水稻抗性基因Pi對(duì)福建省稻瘟病菌優(yōu)勢(shì)菌群的抗性分析

阮宏椿石妞妞杜宜新甘林楊秀娟代玉立陳福如,?

(1福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所,福州350013;2福建省作物有害生物監(jiān)測(cè)與治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福州350001;?通訊聯(lián)系人, E-mail:chenfuruzb＠163．com)

水稻抗性基因Pi對(duì)福建省稻瘟病菌優(yōu)勢(shì)菌群的抗性分析

阮宏椿1,2石妞妞1,2杜宜新1,2甘林1,2楊秀娟1,2代玉立1,2陳福如1,2,?

(1福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所,福州350013;2福建省作物有害生物監(jiān)測(cè)與治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福州350001;?通訊聯(lián)系人, E-mail:chenfuruzb＠163．com)

【目的】抗病品種的合理利用和布局是實(shí)現(xiàn)水稻抗瘟持久化的關(guān)鍵因子之一。為明確水稻24個(gè)抗性基因在福建省的抗病性及其應(yīng)用前景,【方法】首先分別采用全國(guó)稻瘟病菌生理小種鑒別品種和CO39近等基因系來(lái)鑒定2012-2015年間從福建省各稻區(qū)種植的普感品種麗江新團(tuán)黑谷上采集的347株稻瘟病菌單孢菌株的生理小種類(lèi)型和致病型,再測(cè)定24個(gè)抗性基因?qū)Ω＝ㄊ〉疚敛【目剐浴！窘Y(jié)果】根據(jù)全國(guó)稻瘟病菌生理小種鑒別品種對(duì)菌株的抗感反應(yīng),可將供試稻瘟病菌的生理小種劃分為6個(gè)群36個(gè)生理小種,其中ZA、ZB和ZC為主要種群,ZC15、ZD7和ZB15為優(yōu)勢(shì)生理小種。根據(jù)CO39近等基因系的接種結(jié)果,將供試稻瘟病菌劃分為17個(gè)致病類(lèi)型,其中I34．1為優(yōu)勢(shì)致病型。供試的24個(gè)抗性基因?qū)?47株福建省稻瘟病菌菌株的抗性頻率不同,抗譜為9．80%～89．91%。其中,Pi-km、Pi-7(t)、Pi-9(t)、Pi-kp、Pi-k、Pi-kh、Pi-z5和Pi-ta (1)等8個(gè)抗性基因的抗病性較強(qiáng),抗譜均高于70．00%?！窘Y(jié)論】說(shuō)明這8個(gè)抗性基因在福建省具有較好的應(yīng)用前景,育種時(shí)可以考慮聯(lián)合利用這些抗性基因。同時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,這8個(gè)抗性基因?qū)χ饕硇》N的抗譜和主要致病型的抗譜均值高于69．00%,與其對(duì)所有測(cè)試菌株的抗譜吻合。說(shuō)明利用稻瘟病菌的優(yōu)勢(shì)種群或優(yōu)勢(shì)致病型來(lái)鑒定水稻品種的抗病性是可靠的。

稻瘟病菌;生理小種;致病型;抗性基因;抗譜

稻瘟病是我國(guó)各水稻產(chǎn)區(qū)最主要的病害之一,在水稻整個(gè)生育期均可發(fā)生,對(duì)水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)均可造成嚴(yán)重的影響[1]。當(dāng)前,防治稻瘟病最經(jīng)濟(jì)有效的方法是選育和種植抗病品種,但是某一抗病品種單一、大面積種植后,寄主的定向選擇壓力導(dǎo)致稻瘟病菌群體的組成發(fā)生變化,造成品種的抗瘟性下降,最終導(dǎo)致抗性喪失[2,3]。根據(jù)Flor的基因?qū)驅(qū)W說(shuō),從病原菌-寄主互作的觀點(diǎn)出發(fā),了解田間稻瘟病菌的群體組成、分布和變化趨勢(shì),挖掘和利用水稻抗性基因,明確抗性基因?qū)Φ疚敛【后w的抗病性,通過(guò)抗性基因的合理使用和布局,保持稻瘟病菌群體的相對(duì)穩(wěn)定,對(duì)防治稻瘟病具有重要的意義[4,5]。20世紀(jì)60年代以來(lái),世界各國(guó)的科學(xué)家廣泛開(kāi)展稻瘟病抗性基因的發(fā)掘和利用研究,隨著分子生物學(xué)技術(shù)的引入,Pi-9、Pi-33等優(yōu)異抗性基因不斷被發(fā)現(xiàn)、鑒定和克隆[6]。已經(jīng)報(bào)道了84個(gè)抗稻瘟病位點(diǎn)主效基因,其中Pi-1(2)、Pi-k、Pi-kp、Pikh等24個(gè)基因已被成功克隆,為抗瘟育種奠定了基礎(chǔ)?？剐曰?qū)Φ疚敛【目剐源嬖诘赜虿町?為明確近年來(lái)福建省稻瘟病菌群體組成及其變化和抗性基因?qū)ζ鋬?yōu)勢(shì)菌群的抗性,本研究采用全國(guó)統(tǒng)一生理小種鑒別品種和CO39近等基因系鑒定了2012-2015年從福建省各稻區(qū)麗江新團(tuán)黑谷感病品種上采集的347株稻瘟病菌單孢菌株的生理小種類(lèi)型和致病型,并分析了抗性基因?qū)Ω＝ㄊ〉疚敛【鷥?yōu)勢(shì)菌群的抗性,以期為水稻抗性基因的合理使用、分子聚合育種和持久抗性育種提供指導(dǎo)性建議。

1 材料與方法

1．1 材料

供試菌株為2012-2015年從福建省閩東、閩南、閩西、閩北和閩中5個(gè)主要稻區(qū)的麗江新團(tuán)黑谷上分離獲得的347株稻瘟病菌單孢菌株。

鑒別品種為中國(guó)統(tǒng)一的稻瘟病菌生理小種鑒別品種,其7個(gè)品種為特特普(Tetep)、珍龍13、四豐43、東農(nóng)363、關(guān)東51、合江18、麗江新團(tuán)黑谷; CO39近等基因系的6個(gè)品種為CO39、C101LAC [pi-1(1)]、C101A51(pi-2)、C101PKT(pi-4a)、C105TTP-4-L-23(pi-4b)、C104PKT(pi-3),均由福建農(nóng)林大學(xué)王宗華研究員轉(zhuǎn)贈(zèng);水稻抗性基因攜帶品種為由國(guó)際水稻所培育的24個(gè)抗性單基因系,由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)彭友良教授轉(zhuǎn)贈(zèng)。

1．2 方法

將保存在濾紙片上的稻瘟病菌于淀粉瓊脂培養(yǎng)基上28℃下培養(yǎng)7 d,再轉(zhuǎn)接至米糠瓊脂培養(yǎng)基上28℃下培養(yǎng)10 d,然后用滅菌的細(xì)毛筆刷去氣生菌絲,置于30 W黑光燈下,28℃保濕培養(yǎng)誘導(dǎo)產(chǎn)孢,3 d后用無(wú)菌水洗下分生孢子,配制成1．0×105個(gè)/ m L的孢子懸浮液備用[7]。

供試水稻種子催芽后穴播于50孔的塑料育秧盤(pán)內(nèi)(54 cm×28 cm×4 cm),每孔播種8～10粒,3次重復(fù),播種后將育秧盤(pán)置于溫室水泥池中,待水稻秧苗生長(zhǎng)至3葉1心時(shí)進(jìn)行人工噴霧接種,接種前在孢子懸浮液中加入0．1%吐溫80,接種菌液量為50 m L/盤(pán)。接種后用塑料膜遮蓋保濕,并用遮光布覆蓋24 h,在25℃～28℃下溫室內(nèi)保濕7 d,根據(jù)IRRI的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查病情[8]。

1．3 數(shù)據(jù)分析

稻瘟病菌生理小種鑒定按照全國(guó)稻瘟病菌生理小種聯(lián)合試驗(yàn)組的方法[9,10]進(jìn)行;致病型鑒定按照J(rèn)．Gilmour八進(jìn)制法進(jìn)行編碼,CO39近等基因系的6個(gè)鑒別品種CO39、C101A51、C101LAC、C101PKT、C105TTP-4-L23和C104PKT分別被賦值0．1、1、2、4、10和20[11,12]。

單個(gè)抗性基因的利用價(jià)值用抗譜(resistance spectrum,RS)進(jìn)行評(píng)價(jià),RS＝(非致病菌株數(shù)/測(cè)試總菌株數(shù))×100%[8]。

2 結(jié)果與分析

2．1 福建省稻瘟病菌生理小種及致病型組成

利用全國(guó)統(tǒng)一生理小種鑒別品種可將供試的347株稻瘟病菌單孢菌株分為6個(gè)群36個(gè)生理小種(表1),其中ZA、ZB、ZC為主要種群,出現(xiàn)頻率分別為27．95%、26．22%和22．19%。ZC15、ZD7和ZB15為優(yōu)勢(shì)生理小種,出現(xiàn)頻率分別為12．10%、11．53%和10．37%,ZG1、ZA7、ZA55、ZB23、ZA13、ZC7、ZB21、ZB13、ZC13等9個(gè)生理小種的出現(xiàn)頻率也均高于3．00%。

表1 2012—2015年福建省稻瘟病菌生理小種組成Table 1．Composition of physiological races of M．oryzae in Fujian, 2012—2015．

利用CO39近等基因系將供試的347株稻瘟病菌單孢菌株鑒定出17個(gè)致病型(表2),其中I34．1為優(yōu)勢(shì)致病型,出現(xiàn)頻率為40．06%,優(yōu)勢(shì)明顯;I36．1、I24．1、I35．1和I37．1出現(xiàn)頻率次之,分別為12．10%、11．53%、10．95%和7．78%。

2．2 抗性基因?qū)Ω＝ㄊ〉疚敛【目共⌒?/p>

表3表明,供試的24個(gè)水稻抗性基因?qū)┰嚨?47株稻瘟病菌的抗譜在9．80%～89．91%,平均值為50．85%。其中Pi-12(t)、Pi-sh、Pi-z、Pi-a、Pi-3、Pi-t、Pi-19(t)和Pi-ks等抗性基因的抗譜均小于30%。Pi-km、Pi-7(t)、Pi-9(t)、Pi-kp、Pi-k、Pikh、Pi-z5和Pi-ta(1)等8個(gè)抗性基因的的抗譜較高,達(dá)74．35%～89．91%。

2．3 8個(gè)主要抗性基因?qū)Ω＝ㄊ〉疚敛【饕硇》N的抗病性

Pi-km、Pi-7(t)、Pi-9(t)、Pi-kp、Pi-k、Pi-kh、Pi-z5和Pi-ta(1)等8個(gè)主要抗性基因?qū)?2個(gè)主要生理小種的抗譜為25.00%～100.00%,其中, ZC15、ZD7、ZB15、ZG1、ZA7、ZA55、ZB23、ZA13、ZC7、ZB21、ZB13和ZC13抗譜平均值分別為88.99%、86．22%、81．06%、82．08%、78．23%、78.48%、76．83%和74．39%;但Pi-7(t)對(duì)ZB13、ZC13,Pi-9(t)對(duì)ZB15、ZC7,Pi-kp對(duì)ZA7、ZB13、ZB21,Pi-k對(duì)ZA7、ZA13、ZC7、ZB13,Pi-kh對(duì)ZA7、ZA55、ZA13、ZC7,Pi-z5對(duì)ZB23、ZB21,Pi-ta (1)對(duì)ZC15、ZA7、ZC7、ZC13的抗譜低于70．00% (表4)。

2．4 8個(gè)主要抗性基因?qū)Ω＝ㄊ〉疚敛【饕虏⌒偷目共⌒?/p>

8個(gè)主要抗性基因?qū)24．1、I34．1、I35．1、I36．1和I37．1主要致病型的抗譜平均值分別為86．48%、84．64%、80．23%、73．71%、69．49%、75．77%、75.61%和77．68%(表5);但Pi-7(t)對(duì)I36．1致病型,Pi-9(t)對(duì)I24．1致病型,Pi-kp對(duì)I36．1、I37．1致病型,Pi-k對(duì)I36．1、I35．1、I37.1致病型,Pi-kh對(duì)I37．1致病型,Pi-z5對(duì)I37．1致病型,Pi-ta(1)對(duì)I34．1、I37．1致病型的抗譜低于70．00%(表5)。

表2 2012—2015年福建省稻瘟病菌致病型組成Table 2．Composition of virulence type of M．oryzae in Fujian Province during 2012—2015．

表3 24個(gè)抗性基因?qū)Ω＝ㄊ〉疚敛【目棺VTable 3．Resistance spectrums of 24 Pi genes to M．oryzae in Fujian Province．

表4 8個(gè)主要抗性基因?qū)Ω＝ㄊ〉疚辆饕硇》N的抗譜Table 4．Resistance spectrums of eight Pi genes to predominant races of M．oryzae in Fujian Province．

3 討論

稻瘟病菌群體組成復(fù)雜、易變異,一般認(rèn)為抗病品種抗性喪失的主要原因是稻瘟病菌生理小種的組成起了變化[13,14],因此,鑒定和監(jiān)測(cè)福建省稻瘟病菌群體生理小種或致病型組成類(lèi)型和變化動(dòng)態(tài),對(duì)抗病品種選育、主栽品種推廣布局利用都有重要的意義。

張學(xué)博[15,16]將福建省1975-1985年的1670個(gè)有效單孢菌株分為7個(gè)群49個(gè)生理小種,ZB為優(yōu)勢(shì)小種群,ZB15為優(yōu)勢(shì)小種;將1986-1987年的240個(gè)有效單孢菌株,分為7個(gè)群25個(gè)生理小種, ZB、ZC為主要小種群,ZG1和ZC15為主要小種;黃志鵬等[17]將1992-1994年的226個(gè)有效單孢菌株分為7個(gè)小種群34個(gè)生理小種,ZB為優(yōu)勢(shì)小種群, ZB15為優(yōu)勢(shì)生理小種;鄭武等[14]將1995-2000年的204個(gè)有效單孢菌株分為6個(gè)小種群25個(gè)生理小種,ZB為優(yōu)勢(shì)小種群,ZB13為優(yōu)勢(shì)生理小種;楊秀娟等[18]將2003-2006年的97個(gè)有效單孢菌株分為4小種群15個(gè)生理小種,ZB群為優(yōu)勢(shì)小種群, ZB13為優(yōu)勢(shì)生理小種;杜宜新等[19]將2007-2009年的223株分為6個(gè)小種群20個(gè)生理小種,ZB為優(yōu)勢(shì)小種群,ZB13為優(yōu)勢(shì)生理小種。這表明福建省稻瘟病菌的群體組成相對(duì)穩(wěn)定,ZB始終是優(yōu)勢(shì)小種群,而優(yōu)勢(shì)生理小種則略有變化。本研究采用的稻瘟病菌單孢菌株是分離自普感稻瘟病的水稻品種麗江新團(tuán)黑谷,更能反映福建省田間稻瘟病菌菌株的豐富度和病菌的群體組成。應(yīng)用全國(guó)統(tǒng)一生理小種鑒別品種可將供試的2012-2015年的347株稻瘟病菌有效單孢菌株分為6個(gè)群36個(gè)生理小種,ZA、ZB和ZC為主要小種群,ZC15、ZD7和ZB15為優(yōu)勢(shì)生理小種,其中,ZB小種群為主要小種群,與福建歷年結(jié)果一致;ZC為主要小種群,與1986-1987年的結(jié)果一致;而ZA小種群成為主要小種群,ZD7成為優(yōu)勢(shì)小種均與之前報(bào)道的福建省稻瘟病菌群體組成的有所不同,同時(shí)生理小種數(shù)量也較1986-2009年更為豐富,表現(xiàn)出其種群組成的多樣性。這可能與菌株分離自普感品種麗江新團(tuán)黑谷有關(guān)。

表5 8個(gè)主要抗性基因?qū)Ω＝ㄊ〉疚辆饕虏⌒偷目棺VTable 5．Resistance spectrums of eight Pi-genes to predominant virulence type of M．oryzae in Fujian Province,China．

回顧利用CO39近等基因系鑒定的福建省稻瘟病菌的致病型組成發(fā)現(xiàn),劉文德等[20]將1995-2003年的108個(gè)有效單孢菌株劃分為30個(gè)致病型, I34.1、I20．1和I30．1為主要致病型;楊秀娟等[18]將2003-2006年的97個(gè)有效單孢菌株劃分為14個(gè)致病型,其中I34．1為優(yōu)勢(shì)致病型;杜宜新等[19]將2007-2009年的223株劃分為18個(gè)致病型,其中I34．1為優(yōu)勢(shì)致病型。而本研究的347株稻瘟病菌有效單孢菌株,被劃分為17個(gè)致病類(lèi)型,I34．1為優(yōu)勢(shì)致病型,這與歷年的研究結(jié)果一致。這表明利用CO39近等基因系鑒定的福建省稻瘟病菌的致病型組成與優(yōu)勢(shì)致病型相對(duì)穩(wěn)定。

基因聚合是稻瘟病廣譜抗性育種的重要途徑,然而隨著聚合基因數(shù)量的增加,不良性狀的連鎖累贅也可能增大。因此,準(zhǔn)確選擇目標(biāo)抗性基因,用少數(shù)的抗性基因獲得適合當(dāng)?shù)氐膹V譜抗性是抗瘟育種中一個(gè)重要途徑[21]。鄂志國(guó)等[6]、楊健源等[21]報(bào)道抗性基因Pi-7(t)、Pi-9(t)、Pi-z5對(duì)我國(guó)各稻區(qū)菌株均表現(xiàn)出了廣譜抗性,周江鴻等[2],劉文德等[20],楊秀娟等[22]報(bào)道抗性基因Pi-km、Pi-kh、Pi-kp、Pik和Pi-ta(1)對(duì)福建省稻瘟病菌的抗譜較高。而本研究的Pi-km、Pi-7(t)、Pi-9(t)等8個(gè)主要抗性基因?qū)┰嚨疚敛【憩F(xiàn)較高抗譜,這與前人研究結(jié)果較一致,值得抗病育種利用。Pi-km、Pi-7(t)、Pi-9(t)、Pi-kp、Pi-k、Pi-kh、Pi-z5和Pi-ta(1)等8個(gè)主要抗性基因?qū)┰?47株稻瘟病菌的抗譜均高于70．00%,對(duì)主要種群的抗譜均值均高于69．00%。這說(shuō)明抗性基因?qū)χ饕N群的抗譜能反映對(duì)區(qū)域稻瘟病菌群體的抗性情況。因此,應(yīng)持續(xù)監(jiān)測(cè)稻瘟病菌種群的組成與變化,為抗病育種及抗性品種的布局提供依據(jù)。

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Analysis on Resistance of Pi Genes to Predominant Races of Mangnaporthe oryzae in Fujian Province,China

RUAN Hongchun1,2,SHI Niuniu1,2,DU Yixin1,2,GAN Lin1,2,YANG Xiujuan1,2,DAI Yuli1,2, CHEN Furu1,2,?
(1 Institute of Plant Protection,Fujian Academy of Agricultural Sciences,Fuzhou 350013,China;2 Fujian Key Laboratory for Monitoring and Integrated Management of Crop Pests,Fuzhou 350001,China;?Corresponding author,E-mail:chenfuruzb＠163．com)

【Obiective】The rational utilization and deployment of the blast resistance in rice varieties are key factors that ensures the durability and effectiveness of resistance genes．To determine the resistance and utilization potential of 24 single major resistance genes in Fujian Province,【Method】we tested the physiological races and pathotypes of 347 single spore isolates of Magnaporthe oryzae which were isolated from susceptible rice cultivar“Lijiangxintuanheigu”from different rice growing areas within Fujian Province between 2012-2015 by using seven Chinese host differentials and six CO39 near-isogenic lines(CO39 NILs)respectively．We further performed an assay to monitor the resistance frequencies of 24 single resistance genes with these isolates．【Result】Subsequently,we observed that the seven Chinese host differentials clearly differentiated the 347 isolates into six distinct groups with 36 physiological races．The dominant groups were ZA,ZB and ZC,and the dominant physiological races were ZC15,ZD7 and ZB15．In addition,we noticed that the six CO39 NILs differentiated the 347 isolates into 17 pathotypes with I34．1 as the dominating pathotypes．Particularly,the resistance spectrums associated with the 24 resistance gene were larger and ranged from 9．80 to 89.91%when inoculated with the 347 isolates．For the eight resistance genes Pi-km,Pi-7(t),Pi-9(t),Pi-kp,Pi-k, Pi-kh,Pi-z 5 and Pi-ta(1),their resistance spectrums were above 70．00%．【Conclusion】These results indicated that the eight resistance genes could be successfully deployed in Fujian Province,and further demonstrated that rice breeding approaches could be combined with multiple resistance genes in widely grown hybrids or cultivars．Furthermore, the recorded resistance spectrums of eight genes for dominant physiological races and pathotypes were above 69．00% and adequately proved that the use of dominant physiological races or pathotypes as a method for identifying resistance or resistance spectrums in rice cultivars was reliable．

Magnaporthe oryzae;physiological race;pathotype;resistance gene;resistance spectrum

Q786;S435．111．4+1

A

1001-7216(2017)01-0105-06

2016-01-08;修改稿收到日期:2016-07-14。

國(guó)家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專(zhuān)項(xiàng)(201203014);福建省屬公益類(lèi)科研院所基本科研專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目(2015R1024-1,2016R1023-11);福建省科技廳項(xiàng)目(2009N2005)。