辽宁常规水稻育种中抗稻瘟病基因分析与利用

姚继攀　梁传斌　刘博　蒋洪波　刘军　沈枫

摘  要：通过对辽宁常规水稻9个品种的抗稻瘟病基因和表现型综合分析，结果表明：辽粳401、辽粳香1号和辽粳香2号只携带一个抗病基因Pita，抗性一般，表现为抗和中抗;辽粳419和辽粳1499含有两个抗病基因Pita、Pia，进一步增强稻瘟病抗性，表现为抗和高抗;辽粳软1号含两个抗病基因Pita、Pi1，也表现抗和高抗;而辽粳1540和辽粳2086都属于优质晚熟品种，之间亲缘关系较近，都不含稻瘟病抗性基因，表现为抗和中抗;外引品种粳北812只有一个抗性基因Pi1，抗性最差。明确9个水稻品种含有抗病基因情况，通过聚合其它抗病基因使用，可以快速提高选育水稻新品种的广谱抗性。

关键词：粳稻;育种;稻瘟病;抗性基因

Analysis and Utilization of Rice Blast Resistance Genes in Conventional Rice Breeding in Liaoning Province

YAO Ji-pan ， LIANG Chuan-bin ， LIU Bo ， JIANG Hong-bo ， LIU Jun ， SHEN Feng

（Liaoning Rice Research Institute， Shenyang 110101， China）

Abstract： A comprehensive analysis of blast resistance genes and phenotypes of 9 varieties of conventional rice in Liaoning showed that Liaogeng-401， Liaogengxiang-1 and Liaogengxiang-2 carried only one resistance gene Pita， and the resistance was normal and moderate. Liaogeng-419 and Liaogeng-1499 contain two resistance genes， Pita and Pia， which further enhance the resistance of rice blast， showing resistance and high resistance. Liaogengruan-1 contains two resistance genes Pita and Pi1， which also show resistance and high resistance. However， Liaogeng-1540 and Liaogeng-2086 are high quality late maturing varieties， which are closely related to each other and do not contain blast resistance genes， showing resistance and moderate resistance. The imported variety Gengbei-812 has only one resistance gene Pi1， and the resistance is the worst. It is clear that 9 rice varieties contain disease resistance genes， and the broad-spectrum resistance of new rice varieties can be rapidly improved by using other disease resistance genes.

Key words： Japonica rice; Breeding; Rice blast; Resistance gene

水稻是全球最主要的糧食作物之一，而水稻的稻瘟病一直是危害其产量的最重要的因素[1]，在适宜的温度和湿度下，稻瘟病可使水稻产量损失度达到30%～50%，在发病最严重的地方，可以造成水稻颗粒无收。为避免水稻稻瘟病大面积发生，保障粮食安全，水稻抗病育种是最有效的途径。

在2022年6月至10月通过对9个常规水稻品种的抗病基因进行鉴定，解析辽宁水稻抗病基因Pi1、Pia、Pita在9个水稻品种中存在形式和各品种在各地区稻瘟病抗性表现之间的关系，旨在明确水稻抗病基因在水稻抗病育种中的作用，通过回交和聚合抗病基因方式，为辽宁水稻抗病育种杂交的组配提供依据。

1材料与方法

1.1  供试材料

本试验选用辽宁省水稻研究所大面积推广的高抗病品种辽粳401和新审定的组合辽粳419、辽粳1499、辽粳1540，即将审定的组合辽粳2086、辽粳香1号、辽粳香2号、辽粳软1号，以及外引品种粳北812，共9个水稻品种。

1.2  试验方法

1.2.1  高密度基因芯片检测  利用武汉双绿源创芯科技研究院有限公司研发的40K水稻高密度基因芯片，对供试材料的功能基因和单倍型进行分析。

1.2.2  辽宁各地区抗病鉴定和表型分析  分别在辽宁4个生态稻区设立田间自然诱发抗病鉴定圃，均以蒙古稻为感病对照。在沈阳于分蘖盛期调查记载叶瘟和穗瘟发生情况。

2  结果与分析

2.1  抗性基因单倍型分析

单倍型分析依据文章发表的基因型以及具体的表型验证数据，选取了基因内部及上下游100Kb区域内特异的一组多态性标记对样品是否含有某种抗性基因进行判断。表格中snpnum指的是每个基因对应的一组多态性标记的数量，样品编号下方的小数代表每个样品在这一组多态性标记上的基因型与标准样对比的相似度，例：基因Bph14对应的一组多态性标记数为29，如果待测样品在这一组中与标准样基因型一致的标记数为27，则相似度为27/29=0.93。

本次分析共对下述抗性基因进行了单倍型分析，具体包括：Bph26、Bph18、Bph15、Bph14、Bph9、Bph6、Pi1、Pi2、Pi5、Pi9、Pia、Pid2、Pid3、Pigm、Pita、Xa23、Xa21、xa13、Xa7、xa5。抗性基因单倍型分析（表1）具体结果汇总如下：辽粳香1号和辽粳香2号、辽粳401含有Pita抗性位点;辽粳419和辽粳1499含有Pia、Pita两个抗性位点;粳北812含有Pi1抗性位点;辽粳软1号含有Pi1、Pita抗性位点。有研究表明单独携带Pita抗病基因的水稻品种对辽宁地区稻瘟病菌抗性较差，在进行抗病品种选育时，聚合其它抗病基因使用，可以提高品种的广谱抗性[2]。近些年，单独携带Pita抗病基因的辽粳401在大面积推广栽培过程中表现抗性逐渐衰退。而辽粳419和辽粳1499聚合了Pita和Pia两个抗病基因，在推广栽培中依然表现出较强的抗病性。粳北812只有一个抗性基因Pi1，结合抗性表型数据其抗性表现一般。

2.2  聚类分析

对本次9份样品进行聚类分析。聚类分析是通过比较两两样品之间的位点差异，得到一个9×9维的矩阵（图1）。

对9个水稻品种进行系统聚类分析，结果表明，其中抗稻瘟病较好的辽粳401、辽粳419和辽粳1499之间亲源关系较近;而遼粳香1号和辽粳香2号之间都含有香味基因和抗稻瘟病基因，遗传背景比较接近;辽粳1540和辽粳2086都属于优质晚熟品种，之间亲缘关系较近;辽粳软1号选育过程中，亲本引入软米水稻材料，亲缘相对较远;粳北812从图上看亲缘较远，实际上也是外引品种符合实际情况。

2.3  各地区抗性鉴定

稻瘟病菌源自于辽宁省4个生态稻区（沈阳苏家屯、盘锦大洼、铁岭开原、丹东东港）。通过菌株产孢方法，利用菌株的活化培养基（PDA培养基），产孢培养基为玉米粒培养基。分别在辽宁4个生态稻区设立田间自然诱发抗病鉴定圃，均以蒙古稻为感病对照[3]。在沈阳于分蘖盛期调查记载叶瘟和穗瘟发生情况。由表2可见，辽粳419在沈阳和盘锦地区均表现高抗稻瘟病，而在铁岭和丹东表现出抗病。总体看在丹东地区表现最容易感病，其次是铁岭、盘锦、沈阳地区（表2）。

2.4  辽宁沈阳地区水稻抗病表型分析

调查田间诱发抗病表型发病反应型的接种时期为2022年7月下旬（水稻出穗前），人工接种15 d后进行接种鉴定抗病性调查，按照致病反应型统一标准进行评定，发病级按照感病级别较高者为准[4]。从图2上看，水稻叶片抗病表型最好的是辽粳419和辽粳1499，其次是辽粳香1号、辽粳401、辽粳1540、辽粳软1号，稍差的是辽粳香2号、辽粳2086，最不好的是外引品种粳北812。

3  结论与讨论

在对辽宁育种中9个水稻品种进行20个抗稻瘟病基因单倍型分析的基础上，通过田间自然诱发抗病鉴定和人工接种的方法进行抗病鉴定，结果表明，在辽宁地区抗稻瘟病基因主要是Pia、Pil和Pita的应用较多。同时携带Pita和Pia两个抗病基因，对混合菌的抗性表现为高抗，而单独携带Pita基因并不能显著提高感病品种对稻瘟病的抗性[2]。

目前，水稻抗病育种方法，通过回交导入和聚合抗病基因来提高杂交后代抗病性，通过分子标记辅助育种可快速提高选育水稻新品种的广谱抗性，可以把更多的时间用于水稻其它性状的改良，从而提高育种效率。而在辽宁现有水稻育种材料中未发现南方水稻中重要的抗稻瘟病基因Pigm、Pi9，把这两种抗稻瘟病基因和我们现在的育种材料通过籼粳架桥更好地聚合在一起，相信不久将来会实现，更好提高水稻抗稻瘟病基因的广谱抗性。抗稻瘟病基因分析和利用是现阶段辽宁水稻抗稻瘟病育种的主要方向。

参考文献：

[1] 刘辉，孟德龙，査日扬，等.江苏水稻品种稻瘟病主效抗性基因鉴定及应用评价[J].福建农业学报，2015，30（5）：452-458.

[2] 马作斌，王丽丽，顾爽，等.辽宁地区粳稻品种抗稻瘟病基因Pita的等位基因类型及其功能研究[J].辽宁农业科学，2018（4）：1-6.

[3] 潘争艳，邱福林，吕桂兰，等.辽宁省粳稻品种稻瘟病抗性基因分析[J].中国水稻科学，2019，33（3）：241-248.

[4] 王丽丽，赵家铭，马作斌，等.辽宁地区水稻资源抗稻瘟病基因的检测分析[J].植物遗传资源学报，2017，18（2）：325-339.

收稿日期：2023-08-22

作者简介：姚继攀（1981-），男，硕士，副研究员，主要从事水稻遗传育种与高产栽培技术研究工作。