農(nóng)保選 秦碧霞 夏秀忠 楊行海 張宗瓊 曾宇 鄧國(guó)富 蔡健和 李戰(zhàn)彪 劉丕慶 李丹婷, *

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南方水稻黑條矮縮病抗性的遺傳分析及主效QTL的精細(xì)定位

農(nóng)保選1, 2, 3秦碧霞4夏秀忠2, 3楊行海2, 3張宗瓊2, 3曾宇2, 3鄧國(guó)富2, 3蔡健和4李戰(zhàn)彪4劉丕慶1, *李丹婷2, 3, *

(1廣西大學(xué) 農(nóng)學(xué)院, 南寧 530004;2廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院 水稻研究所, 南寧 530007;3廣西水稻遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南寧 530007;4廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物保護(hù)研究所, 南寧 530007;*通訊聯(lián)系人, E-mail: liupq@gxu.edu.cn; ricegl@163.com)

【目的】近年來(lái)由白背飛虱傳播的南方水稻黑條矮縮病給水稻生產(chǎn)造成了巨大損失，開(kāi)展該病的抗性遺傳分析和基因精細(xì)定位，將為抗性育種提供材料和理論依據(jù)?！痉椒ā糠治隽丝剐圆牧螪4對(duì)南方水稻黑條矮縮病的抗性特征，并通過(guò)廣恢998/D4 F2群體分析該病抗性的遺傳規(guī)律，利用QTL-seq技術(shù)聯(lián)合遺傳連鎖分析定位主效抗性QTL?！窘Y(jié)果】D4對(duì)南方水稻黑條矮縮病的抗性表現(xiàn)為抗病毒性而非抗蟲(chóng)性，且受主效基因和微效基因共同控制。QTL-seq和連鎖分析將南方水稻黑條矮縮病主效抗性QTL定位于第9染色體上，命名為。利用代換作圖法進(jìn)一步將定位在102.3 kb的區(qū)間內(nèi)，該區(qū)間包含21個(gè)預(yù)測(cè)基因，其中9個(gè)基因與赤霉素信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)?！窘Y(jié)論】揭示了D4對(duì)南方水稻黑條矮縮病的抗性特征及遺傳規(guī)律，精細(xì)定位了南方水稻黑條矮縮病主效抗性QTL。這為該QTL的圖位克隆及育種利用奠定了基礎(chǔ)。

南方水稻黑條矮縮?。话妆筹w虱；遺傳分析；QTL；精細(xì)定位

南方水稻黑條矮縮病是一種以白背飛虱為主要傳播介體的病毒性病害[1]，2001年首次被中國(guó)學(xué)者周國(guó)輝在廣東省陽(yáng)西縣晚稻田中發(fā)現(xiàn)[2]。2008年，周國(guó)輝等[1]將南方水稻黑條矮縮病毒(, SRBSDV)鑒定為呼腸孤病毒科()斐濟(jì)病毒屬()的一個(gè)新種。SRBSDV由傳播媒介白背飛虱以持久增殖型方式傳播，病毒粒子由白背飛虱的口針吸食進(jìn)入蟲(chóng)體內(nèi)，再通過(guò)白背飛虱的取食經(jīng)唾液侵染水稻植株[3]。自21世紀(jì)初以來(lái)，該病害的發(fā)生給中國(guó)和越南北部等地區(qū)的水稻生產(chǎn)造成了極大的危害，局部地區(qū)嚴(yán)重暴發(fā)導(dǎo)致絕收[4-7]。水稻發(fā)病植株的典型癥狀為矮縮、葉色濃綠、葉鞘上有乳白色或黑褐色瘤狀凸起等[1]。與本病害不同，水稻黑條矮縮病是一種主要由灰飛虱(Fallén)傳播的水稻病毒病，雖然其病原與南方水稻黑條矮縮病同屬于斐濟(jì)屬病毒，兩者在癥狀、血清學(xué)、病毒粒體形態(tài)及基因組序列等方面非常相似[1, 2, 8-10]，但二者發(fā)病癥狀存在不同之處，“高節(jié)位分枝”和“倒生根”在水稻黑條矮縮病中較少出現(xiàn)。除此之外，二者在傳毒介體、發(fā)病范圍、發(fā)病規(guī)律、品種抗性及防治措施等方面均存在差異[1, 5, 7, 11-16]。目前，水稻生產(chǎn)上主要采取化學(xué)藥劑殺滅白背飛虱的辦法來(lái)防治南方水稻黑條矮縮病[5, 7, 13]。

培育抗病新品種，是控制各類病害最經(jīng)濟(jì)有效、最環(huán)保的措施，而篩選新抗源、發(fā)掘抗病新基因是開(kāi)展抗病育種的前提和基礎(chǔ)。當(dāng)前對(duì)南方水稻黑條矮縮病的研究主要集中在病毒檢測(cè)[17, 18]、生物學(xué)特點(diǎn)[3, 19-21]、發(fā)生為害及綜合治理[22-26]等方面，關(guān)于抗性材料篩選的報(bào)道較少，篩選到的抗源有限。潘鳳英等[27]采用田間自然誘發(fā)鑒定方法，從19份水稻雄性不育系材料中篩選出1份高抗、3份中抗材料。劉琳琳[14]采用人工接種方法測(cè)定了24個(gè)水稻品種的南方水稻黑條矮縮病發(fā)病率，僅鑒定出3個(gè)中抗品種。秦碧霞等[16]采用人工接種方法對(duì)45份廣西主栽水稻品種和53份市場(chǎng)銷售的水稻品種進(jìn)行南方水稻黑條矮縮病抗病性鑒定，結(jié)果顯示高感品種和中感品種分別占測(cè)試品種的97.96%和2.04%，未發(fā)現(xiàn)抗病品種，與田間實(shí)際表現(xiàn)基本吻合。余守武等[28]采用人工接種鑒定方法，從98份水稻中間材料中篩選到6份南方水稻黑條矮縮病抗性較好的光溫敏核不育系材料。迄今為止，對(duì)南方水稻黑條矮縮病抗性的遺傳研究還鮮見(jiàn)報(bào)道，尚無(wú)關(guān)于抗性基因或QTL定位的報(bào)道。

本研究分析了普通野生稻高代回交導(dǎo)入系D4的南方水稻黑條矮縮病抗性特征，對(duì)其抗性進(jìn)行遺傳分析，并利用QTL-seq技術(shù)對(duì)南方水稻黑條矮縮病主效抗性QTL進(jìn)行定位，通過(guò)遺傳連鎖分析驗(yàn)證并精細(xì)定位該QTL。研究結(jié)果將為南方水稻黑條矮縮病的抗性育種提供新的基因資源，同時(shí)為該QTL的圖位克隆和功能研究奠定基礎(chǔ)。

1?材料與方法

1.1 供試材料

GW118為廣西普通野生稻材料，高抗南方水稻黑條矮縮病；廣恢998為三系雜交稻恢復(fù)系，感南方水稻黑條矮縮病。以廣恢998為受體，GW118為供體，構(gòu)建了包含297個(gè)株系的高代回交導(dǎo)入系群體(BC3F4)，D4是該導(dǎo)入系群體中的一個(gè)高抗南方水稻黑條矮縮病株系。PTB33(抗蟲(chóng)對(duì)照)及臺(tái)中在來(lái)一號(hào)(TN1)(感蟲(chóng)對(duì)照和感病對(duì)照)由廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所水稻害蟲(chóng)研究課題組提供。以D4(抗病親本)作為父本，廣恢998(感病親本)作為母本，經(jīng)過(guò)雜交、自交，獲得包含5004個(gè)F2單株的遺傳分離群體。分別提取每個(gè)單株的DNA保存?zhèn)溆?，同時(shí)，分別收獲每個(gè)F2單株的種子備用。

1.2 白背飛虱抗性鑒定

以排驅(qū)性和抗生性測(cè)驗(yàn)鑒定水稻材料的白背飛虱抗性，參照Wang等[29]方法并稍加改動(dòng)。抗蟲(chóng)對(duì)照品種為PTB33(具排驅(qū)性和抗生性)、感蟲(chóng)對(duì)照品種為TN1(無(wú)排驅(qū)性和抗生性)。將D4、廣恢998、TN1及PTB33的種子催芽露白后選取長(zhǎng)勢(shì)均一的種子播于塑料盤(41 cm×34 cm×7 cm)，每份材料種植1行，每行10株，株行距為3 cm×8 cm，置于光照培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)(26℃±1℃，15 h光照/9 h黑暗)。于1.5~2.0葉齡期，按每株苗5頭蟲(chóng)的總量接種2~3齡幼蟲(chóng)，24 h后，于每天8：00、16：00兩次記錄落在每個(gè)單株上的蟲(chóng)數(shù)，每次調(diào)查完成后驅(qū)蟲(chóng)，使其盡可能均勻分布。5 d后計(jì)算每份材料每個(gè)單株上的平均蟲(chóng)數(shù)，作為排驅(qū)性測(cè)驗(yàn)值，植株上蟲(chóng)量越少其排驅(qū)性越強(qiáng)。將D4、廣恢998、TN1及PTB33的種子催芽露白后，選取生長(zhǎng)勢(shì)均一的種子播于直徑12 cm、高15.5 cm，并鋪有2 cm厚營(yíng)養(yǎng)土的玻璃杯中，每份材料5株，置于光照培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)(26℃±1℃，15 h光照/9 h黑暗)。于1.5~2.0葉齡期，每杯接入20頭1~2齡幼蟲(chóng)，紗網(wǎng)封口，于1、3、5、7 d后統(tǒng)計(jì)每個(gè)杯子剩余的蟲(chóng)數(shù)，計(jì)算幼蟲(chóng)的存活率，作為抗生性測(cè)驗(yàn)值，蟲(chóng)子存活率越低表示品種抗生性越強(qiáng)。

1.3 南方水稻黑條矮縮病的接種鑒定

水稻病株采自廣西三江縣(E108°99'，N25°57')，傳毒介體白背飛虱采自廣西南寧市西鄉(xiāng)塘區(qū)石埠鎮(zhèn)(E108°22'，N22°83')。人工接種參照秦碧霞等[16]方法，稍加改動(dòng)，把健康低齡白背飛虱轉(zhuǎn)到水稻病株上飼毒2~3 d，再轉(zhuǎn)到健康TN1稻苗上，飼養(yǎng)10~12 d度過(guò)循回期后作為接種傳毒介體。在廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所人工氣候室內(nèi)進(jìn)行接種，溫度為26℃~28℃，相對(duì)濕度為75%~90%，將待鑒定水稻材料種植在1 L的透明塑料杯中，每杯種植材料35株，于1.5~2.5葉齡期，淘汰弱苗，選取生長(zhǎng)一致的30株幼苗進(jìn)行接種，接蟲(chóng)量為每株苗4頭蟲(chóng)，每天8:00和16:00驅(qū)蟲(chóng)兩次，保證鑒定材料均勻獲毒，傳毒2 d后將蟲(chóng)轉(zhuǎn)移走，將已接種的水稻苗移植到防蟲(chóng)網(wǎng)室或溫室，常規(guī)管理。接種20 d后調(diào)查每個(gè)品種的發(fā)病株數(shù)，之后每隔7 d調(diào)查1次，共調(diào)查3次，統(tǒng)計(jì)每個(gè)品種的發(fā)病率。重復(fù)3次，感病對(duì)照品種為TN1。發(fā)病率(%)=發(fā)病株數(shù)/總株數(shù)×100?？剐苑旨?jí)標(biāo)準(zhǔn)如下：0級(jí)，發(fā)病率為0.0%，免疫(I)；1級(jí)，發(fā)病率為0.1%～5.0%，高抗(HR)；2級(jí)，發(fā)病率為5.1%～30.0％，中抗(MR)；3級(jí)，發(fā)病率為30.1%～60.0％，中感(MS)；4級(jí)，發(fā)病率大于60.0％，高感(HS)。

1.4 全基因組重測(cè)序及分析

隨機(jī)選取357份廣恢998和D4衍生的F2:3株系進(jìn)行人工接種鑒定后，根據(jù)鑒定結(jié)果，從F2群體中篩選出高抗(發(fā)病率不大于5.0%)和高感(大小于60.0%)的植株各50株，分單株提取等量DNA混勻，構(gòu)建抗、感基因池用于全基因組重測(cè)序。文庫(kù)構(gòu)建、測(cè)序、生物信息學(xué)分析參照Yang等[31]方法進(jìn)行，SNP-index關(guān)聯(lián)分析參照Takagi等[32]方法進(jìn)行。

1.5 QTL驗(yàn)證及精細(xì)定位

以水稻品種日本晴基因組序列為參考序列，利用D4和廣恢998的全基因組重測(cè)序序列在第9染色體上的InDel信息，開(kāi)發(fā)InDel標(biāo)記。利用多態(tài)性InDel標(biāo)記對(duì)F2群體的單株進(jìn)行基因型分析，使用Join Map 4.0[33]進(jìn)行連鎖分析，繪制連鎖遺傳圖，使用Map QTL 6.0[34]進(jìn)行QTL掃描，利用重組單株進(jìn)行精細(xì)定位。

2 結(jié)果與分析

2.1 D4對(duì)南方水稻黑條矮縮病和傳毒介體白背飛虱的抗性表現(xiàn)

人工接種結(jié)果顯示，D4的南方水稻黑條矮縮病發(fā)病率為4.86%，表現(xiàn)高抗；廣恢998的發(fā)病率為82.23%，表現(xiàn)高感，二者差異極顯著(圖1)。對(duì)白背飛虱的排驅(qū)性測(cè)驗(yàn)結(jié)果顯示，抗蟲(chóng)對(duì)照品種PTB33單株平均蟲(chóng)量?jī)H為1.2頭，明顯少于接種量5頭，表現(xiàn)出明顯的白背飛虱排驅(qū)性，而D4、廣恢998及TN1單株蟲(chóng)量與接種量無(wú)顯著差異(圖2-A)，表明高抗南方水稻黑條矮縮病材料D4、高感材料廣恢998及高感對(duì)照材料TN1均無(wú)排驅(qū)性。抗生性測(cè)驗(yàn)結(jié)果顯示，D4、廣恢998及TN1接種7 d后植株上白背飛虱存活率約90%，同時(shí)三者之間無(wú)顯著性差異，而高抗品種PTB33植株上白背飛虱存活率顯著下降，存活率僅為52.5%(圖2-B)，表明高抗南方水稻黑條矮縮病材料D4、高感材料廣恢998及高感對(duì)照材料TN1均無(wú)白背飛虱抗生性。綜合分析抗病性和抗蟲(chóng)性表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)抗病材料D4無(wú)白背飛虱排驅(qū)性與抗生性，說(shuō)明其對(duì)南方水稻黑條矮縮病的抗性為抗病毒性而非抗蟲(chóng)性。

2.2 D4對(duì)南方水稻黑條矮縮病抗性的遺傳分析

從廣恢998與D4衍生的F2:3株系中隨機(jī)抽取267份F2:3株系進(jìn)行人工接種鑒定，結(jié)果顯示該F2群體的南方水稻黑條矮縮病抗性呈偏正態(tài)連續(xù)性分布，表型分布部分偏向抗性親本D4(圖3)，表明D4的南方水稻黑條矮縮病抗性可能受主基因和微效基因共同控制。

A?D4接種南方水稻黑條矮縮病毒的表型；B?廣恢998接種南方水稻黑條矮縮病毒的表型。N?未接種對(duì)照；I?接種。

Fig. 1. Phenotype of D4 and Guanghui 998 by artificial inoculation of SRBSDV.

A?D4和廣恢998(GH998)及兩個(gè)對(duì)照品種對(duì)白背飛虱的排驅(qū)性表現(xiàn)；B?白背飛虱在D4和廣恢998及兩個(gè)對(duì)照品種中的存活率。數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示, n=3。柱上相同字母表示差異未達(dá)0.01顯著水平(t測(cè)驗(yàn))。

Fig. 2. Resistance to white-backed planthoppers(WBPH) in D4 and Guanghui 998.

圖3 廣恢998/D4 F2:3株系接種南方水稻黑條矮縮病后的發(fā)病率頻率分布

Fig. 3. Frequency distribution of the F2:3lines derived from the cross between Guanghui 998(GH998) and D4 with southern rice black-streaked dwarf disease as determined by artificial inoculation identification.

2.3 重測(cè)序數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

利用Illumina HiSeq測(cè)序系統(tǒng)對(duì)D4、廣恢998、抗池及感池進(jìn)行全基因組重測(cè)序，共獲得110.39 G的測(cè)序數(shù)據(jù)，過(guò)濾后，獲得了106.05 G的有效數(shù)據(jù)。將親本及抗、感池的測(cè)序數(shù)據(jù)與參考基因組日本晴序列(http://rice.plantbiology.msu.edu/pub/data)比對(duì)(表1)，結(jié)果顯示D4獲得142 913 376條有效測(cè)序的reads，覆蓋基因組92.66%的序列，平均測(cè)序深度為55.88×。廣恢998獲得195 193 248條有效測(cè)序的reads，覆蓋基因組93.26%的序列，平均測(cè)序深度為76.28×；基于基因分型的結(jié)果，分別篩選D4和廣恢998中純合的SNP位點(diǎn)，共獲得2 977 061個(gè)多態(tài)性標(biāo)記用于下一步的性狀相關(guān)QTL定位。

2.4 單核苷酸多態(tài)性(SNP)分析

以1 Mb為窗口、100 kb為步長(zhǎng)計(jì)算每個(gè)子代池的SNP指數(shù)及其增值。對(duì)比感池與抗池的SNP指數(shù)，在95%置信水平下，大于閾值的窗口作為候選區(qū)間。在第9染色體上的16 300 001?17 700 001 bp區(qū)間出現(xiàn)了SNP不平衡的狀況(圖4)，表明感池單株在此區(qū)段與廣恢998含有相同的片段，而抗池單株在同一區(qū)域與D4含有相同的片段。以95%置信水平作為篩選閾值，該區(qū)域的SNP指數(shù)增值大于閾值，因此第9條染色體16 300 001?17 700 001 bp可能存在控制南方水稻黑條矮縮病的主效抗性QTL位點(diǎn)，命名為。

2.5 南方水稻黑條矮縮病主效抗性位點(diǎn)qSRBSDV9的驗(yàn)證與精細(xì)定位

利用D4與廣恢998雜交、自交產(chǎn)生的F2群體及其衍生的F2：3株系對(duì)進(jìn)行驗(yàn)證及精細(xì)定位，對(duì)F2：3株系進(jìn)行南方水稻黑條矮縮病人工接種鑒定，以F2：3的發(fā)病率來(lái)推測(cè)F2群體中各單株的表型和基因型。為了驗(yàn)證定位結(jié)果的準(zhǔn)確性，在第9染色體上設(shè)計(jì)了70對(duì)InDel引物，選取其中10對(duì)在親本間具有良好多態(tài)性的InDel標(biāo)記(表2)，結(jié)合表型檢測(cè)F2群體基因型，結(jié)果顯示在標(biāo)記Indel 7和Indel 40之間(物理位置為16.3 Mb?17.7 Mb)檢測(cè)到一個(gè)與南方水稻黑條矮縮病相關(guān)的主效抗性QTL，其位置與的位置相同。LOD值為4.8，可以解釋34.6%的表型貢獻(xiàn)率(圖5-A)。

表1 D4、廣恢998(GH998)、抗池(R-pool)及感池(S-pool)測(cè)序結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

Clean數(shù)據(jù)?原始數(shù)據(jù)量, 測(cè)序序列的個(gè)數(shù)乘以測(cè)序序列的長(zhǎng)度, 以bp為單位；HQ clean數(shù)據(jù)?過(guò)濾之后的有效數(shù)據(jù)量, 過(guò)濾后測(cè)序序列的個(gè)數(shù)乘以測(cè)序序列的長(zhǎng)度, 以bp為單位；平均測(cè)序深度?比對(duì)到參考基因組的堿基總數(shù)除以基因組大小；Read總數(shù)?有效測(cè)序數(shù)據(jù)的reads總條數(shù)；比對(duì)read數(shù)?比對(duì)到參考基因組上的reads條數(shù)(包括單端比對(duì)和雙端比對(duì))；覆蓋度?測(cè)序獲得的序列占參考基因組(排除N區(qū))的比例；GC含量?堿基G和C的數(shù)量總和占總的堿基數(shù)量的百分比；Q30含量?Phred數(shù)值大于30的堿基占總體堿基的百分比。

Clean data, Raw data production, the number of sequencing sequences multiplied by the length of the sequencing sequence; HQ clean, Valid data after filtering, the number of filtered sequencing sequences multiplied by the length of the sequencing sequence; Average depth, The total number of bases aligned to the reference genome divided by the genome size; Total reads, The total number of reads of validated data; Mapped reads, The total number of reads compare on the reference; Coverage, The proportion of the sequence obtained by sequencing to the reference genome; GC content, Percentage of the total number of bases G and C as a percentage of the total number of bases; Q30 content, Percentage of bases with Phred value greater than 30 to total bases.

橫坐標(biāo)表示染色體位置, 縱坐標(biāo)表示SNP指數(shù)增量(突變型減去野生型)。圖中每個(gè)點(diǎn)代表每個(gè)SNP指數(shù)增量, 相鄰的染色體分別用橙色和綠色的點(diǎn)來(lái)表示, 黑線代表各個(gè)窗口SNP指數(shù)的平均值擬合線。藍(lán)線代表95%置信水平的閾值線。

Fig. 4.(SNP-index) value distribution in rice chromosomes.

進(jìn)一步在定位區(qū)間內(nèi)開(kāi)發(fā)了15對(duì)具有良好多態(tài)性的InDel標(biāo)記，并對(duì)F2群體各株系進(jìn)行基因型分析，最終篩選到12株在該區(qū)段重組的單株。結(jié)合F2:3株系的表型，最終將定位在InDel標(biāo)記M10和M12之間，物理距離為第9染色體上17 393 019?17 495 354 bp(102.3 kb)區(qū)間內(nèi)(圖5-B)。利用水稻基因組注釋數(shù)據(jù)庫(kù)MSU-RGAP(http://rice.plantbiology.msu.edu/)對(duì)候選基因組區(qū)域進(jìn)行基因預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)該區(qū)段共包含21個(gè)基因，其中、、、、、、、及等9個(gè)基因編碼產(chǎn)物均為赤霉素受體蛋白。

3 討論

南方水稻黑條矮縮病是由白背飛風(fēng)傳播的病毒病，寄主對(duì)其抗性分為抗蟲(chóng)性和抗病性。目前，雖然一些學(xué)者鑒定出了一些抗南方水稻黑條矮縮病的材料[14, 27, 28]，但是關(guān)于不同水稻材料對(duì)南方水稻黑條矮縮病抗性特征的研究較少。本研究結(jié)果表明普通野生稻高代回交導(dǎo)入系D4對(duì)南方水稻黑條矮縮病的抗性主要來(lái)自于對(duì)病毒本身的抗性而非抗蟲(chóng)性，這與D4在室內(nèi)和田間抗性鑒定中的穩(wěn)定高抗表現(xiàn)一致。南方水稻黑條矮縮病抗性的遺傳分析結(jié)果表明，其表現(xiàn)為數(shù)量性狀特征，這與水稻黑條矮縮病的抗性遺傳特征類似[35, 36]。

表2 本研究中定位qSRBSDV9所用的InDel標(biāo)記

用常規(guī)方法培育抗南方水稻黑條矮縮病水稻品種耗時(shí)耗力，對(duì)水稻重要農(nóng)藝性狀相關(guān)基因進(jìn)行精細(xì)定位，開(kāi)發(fā)與目標(biāo)基因緊密連鎖的標(biāo)記，可實(shí)現(xiàn)基因的直接選擇和有效聚合，大幅度提高育種效率，縮短育種年限[37]。然而，目前尚未見(jiàn)與南方水稻黑條矮縮病抗性相關(guān)的基因或QTL定位的研究報(bào)道。潘存紅等[38]利用珍汕97B/明恢63的RIL群體，在第9染色體上SSR標(biāo)記RM257?RM215間檢測(cè)到一個(gè)黑條矮縮病抗性QTL，與不在同一位點(diǎn)。Chen等[39]在第9染色體上標(biāo)記RG451?RM245間也檢測(cè)到抗白背飛虱位點(diǎn)。其中，與在第9染色體上的物理位置重疊，但本研究材料D4對(duì)白背飛虱無(wú)抗性，說(shuō)明與不是同一個(gè)基因。本研究將來(lái)自抗源D4的南方水稻黑條矮縮病主效抗性QTL精細(xì)定位在第9染色體17 393 019 ?17 495 354 bp區(qū)域內(nèi)，是一個(gè)新的與南方水稻黑條矮縮病抗性相關(guān)QTL。

在候選基因組區(qū)域內(nèi)有21個(gè)預(yù)測(cè)基因，其中9個(gè)基因均編碼赤霉素受體蛋白。赤霉素(gibberellin，GA)是調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育的一類重要激素，其主要作用為促進(jìn)植物莖、葉伸長(zhǎng)。Russell等[40]研究表明，大麥黃矮病毒(，BYDV)侵染大麥植株后，其體內(nèi)的GA含量降低導(dǎo)致大麥矮化；Sridhar等[41]研究表明，受水稻東格魯球狀病毒(，RTSV)侵染后，寄主體內(nèi)的GA同系物含量降低明顯，這可能是誘導(dǎo)植株矮化的一個(gè)主要原因；Zhu等[42]研究表明水稻矮縮病毒(，RDV)通過(guò)降低GA的合成而產(chǎn)生矮縮癥狀；吳建國(guó)等[43]研究也表明，水稻植株受RDV侵染后，染病株體內(nèi)GA含量顯著低于健康株。楊陽(yáng)[44]研究表明，感染南方水稻黑條矮縮病毒后，水稻植株體內(nèi)的赤霉素含量顯著降低，這可能與南方水稻黑條矮縮病毒對(duì)水稻造成生長(zhǎng)遲緩、植株矮化等癥狀有關(guān)。Tao等[45]研究發(fā)現(xiàn)，水稻黑條矮縮病(，RBSDV)編碼的P7-2蛋白與水稻植株的赤霉素代謝蛋白GID2相互作用，RBSDV對(duì)GA信號(hào)傳導(dǎo)途徑可能產(chǎn)生影響。在前期研究中，我們發(fā)現(xiàn)無(wú)論是抗病還是感病材料，感染南方水稻黑條矮縮病毒后，病株體內(nèi)的赤霉素含量均顯著低于健康植株，但抗病植株體內(nèi)的赤霉素含量比感病植株的含量高[46]。本研究中，在候選基因組區(qū)域內(nèi)有21個(gè)預(yù)測(cè)基因，其中9個(gè)基因編碼赤霉素受體蛋白。這表明SRBSDV的侵染可能對(duì)水稻植株赤霉素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)造成影響，進(jìn)一步減少了赤霉素合成量，最終導(dǎo)致植株矮化。

A—連鎖分析；B—利用代換作圖精細(xì)定位qSRBSDV9。代換圖中黑色條狀區(qū)域代表來(lái)源于廣恢998的導(dǎo)入片段; 空白條狀區(qū)域代表來(lái)源于D4的導(dǎo)入片段；灰色條狀區(qū)域代表雜合雙親基因的片段。

Fig. 5. Identification and validation ofin rice chromosome 9.

本研究揭示了南方水稻黑條矮縮病的抗性特征及遺傳規(guī)律，精細(xì)定位了南方水稻黑條矮縮病主效抗性QTL，并對(duì)定位區(qū)間內(nèi)的候選基因進(jìn)行了分析和預(yù)測(cè)。

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Genetic Analysis and Fine Mapping of a Major QTL for the Resistance to Southern Rice Black-Streaked Dwarf Disease

NONG Baoxuan1, 2, 3, QIN Bixia4, XIA Xiuzhong2, 3, YANG Xinghai2, 3, ZHANG Zongqiong2, 3, ZENG Yu2, 3, DENG Guofu2, 3, CAI Jianhe4, LI Zhanbiao4, LIU Piqing1, *, LI Danting2, 3, *

(Agricultural College,,,;Rice Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences,,;Guangxi Key Laboratory of Rice Genetics and Breeding,,;Plant Protection Research Institute,,,;Corresponding author,:;)

【Objective】(SRBSDV), which is transmitted by white-backed planthopper (Horváth, WBPH), has caused severe yield loss in epidemic years in rice production. We analyzed the resistance mechanism of SRBSDV and identified the related gene locus by fine gene mapping to lay a scientific base for effective prevention and control of SRBSDV. 【Method】The resistance of rice material D4 against white-backed planthoppers were analyzed, and the genetic basis for the resistance to SRBSDV was analyzed by using F2population of Guanghui 998×D4. The major QTL for resistance to SRBSDV was identified using QTL-seq, and further verified by genetic linkage analysis. 【Result】D4 was resistant to SRBSDV but not to WBPH. Genetic analysis showed that the resistance of D4 was controlled by major gene and minor genes. QTL-seq and linkage analysis revealed that the major QTL for resistance to SRBSDV in rice was located within the 1.40 M region on chromosome 9, which was termed as. Thenwas fine mapped on chromosome 9 with a 102.3 kb physical distance by substitution mapping. This region contained 21 predicted genes, nine of which were related to gibberellin signaling. 【Conclusion】The results reveals the characteristics and inheritance of resistance to SRBSDV in D4. The fine mapping oflays a base for map-based cloning and utilization

; white-backed planthopper; genetic analysis; QTL; fine mapping

10.16819/j.1001-7216.2019.8057

S435.111.4+9; S511.034

A

1001-7216(2019)02-0135-09

2018-05-16;

2018-12-20。

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2016YFD0100100)；廣西科技計(jì)劃資助項(xiàng)目(桂科AB16380117)；水稻生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題(160105; 170102)；廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)(2015YT15, 桂農(nóng)科2018YM16)。