标记辅助选择在水稻抗病育种研究进展

分子标记辅助选择在水稻抗稻瘟病育种中的研究进展姓名：孙雨薇学号：2010512026班级：2010级农学1班分子标记辅助选择在水稻抗稻瘟病育种中的研究进展分子标记辅助选择在水稻抗稻瘟病育种中的研究进展摘要：稻瘟病作为一种世界性稻作病害，严重制约了水稻的产量和品质。培育抗病品种是最为经济有效的降低稻瘟病危害的方法。本文综述了近年来水稻抗病基因定位和克隆及创新利用等方面的工作。同时，还对分子标记辅助选择在抗稻瘟病品种选育中的应用进行了展望。关键词：水稻；稻瘟病；分子标记辅助选择0引言水稻是全球重要的粮食作物之一，全世界有25亿以上的人口主食大米，其中中国是世界上最大的水稻生产和消费国，60%人口以稻米为主要食粮。作为世界最重要的粮食作物之一，水稻对世界粮食安全和农业可持续发展起着至关重要的作用。而稻瘟病作为一种世界性稻作病害，使水稻产量每年减产达11%～30%[1]，已成为影响水稻高产、稳产的主要障碍因素。稻瘟病是由子囊菌Magnaporthegrisea(Hebert)Barr（无性世代：Pyriculariagrisea(cooke)Sacc)引起的[2]。在水稻整个生育期内稻瘟病都可能发生，因此根据发病时期和发病部位，可分为苗瘟、叶瘟、穗瘟、节瘟和谷粒瘟，而其中尤以叶瘟影响最为严重。而现阶段控制稻瘟病最常用的两种途径分别是化学防治和培育新的抗稻瘟病品种。化学防治主要是通过使用农药控制稻瘟病发生，其一方面增加农业生产成本，同时对环境也会造成一定程度的污染。而常规手段培育抗稻瘟病品种周期过长，稻瘟病遗传背景十分复杂，生理小种变异快，一个新品种在推广3～5年左右就可能失去抗性[3]。利用生物技术培育持久抗病性品种是现代开辟的新途径。例如分子标记辅助选择，它克服了传统选择方法的缺陷，具无与伦比的优越性[4]，从而大大提高选择的可靠性，使育种进程加快，育种效率得到提高。1.标记辅助选择的原理标记辅助选择（marker-assistedselection，MAS）是指借助分子标记对目标性状的基因型进行选择。在作物遗传育种中，主要是应用分子标记辅助选择进行前景选择和背景选择。1.1前景选择对目标基因的选择称为前景选择（Foregroundseletion）[5]。这是标记辅助选择的主要方面。寻找与开发与目标基因紧密连锁的分子标记是进行前景选择的关键[6]。当今，水稻全基因组的测序完成及大量SSR标记的开发和定位，使得SSR成为分子标记辅助选择的首选标记，并为分子标记应用于前景选择提供了广阔的发展空间，给育种工作带来了极大的方便。1.2背景选择对基因组中除了目标基因之外的其它部分（即遗传背景）的选择，称为背景选择（backgroundselection）[7]。与前景选择不同的是，背景选择的对象几乎包括了整个基因组。2.标记辅助选择在抗病育种中的应用分子标记辅助选择与传统回交育种技术相结合有利于控制优良性状的基因及多个基因的聚合，特别是有利于聚合多个抗病基因从而提高品种的抗性和抗谱。目前在水稻中对质量性状的MAS技术已日趋成熟，并取得了很大的成就，而对数量性状的MAS进展较为缓慢。分子标记辅助选择在水稻抗稻瘟病育种中的研究进展2.1抗稻瘟病MAS目前的研究认为有40个以上主基因控制水稻的抗瘟性[8]，这些基因已分别从l00多个品种或品系中鉴别出来，其中利用分子定位的已超过27个[9]。如Yu等[10]用感病籼稻Co39为遗传背景导入5173和Tetep的抗稻瘟病基因，采用短日高温处理快速加代法获得B6F4重组自交系群体（RILs），定位了Pi-2（t）和Pi-4（t）。随后，Mew等[11]进一步精细定位了这两个基因。刘士平等[12]将Pi-1定位在RFLP标记RZ536和SSR标记RM144之间，图距分别为9.7和6.8cM。吴金红等[13]进一步将Pi-2定位于分子标记RG64和AP22之间，图距分别缩小到0.9和1.2cM。Wang[14]用Co39为感病材料导入持久抗瘟性品种Moroberekan的抗稻瘟病基因构建重组自交系，于F7代用127个RFLP标记检测抗病池和感病池，定位了Pi-5（t）和Pi-7（t）基因。Naqiv等[15]发现Pk157位于第十二染色体并与单拷贝克隆RG341紧密连锁，同时还发现Pi10位于第五染色体上，与RAPD标记PF6、PH8、RFLP标记RG182、RZ70紧密连锁。Zheng等[16]也发现了位于第十二染色体上的抗稻瘟病基因与RG81、RG8659、RZ397紧密连锁。Pan等[17]用SSR标记将Pi-15定位于第9号染色体。除了对抗稻瘟病主基因定位外，近年在稻瘟病抗性QTL的分子标记定位方面也取得较大的进展。目前已国内学者已采用多种方法定位了80个以上与稻瘟病数量性状抗性相关的QTL[18-22]。这些抗性基因/QTL的分子标记定位是稻瘟病抗性的分子标记辅助育种和抗性基因或QTL的克隆的重要前提。在稻瘟病抗性基因聚合方面，刘士平等[23]研究发现多个抗性基因聚合后，并不简单地表现为单个抗病基因的抗谱之间的简单累加，而是抗性基因之间表现为极显著的基因互作，使其能够抵抗单个抗病基因不能抵抗的生理小种，使得基因聚合后抗谱拓宽、抗性增强。何月秋等[24]利用分子标记辅助选择方法培育出BL13（Pi-1、Pi-3），BL23（Pi-2、Pi-3）和BL123（Pi-1、Pi-2、Pi-3）的近等基因累加系。Hittalmanni等[25]用MAS对水稻稻瘟病抗性基因Pi-1、Pi-z5和Pi-ta进行累积，含有Pi-z5的2个或3个抗性基因的聚合比单独存在时抗性增强，能感染单个基因的兼性生理小种不能侵染抗性基因累加的品系，说明非等位基因有互补作用。陈学伟等[26-30]通过对地谷，Pi-4号等三个分别含抗病基因Pi-d(t)、Pi-b、Pi-ta的稻瘟病抗性材料与G46B聚合杂交，并利用抗病基因连锁的分子标记对杂交后代进行辅助选择，在聚合杂交的F2代及BlCl代群体中共获得了l5株含Pid、Pi-b、Pi-ta等三个抗稻瘟病基因的材料，该研究结果表明利用分子标记可快速、有效地实现多个抗病基因的聚合，大大提高水稻抗病育种的效率。对于稻瘟病抗性QTL位点虽已有不少定位的报道，但未见将其应用于育种的上的报道。3.稻瘟病抗性基因定位与克隆20世纪60年代中期，日本率先开展了水稻品种抗稻瘟病基因分析的研究工作，鉴定了最初的8个抗性位点上的14个基因，并建立了一套抗稻瘟病基因分析用的鉴别体系。国际水稻研究所及中国等各水稻生产国也相应地开始系统性地研究水稻抗稻瘟病基因，截至2011年2月，已至少报道了64个抗稻瘟病位点，共75个主效基因。这些基因成簇地分布于除第3染色体外的所有水稻染色体上，其中，Pia，Pib，Pita，P2，Piz-t，Pi9，Pid2，Pi21，Pi36，Pi37，Pi5。因已被成功克隆这些基因相对集中在第6、第11和第12号3条染色体上，形成3个较大的基因簇[31]。4问题与展望近年来随着现代分子生物学及生物技术的不断发展，分子标记辅助选择被越来越多地应用到作物育种研究中，同时也收到了很好的效果。由于抗稻瘟病相关的遗传图谱不断被构建，与相关的抗稻瘟病基因紧密连锁的标记筛选、开发，稻瘟病抗性基因的不断定位及克隆，为分子标记辅助选择育种提供了极大的方便。与常规育种相比，标记辅助选择育种分子标记辅助选择在水稻抗稻瘟病育种中的研究进展打破了环境的影响，克服了传统育种中抗性“易丧失”的特点。同时，选择效率高，育种进程短，结果鉴定方便。从20世纪8O年代至今，我国在稻瘟病抗性资源的搜集、开发工作中已取得了大量的成果，并且在抗稻瘟病品种培育上也取得了很大的进展，一批抗病、高产、优质的品种被培育出来并在生产中得到推广使用。在取得大量成果的同时，抗稻瘟病育种工作中也存在着一些问题。首先，优良的稻瘟病抗性材料被过度利用，造成了不同品种中稻瘟病抗性因相似或相同，抗性单一。这样容易在短时间内造成新的稻瘟病优势生理小种的出现，对抗病因产生抗性，造成品种抗性的降低并最终失去对当前稻瘟病生理小种的抗性。而新的抗性资源的发掘较慢，同时广谱抗性材料的搜集和发掘工作收获也较少，这样就为抗稻瘟病育种造成了一定的阻碍。其次，就目前已鉴定及克隆到的基因及相关的抗性材料，在育种应用中，多数都存在生育期不适合或是品质、株型等各方面的因素不理想，很难为种质资源直接应用，而通过常规杂交希望得中间育种材料也不是很容易，其抗性基因似乎与一些不利基因连锁较为紧密，很难通过常规方法打破。再次，就标记辅助选择效率，可以尽可能通过已有的抗病基因序列信息开发的相应的新型的功能性标记，如SNP、CAPs等标记，这类标记是针对基因本身直接开发的，提高选择效率，很好地打破群体间的局限，提高选择准确率和选择效率。另外，由于稻瘟病的抗性是数量性状，是由多基因控制的，进行抗稻瘟病育种研究工作中，通过基因聚合等相应的生物学方法，尽可能地将不同的优良抗性基因转入到同一材料中。最后，水稻抗稻瘟病育种是一项系统而复杂的工作，还有很多问题有待于解决，很多难题有待于攻克，它涉及了很多领域，包括遗传、育种、分子生物学、生理、病理以及栽培等诸多学科，因此就需要多学科多方向共同努力，共同攻关。把常规抗病育种与生物技术相结合广泛用于生产中。参考文献[1].袁隆平.我在杂交水稻方面所做的工作[J].中国科技奖励.2001,9（1）:14-19.[2].徐雍皋,徐敬友.农业植物病理学[M].江苏科学技术出版社.1995.[3].危文亮，赵应忠.分子标记在作物育种中的应用[J].生物技术通报，2000，（2）12-16.[4].李海渤.分子标记辅助选择技术及其在作物育种上的应用（综述）[J].河北职业技术师范学院学报,2002，16（4）：68-72.[5].HospitalF&CharcossetA.Marker-assistedintrogressionofquantitativetraitloci[J].Genetics,1997,147:1469-1485.[6].方宣钧,吴为人,唐纪良.作物DNA标记辅助育种[M].科学出版社,2001.[7].YoungND&SDTanksley.RFLPanalysisofthesizeofchromosomalsegmentsretainedaroundtheTm-2locusoftomatoduringbackcrossbreeding[J].TheorApplGenet,1989,77:353-359.[8].李晓方,毛兴学,邢丹英等.水稻稻瘟病抗性基因研究综述[J].分子植物育种,2003,1（5）：725-730.[9].ZhuM,WangL,andPanQH.Identificationandcharacterizationofanewblastresistancegenelocatedonricechromosome1throughlinkageanddifferentialanalyses[J].Phytopathology,2004,94:515-519.[10].YuZH,MackillDJ,BonmanJM,etal.TagginggenesforblastresistanceinricevialinkagetoRFLPmarkers[J].TheoreticalandAppliedGenetics,1991,81:471-476.[11].MewTV,ParcoaS,HittalmaniS,etal.Finemappingofmajorgenesforblastresistanceinrice[J].RGN,1994,11,126-128.[12].刘士平.利用分子标记辅助选择改良珍汕97对稻瘟病的抗性.硕士学位论文.武汉,华中农业大分子标记辅助选择在水稻抗稻瘟病育种中的研究进展学,2002.[13].吴金红,蒋江松等.水稻稻瘟病抗性基因Pi-2(t)的精细定位[J].作物学报,2002,28(4):