(guān)的種質(zhì)資源信息系統(tǒng)，結(jié)合分子標(biāo)記輔助選育與水稻分子設(shè)計(jì)，培育具有廣譜和持久抗性的水稻新品種，進(jìn)而減輕抗性品種對(duì)病蟲(chóng)害的選擇壓力。同時(shí)，增加品種的廣譜和持久抗性也是目前水稻抗病蟲(chóng)分子育種發(fā)展的主要方向。