9 个抗稻瘟病基因在291 份水稻种质资源中的分布及组合特征

doi:10.15933/j.cnki.1004-3268.2022.12.003

摘要/Abstract

摘要： 通过对Pib 抗、感稻瘟病基因型序列进行比对，开发分子标记，并搜集已报道的8个抗稻瘟病基因（Pi9、Pi-k^h、Pit、Pi5、Pita、Pb1、Pi2、Pikm）的分子标记，分析这9个抗稻瘟病基因在291份水稻种质资源（以黄淮海区域种质为主）中的分布及组合特征，为今后抗稻瘟病分子标记辅助选择育种提供理论依据。结果表明，成功开发了Pib基因分子标记。单份水稻种质资源中携带的抗稻瘟病基因数目为0~6个，携带3个抗稻瘟病基因的种质资源最多，占比40.9%，其次为携带2个（20.3%）和4个（19.2%）抗稻瘟病基因的种质资源，携带6个抗稻瘟病基因的种质资源最少（0.4%）。9个抗稻瘟病基因在水稻种质资源中出现的频率存在较大差异，介于7.2%~59.1%，Pi9基因出现频率最高（59.1%），Pi-k^h次之（50.8%），随后依次为Pib（41.2%）、Pi5（36.4%）、Pita（29.2%）、Pb1（28.8%）、Pi2（19.5%）、Pikm（17.1%），Pit基因出现频率最低（7.2%）。291份水稻种质资源中共有抗稻瘟病基因组合93个，Pi9+Pi-k^h+Pita组合水稻种质资源最多（18份），其次为Pi9+Pi-k^h+Pib组合（17份）和Pi9+Pb1组合（11份），Pi9+Pi5+Pb1、Pi9+Pi-k^h和Pik^h+Pita组合均有9份，其他组合均低于8份。

关键词: 水稻, 抗稻瘟病基因, 分子标记, 基因组合, Pib

Abstract: The molecular markers of eight blast resistant genes（Pi9，Pi‑k^h，Pit，Pi5，Pita，Pb1，Pi2 and Pikm）were collected，and the Pib molecular marker was developed by comparing the sequences of rice blast resistant and susceptible genotypes of Pib.Based on these molecular markers，we analyzed the distribution and combination features of these nine rice blast resistant genes in 291 rice germplasm resources（mainly from Huang‑Huai‑Hai region），so as to provide a theoretical basis for molecular marker assisted selection breeding for rice blast resistance in the future.The results showed that the molecular marker of Pib gene was successfully developed.The number of rice blast resistance genes in a rice germplasm resource was 0—6，and the number of germplasm resources carrying three rice blast resistance genes was the most，accounting for 40.9%，followed by the number of germplasm resources carrying two（20.3%） and four（19.2%） rice blast resistance genes，and the germplasm resources carrying six rice blast resistance genes were the least（0.4%）.The frequency of nine rice blast resistance genes in rice germplasm resources was obviously different，ranging from 7.2% to 59.1%.The frequency of Pi9 gene was the highest（59.1%），followed by Pi‑k^h（50.8%），Pib（41.2%），Pi5（36.4%），Pita（29.2%），Pb1（28.8%），Pi2（19.5%）and Pikm（17.1%），and the frequency of Pit gene was the lowest（7.2%）.There were 93 rice blast resistance gene combinations in 291 rice germplasm resources.Pi9+Pi‑k^h+Pita combination number was the most in rice germplasm resources（18），followed by Pi9+Pi‑k^h+Pib combination（17），Pi9+Pb1combination（11）.The number of Pi9+Pi5+Pb1，Pi9+Pi‑k^h and Pi‑k^h+Pitacombinations was the same（9），and the number of the other combinations was less than eight.

Key words: Rice, Rice blast resistant gene, Molecular marker, Gene combination, Pib

中图分类号:

S511

桑世飞, 王亚男, 王君怡, 曹梦雨, 孙晓涵, 姬生栋. 9 个抗稻瘟病基因在291 份水稻种质资源中的分布及组合特征[J]. 河南农业科学, 2022, 51(12): 19-27.

SANG Shifei, WANG Ya’nan, WANG Junyi, CAO Mengyu, SUN Xiaohan, JI Shengdong. Distribution and Combination Features of Nine Blast Resistant Genes in 291 Rice Germplasm Resources[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences, 2022, 51(12): 19-27.

参考文献

［1］项骁野，王佑汉，李谦，等.中国耕地保护与粮食安全研究进展可视化分析［J/OL］.中国农业资源与区划，2022［2022‑06‑20］． https：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.3513.S.20220107.1032.013.html.

XIANG X Y，WANG Y H，LI Q，et al.Visual analysis of research progress on cultivated land protection and food security in China［J/OL］. Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional Planning，2022［2022‑06‑20］.https：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.3513.S.20220107.1032.013.html.

［2］程式华.中国水稻育种百年发展与展望［J］.中国稻米，2021，27（4）：1‑6.

CHENG S H.Centennial development and prospect of rice breeding in China［J］.China Rice，2021，27（4）：1‑6.
［3］刘贵富，陈明江，李明，等.水稻育种行业创新进展［J］.植物遗传资源学报，2018，19（3）：416‑429.
LIU G F，CHEN M J，LI M，et al.Innovation progress in rice breeding industry［J］.Journal of Plant Genetic Resources，2018，19（3）：416‑429.
［4］李明友.江苏省粳稻品种/系抗稻瘟病优异基因和基因组合分析［D］.扬州：扬州大学，2021.
LI M Y.Analysis of excellent genes and gene combinations for blast resistance of japonica rice varieties/lines in Jiangsu Province［D］.Yangzhou ：Yangzhou University，2021.
［5］XU J L，XING Y Z，XU Y B，et al.Breeding by design for future rice：Genes and genome technologies［J］.The Crop Journal，2021，9（3）：491‑496.
［6］韩雪琴，沈文娟，张振海，等.水稻稻瘟病抗性基因在抗性育种中的研究进展［J］.新疆农业科学，2021，58（3）：483‑492.
HAN X Q，SHEN W J，ZHANG Z H，et al.Research progress of rice blast resistance genes in resistance breeding［J］.Xinjiang Agricultural Science，2021，58（3）：483‑492.
［7］曹妮，陈渊，季芝娟，等.水稻抗稻瘟病分子机制研究进展［J］.中国水稻科学，2019，33（6）：489‑498.
CAO N，CHEN Y，JI Z J，et al.Research progress on the molecular mechanism of rice resistance to rice cancer［J］.Chinese Journal of Rice Science，2019，33（6）：489‑498.
［8］AZIZI P，RAFII M Y，ABDULLAH S N，et al.Over‑expression of the Pikh gene with a CaMV 35S promoter leads to improved blast disease（Magnaporthe oryzae）tolerance in rice［J］.Front Plant Sci，2016，7：173.
［9］KUMARI M，RAI A K，DEVANNA B N，et al.Co‑transformation mediated stacking of blast resistance genes Pi54 and Pi54rh in rice provides broad spectrum resistance against Magnaporthe oryzae［J］.Plant Cell Rep，2017，36（11）：1747‑1755.
［10］LIU Z，ZHU Y，SHI H，et al.Recent progress in rice broad‑spectrum disease resistance［J］.Int J Mol Sci，2021，22（21）：11658.
［11］LI W，CHERN M，YIN J，et al.Recent advances in broad‑spectrum resistance to the rice blast disease［J］.Curr Opin Plant Biol，2019，50：114‑120.
［12］VASUDEVAN K，VERA CRUZ C M，GRUISSEM W，et al.Geographically distinct and domain‑specific sequence variations in the alleles of rice blast resistance gene Pib［J］.Front Plant Sci，2016，7：915.
［13］吴婷婷，陈海龙，黄俊，等.Pi9基因分子标记辅助选择改良水稻不育系丰源A的稻瘟病抗性［J］.华北农学报，2021，36（5）：191‑197.
WU T T，CHEN H L，HUANG J，et al.Molecular marker assisted selection of Pi9 gene improves rice blast resistance of rice sterile line Fengyuan A［J］.Acta Agriculturae Boreali‑Sinica，2021，36（5）：191‑197.
［14］何弯弯，王健康，丁成伟，等.利用分子标记辅助选育抗稻瘟病粳稻新品系［J］.江西农业学报，2020，32（9）：18‑22.
HE W W，WANG J K，DING C W，et al.Breeding of new japonica rice lines resistant to rice blast by molecular markers［J］.Acta Agriculturae Jiangxi，2020，32（9）：18‑22．
［15］吕军，蒋洪波，姜秀英，等.利用分子标记辅助选择聚合水稻Pi-ta和fgr基因［J］.分子植物育种，2022，20（5）：1581‑1587.
LÜ J，JIANG H B，JIANG X Y，et al.Polymerization of rice Pi‑ta and fgr genes by molecular marker assisted selection［J］.Molecular Plant Breeding，2022，20（5）：1581‑1587.
［16］何光明，孙传清，付永彩，等.水稻抗衰老IPT基因与抗白叶枯病基因Xa23的聚合研究［J］.遗传学报，2004，31（8）：836‑841.
HE G M，SUN C Q，FU Y C，et al.Polymerization of rice anti aging IPT gene and bacterial blight resistance gene Xa23［J］.Journal of Genetics and Genomics，2004，31（8）：836‑841.
［17］宋泽，余显权，黎小冰，等.应用MAS技术改良水稻特异种质大粒溪香的稻瘟病抗性［J］.种子，2022，41（6）：18‑22，38.
SONG Z，YU X Q，LI X B，et al.Application of MAS technology to improve resistance of rice specific germplasm Dalixixiang to rice blast［J］.Seed，2022，41（6）：18‑22，38.
［18］曾晓强，胡慧，高若愚，等.利用分子标记辅助选择改良‘长农粳1号’的稻瘟病抗性［J］.分子植物育种，2022，20（13）：4400‑4406.
ZENG X Q，HU H，GAO R Y，et al.Improvement of blast resistance of‘Changnongjing 1’by molecular marker assisted selection［J］.Molecular Plant Breeding，2022，20（13）：4400‑4406.
［19］姚姝，陈涛，张亚东，等.利用分子标记辅助选择聚合水稻Pi-ta、Pi-b和Wx-mq基因［J］.作物学报，2017，43（11）：1622‑1631.
YAO S，CHEN T，ZHANG Y D，et al.Using molecular marker assisted selection to polymerize rice Pi‑ta，pi‑b and Wx‑mq genes［J］.Acta crop Sinica，2017，43（11）：1622‑1631.
［20］潘存红，陈斌，吴云雨，等.聚合稻瘟病抗性基因Pizt和Pib培育江苏粳稻稻瘟病抗性新品种［J］.扬州大学学报（农业与生命科学版），2021，42（4）：78‑83，89.
PAN C H，CHEN B，WU Y Y，et al.Breeding a new japonica rice variety resistant to rice blast in Jiangsu Province by aggregating rice blast resistance genes pizt and Pib［J］.Journal of Yangzhou University（Agriculture and Life Sciences Edition），2021，42（4）：78‑83，89.
［21］高利军，高汉亮，颜群，等.4个抗稻瘟病基因分子标记的建立及在水稻亲本中的分布［J］.杂交水稻，2010，25（S1）：294‑298.
GAO L J，GAO H L，YAN Q，et al.Establishment of four molecular markers of rice blast resistance genes and their distribution in rice parents［J］.Hybrid Rice，2010，25（S1）：294‑298.
［22］王亚，陈献功，尹海庆，等.河南主要水稻种质资源中抗稻瘟病基因的分子检测［J］.分子植物育种，2018，16（9）：3203‑3212.
WANG Y，CHEN X G，YIN H Q，et al.Molecular detection of blast resistance genes in major rice germplasm resources in Henan［J］.Molecular Plant Breeding，2018，16（9）：3203‑3212.
［23］桑世飞，王君怡，周静，等.稻瘟病抗性基因Pi-kh标记开发及在抗病育种中的应用［J］.分子植物育种，2022，20（5）：1588‑1596.
SANG S F，WANG J Y，ZHOU J，et al.Development of Pi‑kh marker of rice blast resistance gene and its application in disease resistance breeding［J］.Molecular Plant Breeding，2022，20（5）：1588‑1596.
［24］何海燕，柴荣耀，邱海萍，等.6个稻瘟病抗性基因在浙江省主栽水稻品种中的分布和抗性评价［J］.福建农业学报，2019，34（2）：214.
HE H Y，CHAI R Y，QIU H P，et al.Distribution and resistance evaluation of six rice blast resistance genes in major rice varieties in Zhejiang Province［J］.Fujian Agricultural Journal，2019，34（2）：214.
［25］EDWARDS K，JOHNSTONE C，THOMPSON C.A simple and rapid method for the preparation of plant genomic DNA for PCR analysis［J］.Nucleic Acids Res，1991，19：1349.
［26］陈红旗，陈宗祥，倪深，等.利用分子标记技术聚合3 个稻瘟病基因改良金23B 的稻瘟病抗性［J］.中国水稻科学，2008，22（1）：23‑27.
CHEN H Q，CHEN Z X，NI S，et al.Three rice blast genes were polymerized by molecular marker technology to improve the resistance of Jin 23B to rice blast［J］.Chinese Journal of Rice Science，2008，22（1）：23‑27.
［27］李耀栋.分子标记辅助选择宁夏水稻抗稻瘟病基因聚合体［D］.银川：宁夏大学，2019.
LI Y D.Molecular marker assisted selection of rice blast resistance gene polymer in Ningxia［D］.Yinchuan：Ningxia University，2019.
［28］吴云雨，肖宁，余玲，等.长江下游粳稻稻瘟病广谱抗性基因组合模式分析［J］.中国农业科学，2021，54（9）：1881‑1893.
WU Y Y，XIAO N，YU L，et al.Analysis of broad‑spectrum resistance gene combination pattern of japonica rice blast in the lower reaches of the Yangtze River［J］.Chinese Agricultural Science，2021，54（9）：1881‑1893.

[1]	樊一凡, 张艳艳, 王艺媚, 李俊周, 杜彦修, 孙红正, 彭廷, 赵全志, 张静. 不同播期温光条件对籼稻产量和品质的影响[J]. 河南农业科学, 2024, 53(2): 17-27.
[2]	赵彪, 冯旭, 贺付蒙, 徐永清, 石齐海, 冯艳忠, 李凤兰. EM富硒酵母菌剂的制备及其在水稻富硒生产中的应用[J]. 河南农业科学, 2023, 52(8): 26-35.
[3]	解文孝, 姜秀英, 吕军, 潘争艳, 韩勇, 王庆新, 李建国. 不同叶位功能叶片对不同穗型水稻籽粒灌浆特性及稻米品质的影响[J]. 河南农业科学, 2023, 52(8): 36-44.
[4]	豆丹丹, 孙建军, 王德新, 郭玉玺, 郭新海, 丁超明. 播期对早中稻产量和品质的影响[J]. 河南农业科学, 2023, 52(7): 12-23.
[5]	程志强, 方圣辉. 基于水稻三维模型的表型参数提取及生物量估测[J]. 河南农业科学, 2023, 52(7): 144-153.
[6]	黄海, 瞿小杰, 刘金海, 彭赞文. 盐碱胁迫下不同倍性水稻4 种转录因子家族基因的表达模式分析[J]. 河南农业科学, 2023, 52(6): 22-33.
[7]	张秀锦, 张容慧, 蔡景行, 王国坤, 柴冠群, 黄承玲, 范成五. 镍污染稻田低积累水稻品种筛选及健康风险评价[J]. 河南农业科学, 2023, 52(6): 61-69.
[8]	韦钙兴, 易文龙, 刘昱成, 赵应丁, 陈庭倬. 基于改进U-Net 的水稻叶片细胞分割方法研究[J]. 河南农业科学, 2023, 52(3): 153-160.
[9]	雷振山, 李猛, 卫云飞, 季新, 刘娟, 王付娟, 刘秋员. 不同种植方式对豫南地区优质食味粳稻产量及品质的影响[J]. 河南农业科学, 2023, 52(2): 12-20.
[10]	马学虎, 马昀君, 黄璜, 陈灿, 王忍, 张印, 伍世豪, 张泉, 张琴. 稻禽共生对水稻群体生长特性和产量形成的影响[J]. 河南农业科学, 2023, 52(11): 42-48.
[11]	徐芳芳, 郑磊, 琚铭, 马琴, 李春, 段迎辉, 张仙美, 苗红梅. 评价芝麻种质油分含量水平的SSR 标记筛选与分析[J]. 河南农业科学, 2023, 52(11): 49-56.
[12]	郑紫瑞, 赵辉杰, 位盼盼, 方鹏, 王来刚, 徐少博. 集成多源遥感数据与生育期时序光谱特征的水稻种植面积提取[J]. 河南农业科学, 2023, 52(10): 153-161.
[13]	汤伟, 陈灿, 黄璜, 周天送, 王忍. 不同作物+小龙虾种养模式作物产量及氮、磷平衡分析[J]. 河南农业科学, 2023, 52(1): 24-33.
[14]	白天亮, 李杰, 冉杰, 杨辉, 乔承彬, 李培富, 田蕾. 水稻产量构成因素QTL 精细定位的研究进展[J]. 河南农业科学, 2022, 51(8): 1-8.
[15]	陆峰, 廖超林, 刘峰峰, 肖志鹏, 龙飞, 向鹏华, 唐剑宁, 肖孟宇, 张永革, 单雪华. 烟稻复种连作年限对紫色水稻土团聚体稳定性的影响[J]. 河南农业科学, 2022, 51(7): 85-92.