基本信息
- 項目名稱：
- 水稻抗紋枯病主效QTL-qSB-9的位置、效應及作用方式
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 紋枯病已成為我國南方部分稻作區(qū)的首要病害，水稻對該病的抗性屬于典型的數(shù)量性狀。研究抗病QTL（quantitative trait locus）的真實性及其遺傳特征具有重要的理論和實踐價值，而當前關于該領域的研究報道十分稀少。 本項目通過整合水稻基因組信息、標記開發(fā)與輔助選擇技術以及紋枯病精確接種鑒定方法等多種手段，采用擬染色體單片段替代系的研究策略，對不同品種（MH63, TQ和J85）第9染色體上的抗紋枯病QTLs（qSB-9）進行了比較分析。結果證實：qSB-9J85、qSB-9MH63和qSB-9TQ均為真實的抗紋枯病QTL，其抗病等位基因純合和雜合時均可減輕病級1.0級左右，表現(xiàn)為顯性遺傳；qSB-9J85和qSB-9MH63位于相同的分子標記區(qū)間內(nèi)（RM201-RM6971），推測為同一個QTL；該標記區(qū)間包括在qSB-9TQ的存在區(qū)間內(nèi)。研究結果將加速qSB-9的育種應用和克隆。
- 詳細介紹：
- 紋枯病是水稻三大病害之一，每年造成的損失達數(shù)十億公斤稻谷。在中國南方稻區(qū)的很多地方已經(jīng)成為水稻的第一大病害。 目前，對紋枯病免疫或高抗的品種寥寥無幾。因此，加快紋枯病的遺傳研究具有重要的實踐意義和較高的理論價值。 水稻對紋枯病的抗性屬于典型的數(shù)量性狀。利用水稻的多個不同研究群體組合共檢測到30個左右的抗紋枯病QTL，涉及全部的水稻12條染色體。然而其中有些QTL的定位重演性較差，相對作用效應較小，不利于遺傳研究和育種利用。水稻抗紋枯病主效QTL-qsB-9重演性較好，經(jīng)過多次年際間和地點間的重復驗證，證實了QTL-qsB-9的作用效應為1級。因此，開展水稻紋枯病主效QTL-qsB-9的遺傳研究十分可靠。 水稻第9染色體是發(fā)現(xiàn)存在抗紋枯病QTL次數(shù)最多的染色體。不同研究者：Li等（1995）利用Lemont/特青的F3-4家系群體，Pinson等利用該組合的RIL群體，以及譚彩霞等采用性狀鑒定加標記輔助選擇的研究策略，利用特青與Lemont（輪回親本）組合的回交群體，都在特青第9號染色體的相似或鄰近區(qū)間檢測到一個抗病QTL-qSB-9。 本項目同時通過整合水稻基因組信息、標記開發(fā)與輔助選擇技術以及紋枯病精確接種鑒定方法等多種手段，采用擬染色體單片段替代系的研究策略，通過對不同的回交組合MH63/Lemont , J85/Lemont ，TQ/Lemont 的高世代回交群體的3種分離基因型群體的平均病級病指進行抗感比較分析。結果證實：qSB-9J85、qSB-9MH63和qSB-9TQ均為真實的抗紋枯病主效QTL，其抗病等位基因純合和雜合時均可減輕病級1.0級左右，表現(xiàn)為顯性遺傳。這是首次在近等基因系水平上證實抗水稻紋枯病QTL的位置并明確有利等位基因的效應和作用方式。qSB-9J85和qSB-9MH63位于相同的分子標記區(qū)間內(nèi)（RM201-RM6971），推測為同一個QTL；該標記區(qū)間包括在qSB-9TQ的存在區(qū)間內(nèi)。 通過本實驗的研究，有助于加快抗紋枯病水稻育種進程和數(shù)量抗病基因的遺傳研究，并為本基因的精細定位和克隆奠定基礎。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：為水稻抗紋枯病分子標記輔助育種提供可靠的基因資源及其利用策略。 思路：通過圖譜整合，確定不同研究中水稻第9染色體上檢測到的抗紋枯病QTL-qSB-9的相對位置；通過發(fā)展新的分子標記和構建擬染色體片段代換系，確定不同親本上qSB-9的存在區(qū)間、抗性效應及與之連鎖的分子標記；通過對qSB-9Tq的近等基因系進行2種田間試驗設計，確定qSB-9Tq的效應與作用方式。
科學性、先進性及獨特之處
- 科學性：染色體片段代換系及近等基因系是研究作物復雜數(shù)量性狀基因效應與作用方式的最好材料，結合精確的牙簽嵌入接種法及多個試驗重復，明顯提高結果可靠性與科學性。 先進性：確證不同抗病親本上qSB-9的存在區(qū)間，精確分析qSB-9Tq的抗性效應及作用方式，在國內(nèi)外尚屬首次。 獨特性：通過擬染色體片段代換系、牙簽嵌入接種法及2種田間試驗設計開展本研究，是本項目的獨特之處。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 紋枯病已嚴重威脅到我國的水稻高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。開展抗紋枯病水稻育種的前提是獲得抗性基因并了解其作用方式和物理位置，同時獲得其緊密的分子標記。qSB-9是之前研究中發(fā)現(xiàn)的一個主效抗紋枯病QTL。本項目圍繞qSB-9的相關研究結果，將直接促進qSB-9在育種實踐中的應用速度，加速抗病品種的培育。
學術論文摘要
- 在水稻品種J85、明恢63和特青第9染色體上分別檢測到抗紋枯病QTL（qSB-9），命名為qSB-9J85、qSB-9MH63和qSB-9TQ。 結合水稻物理圖譜及標記整合圖譜，發(fā)現(xiàn)qSB-9J85、qSB-9MH63和qSB-9TQ的置信區(qū)間相近或局部重疊。以感病親本Lemont為輪回親本分別與J85、MH63和TQ雜交并回交以構建各遺傳分析群體。用標記輔助選擇結合抗性鑒定策略，在兩個不同回交世代對qSB-9J85和qSB-9MH63進行驗證，表明這兩個QTL均位于分子標記RM6971-RM201區(qū)間內(nèi)，在雜合狀態(tài)下均可減輕紋枯病病級1.0級左右。通過更嚴格的分子標記前景和背景篩選，在BC6F2世代獲得在Lemont遺傳背景下的qSB-9TQ近等基因系。用完全隨機和隨機區(qū)組等兩種田間試驗設計，對qSB-9TQ抗性效應和作用方式進行研究。結果證實qSB-9TQ亦可減輕紋枯病病級1.0級左右，抗性表現(xiàn)為幾乎完全的顯性特征，存在區(qū)間也與上述兩個QTL相同。為此，可認為3個不同抗病親本上的qSB-9為同一個QTL。研究結果將加速qSB-9的育種應用，同時為實現(xiàn)其克隆奠定基礎。
獲獎情況
- 2008年12月，作品參加某大學第五屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽，獲一等獎
鑒定結果
- 無
參考文獻
- 1.Zou J H, Pan X B, Chen Z X, et al.. Mapping quantitative trait loci controlling sheath blight resistance in two rice cultivars (Oryza sativa L.). Theor. Appl. Genet. 2000, 101 (4): 569-575. 2.Pinson S R M, Capdevielle F M, and Oard J H. Confirming QTLs and finding additional loci conditioning sheath blight resistance in rice using recombinant inbred lines. Crop Sci, 2005, 45: 503-?510. 3.譚彩霞，紀雪梅，楊勇，等. 水稻回交世代中兩個抗紋枯病主效數(shù)量基因的鑒定與標記輔助選擇. 遺傳學報，2005，32 (4): 399-405. 4.左示敏，殷躍軍，張麗，等. 水稻抗紋枯病QTL qSB11的育種價值及其進一步定位. 2007，21(2): 136-142. 5.Yin Yue-Jun, Zuo Shi-Min, Wang Hui, et al. Pyramiding effects of three quantitative trait loci for resistance to sheath blight using near-isogenic lines of rice, Chinese J Rice Sci, 2008, 22(4):340-346. 6.Zuo Shi-Min, Zhang Li, Hui Wang, et al. Prospect of the QTL-qSB-9Tq utilized in molecular breeding program of japonica rice against sheath blight, Journal of Genetics and Genomics, 2008, 35:499-505
同類課題研究水平概述
- 在水稻對紋枯病抗性遺傳研究中，目前主要集中在抗病QTL的定位上。1995年Li等首次利用RFLP標記進行抗水稻紋枯病QTL的定位，此后陸續(xù)有Zou等（2000）、韓月澎等（2000）、Sato等（2004）的報道或開展了水稻抗紋枯病QTL的定位研究。這些研究分別涉及到TQ/Lemont，J85/Lemont，珍汕97/明恢63，窄葉青8號/京系17，Hinohikari/WSS2親本和91SP068/奇妙香等雜交組合。所用到的定位群體涉及到RIL群體、F2無性系群體、F3-4家系群體、DH群體、回交F1群體。在上述研究中一共檢測到30個左右的抗紋枯病QTL，涉及到水稻全部的12條染色體。結合整合圖譜發(fā)現(xiàn)，部分主效QTL被不同的研究小組定位在相同或相近的染色體區(qū)間，表明了這些QTL存在的真實性和所在區(qū)間的可靠性。通過構建部分主效QTL的近等基因系，譚彩霞等（2005）研究發(fā)現(xiàn)，抗性等位基因來自特青的一個主效QTL-qSB-9Tq的確切區(qū)間位于分子標記RM201-RM205之間，而且發(fā)現(xiàn)其在Lemont遺傳背景下可以減輕紋枯病病級1.0-1.5級（在0-9級的病級分類系統(tǒng)中）。這表明，qSB-9Tq的是一個真實的抗水稻紋枯病QTL，可以用于標記輔助育種實踐以提高水稻品種對紋枯病的抗性水平。 上述研究將qSB-9Tq的存在區(qū)間確定在分子標記RM201-RM205之間，此區(qū)間遺傳或物理距離還很長（大于10cM，或大于1800kb），這在很大程度上限制了qSB-9Tq在標記輔助育種中的應用，有必要對其進一步定位。 Zou等和韓月澎等，也在水稻第9號染色體上定位到抗性QTL，其抗性等位基因分別來自qSB-9J85和qSB-9MH63，區(qū)間對比發(fā)現(xiàn)，初步定位區(qū)間并不與qSB-9Tq的存在區(qū)間一致。因此，第9號染色體是否存在多個抗性QTL，還是初步定位的區(qū)間有誤，事實上只有一個抗性QTL，且其存在區(qū)間與qSB-9Tq的一致，這些問題都還尚未明確，值得深入研究。 譚彩霞等研究表明qSB-9Tq能輕紋枯病病級1.0-1.5級，但其采用的研究群體是特青與Lemont的回交BC3F2材料，此世代群體的遺傳背景與Lemont還不夠相似，這將影響qSB-9Tq抗性效應的精確評價。有必要采用遺傳背景一致的分析群體進一步確定qSB-9Tq抗性效應。
