聚合白背飛虱和褐飛虱抗性基因創(chuàng)制雜交水稻恢復(fù)系

朱永生 白建林 謝鴻光 吳方喜 羅曦 姜身飛 何煒 陳麗萍 蔡秋華 謝華安 張建福,

聚合白背飛虱和褐飛虱抗性基因創(chuàng)制雜交水稻恢復(fù)系

朱永生1, 2白建林2謝鴻光1吳方喜1羅曦1姜身飛1何煒1陳麗萍1蔡秋華1謝華安1, 2張建福1, 2,*

(1福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 水稻研究所/雜交水稻國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室華南研究基地/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南雜交水稻種質(zhì)創(chuàng)新與分子育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/水稻國家工程實(shí)驗(yàn)室/福建省作物分子育種工程實(shí)驗(yàn)室/福建省水稻分子育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 福州 350003;2福建農(nóng)林大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院/閩臺(tái)作物有害生物生態(tài)防控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 福州 350002;*通訊聯(lián)系人, E-mail: jianfzhang@163.com)

【】為了創(chuàng)制兼抗白背飛虱和褐飛虱的水稻恢復(fù)系，分別以抗褐飛虱材料B5（攜帶褐飛虱抗性基因和）及攜帶白背飛虱抗性位點(diǎn)的秈型恢復(fù)系?；?011為供體親本，以骨干恢復(fù)系?；?76為輪回親本，應(yīng)用低世代分離群體田間表型結(jié)合單株鑒定與高世代穩(wěn)定株系室內(nèi)篩選和分子標(biāo)記輔助選擇相結(jié)合的方法，并對抗蟲株系及其測交后代進(jìn)行考查和農(nóng)藝性狀分析。選育出聚合、和的恢復(fù)系材料3份，攜帶2個(gè)抗蟲基因的恢復(fù)系材料3份。其中6份恢復(fù)系的褐飛虱抗性鑒定結(jié)果均表現(xiàn)中抗以上。通過抗性鑒定和雜交后代農(nóng)藝性狀分析篩選出具有生產(chǎn)應(yīng)用潛力的恢復(fù)系材料2份。為褐飛虱和白背飛虱抗性聚合新種質(zhì)的創(chuàng)制和應(yīng)用提供了基礎(chǔ)材料。

水稻；白背飛虱；褐飛虱；抗性基因；聚合育種

稻飛虱是水稻的最主要害蟲之一，廣泛分布于亞洲尤其是東南亞各主要稻區(qū)，屬于大范圍遷飛性害蟲。在我國水稻種植區(qū)，對生產(chǎn)造成危害的主要是褐飛虱和白背飛虱[1]。20世紀(jì)70年代以來，隨著雜交水稻的大面積推廣和耕作制度的改革，稻飛虱對水稻生產(chǎn)的危害日趨嚴(yán)重，對我國糧食安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅[2]。稻飛虱除通過吸食直接破壞水稻輸導(dǎo)組織，使水分和營養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸受阻而減產(chǎn)外，還能傳播很多水稻病毒病或誘發(fā)其他真菌和細(xì)菌性病害[3]，成為水稻高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的一個(gè)重要制約因子。稻飛虱的危害也會(huì)對稻米品質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。長期以來，使用化學(xué)農(nóng)藥是防治稻飛虱最常用的手段，但過度使用化學(xué)農(nóng)藥存在成本高、害蟲產(chǎn)生抗藥性[4]及對生態(tài)環(huán)境造成破壞[5]等諸多弊端，對生產(chǎn)糧食的品質(zhì)和安全也帶來不良影響[6]，這促使育種家們不斷挖掘和尋找更為理想、有效的抗蟲、防蟲措施。

近年來，國內(nèi)外開展了系列抗稻飛虱基因的發(fā)掘、定位和利用的相關(guān)研究，并取得了較好的進(jìn)展。國內(nèi)外已經(jīng)報(bào)道了超過44個(gè)稻飛虱抗性位點(diǎn)，在35個(gè)已知的褐飛虱抗性基因中，[7]、[8]、[9]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]、[15]等已被克隆，而[16]、、和已在生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用。水稻品種B5是一個(gè)同時(shí)攜帶和基因的抗蟲品種[17]。徐曉明等[18]以B5為供體親本，采用分子標(biāo)記輔助選擇，將B5所含的和基因?qū)雰上挡挥?892S，獲得符合兩用核不育系標(biāo)準(zhǔn)，且攜帶和的3個(gè)株系S136、S179和S192，人工接蟲鑒定結(jié)果表明，3個(gè)兩系不育系都高抗褐飛虱。胡巍等[19]以來源于栽培稻的抗褐飛虱基因?yàn)楣w親本，轉(zhuǎn)入到華南高產(chǎn)水稻品種桂農(nóng)占中，獲得了遺傳背景與桂農(nóng)占95%以上相似的高抗褐飛虱的優(yōu)異回交株系，為培育抗褐飛虱基因高產(chǎn)水稻品種提供了中間材料。除了應(yīng)用傳統(tǒng)的雜交育種改良水稻褐飛虱抗性外，通過基因工程技術(shù)將編碼高效殺褐飛虱蛋白的蘇云金芽孢桿菌基因密碼子改造后通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法轉(zhuǎn)入蜀恢818，培育出具有褐飛虱抗性的新型恢復(fù)系R818-Cry30Fa1，該項(xiàng)研究豐富了抗褐飛虱的種質(zhì)資源[20]。在已報(bào)道的9個(gè)白背飛虱抗性基因（位點(diǎn)）中，張建福等[21]用來自粳稻品種春江06的拒食抗性位點(diǎn)改良生產(chǎn)上感蟲的恢復(fù)系品種明恢86并獲得成功。

雖然抗褐飛虱的水稻品種已在生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用并取得了良好的效果，但由于水稻白背飛虱抗性基因定位相關(guān)的研究進(jìn)展相對緩慢，具有白背飛虱抗性的水稻品種在生產(chǎn)上較少，更缺少兼抗褐飛虱和白背飛虱的水稻品種。同時(shí)，鑒于白背飛虱的強(qiáng)適應(yīng)能力，未來可能存在暴發(fā)成災(zāi)的隱患。本研究將在生產(chǎn)上應(yīng)用廣泛且表現(xiàn)優(yōu)異的褐飛虱抗性基因、和白背飛虱抗性位點(diǎn)進(jìn)行有效聚合，創(chuàng)制兼抗白背飛虱和褐飛虱的新種質(zhì)，為稻飛虱抗性育種及生產(chǎn)應(yīng)用提供新的遺傳資源。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

攜帶水稻褐飛虱抗性基因和的供體親本材料B5由武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院何光存教授提供；攜帶水稻白背飛虱抗性位點(diǎn)的供體親本GL77、GL84及感蟲對照品種TN1由中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋院士和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所錢前研究員提供；攜帶水稻白背飛虱抗性位點(diǎn)的供體親本?；?011由本實(shí)驗(yàn)室選育并保存；農(nóng)藝性狀優(yōu)良但不具備稻飛虱抗性的優(yōu)質(zhì)高配合力親本?；?76(FH676)由福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所超級(jí)稻研究室選育、保存。

1.2 抗蟲性鑒定方法

本研究采用的稻飛虱抗性鑒定方法為標(biāo)準(zhǔn)苗期集團(tuán)法，稻飛虱室內(nèi)抗性鑒定委托武漢大學(xué)雜交水稻國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。褐飛虱蟲源為在TN1材料上飼養(yǎng)的野生型褐飛虱。鑒定步驟如下：分別以抗蟲親本和感蟲親本作為抗、感對照，每個(gè)品種用30~40粒種子浸種催芽，以確保各品種間幼苗狀態(tài)一致。待種子出芽后，分別播種于盛滿營養(yǎng)土的苗盤中。每個(gè)品種設(shè)兩個(gè)重復(fù)，完全隨機(jī)排列。待苗長到2葉1心期，剔除病苗、弱苗，保證剩余15~20株長勢均勻的健壯苗。按照平均每株苗接入2~3齡飛虱若蟲6~7頭，放入罩有尼龍網(wǎng)的養(yǎng)蟲籠中，讓稻飛虱自由取食。當(dāng)感蟲親本死亡率達(dá)到95%以上時(shí)統(tǒng)計(jì)各品種的死苗率，調(diào)查參照中國水稻研究所劉光杰等[22]制定的標(biāo)準(zhǔn)。

大田抗蟲鑒定分別在課題組位于海南省三亞的南繁育種基地和位于福建省沙縣夏茂的雜交水稻新品種選育與示范基地進(jìn)行。在全生育期無防治的情況下，這兩處育種基地分別在每年的4月中旬和9月中旬，即水稻的成熟前2~3周均有嚴(yán)重的稻飛虱危害。將待鑒定品種按照正常生產(chǎn)時(shí)節(jié)播種、移栽，每品種設(shè)3個(gè)重復(fù)小區(qū)，隨機(jī)種植，每小區(qū)種植5行，每行7株，株行距為23 cm×23 cm，移栽至往年發(fā)生飛虱危害較重的田塊，每隔三個(gè)小區(qū)種植一行感蟲對照TN1，待成熟時(shí)進(jìn)行抗性鑒定和調(diào)查并記錄結(jié)果。

1.3 水稻DNA提取

在水稻苗期取新鮮嫩葉1~2 g，加液氮研磨，參照李榮華等[23]改進(jìn)的CTAB法提取水稻基因組DNA。利用BECKMAN DU800核酸/蛋白分析儀檢測DNA的濃度和質(zhì)量，同時(shí)把DNA濃度調(diào)至約20 ng/μL備用。

1.4 PCR擴(kuò)增和電泳

用于PCR的引物RM8213[21]、RI35和Y15[24]由福州擎科生物技術(shù)有限公司合成(表1)。PCR在ABI 9700 PCR系統(tǒng)上進(jìn)行。10 μL PCR體系中含有2×PCR混合液5 μL，10 μmol/L正反向引物各0.5 μL，DNA模板1 μL，ddH2O 3 μL。反應(yīng)程序如下：95℃下預(yù)變性5 min；94℃下變性30 s，55℃下退火30 s，72℃下延伸 40 s，35個(gè)循環(huán)；最后在72℃下延伸5 min。其中退火溫度依據(jù)不同引物進(jìn)行調(diào)整。擴(kuò)增產(chǎn)物在6%聚丙烯酰胺凝膠（基因）上恒壓電泳(120 V, 90 min)，或1.5%瓊脂糖凝膠（和基因）上恒壓電泳(120 V, 30 min)，用熒光染料Genefider染色15 min，最后在BIO-RAD凝膠成像系統(tǒng)上拍照記錄。

1.5 農(nóng)藝性狀考查

水稻農(nóng)藝性狀的考查選擇灌漿后30 d的成熟單株，每個(gè)品種考查5株，分別考查植株的株高及有效穗、每穗粒數(shù)、千粒重和結(jié)實(shí)率等產(chǎn)量性狀。利用Excel(Microsoft office 2003)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗性基因的導(dǎo)入和回交群體的構(gòu)建

分別以攜水稻褐飛虱抗性基因和的秈型常規(guī)品種B5和攜帶白背飛虱抗性基因的秈型恢復(fù)系品種?；?011為供體親本，以?；?76為輪回親本，分別以B5和福恢7011為供體親本，雜交后回交1代，再從BC1F2中選擇抗蟲單株進(jìn)行復(fù)交，后經(jīng)連續(xù)5代自交，結(jié)合分子標(biāo)記輔助選擇和大田抗性鑒定(圖1)，通過田間農(nóng)藝性狀選擇與受體親本恢復(fù)系株葉形態(tài)及豐產(chǎn)性相當(dāng)，飛虱抗性得到顯著提高的新的優(yōu)良恢復(fù)系材料，再通過測配新組合進(jìn)入?yún)^(qū)域試驗(yàn)、審定及推廣。

MAS表示分子標(biāo)記輔助選擇; IIR表示抗蟲鑒定。

Fig. 1. Processes of rice planthopper resistance lines.

表1 水稻褐飛虱與白背飛虱抗性基因連鎖標(biāo)記及引物序列

M為DNA標(biāo)記，1為陽性對照B5，其他為分離群體中的單株。

Fig. 2. Molecular marker analysis of insect-resistant genefor insect-resistant individuals in segregating populations.

圖3 利用分子標(biāo)記分別對穩(wěn)定株系的褐飛虱抗性基因Bph14、Bph15及白背飛虱抗性位點(diǎn)qsI-4進(jìn)行分子鑒定

Fig. 3. Molecular identification of resistance genes,andin stable lines.

2.2 分子標(biāo)記輔助選擇和抗性鑒定創(chuàng)制優(yōu)良抗蟲單株

2.2.1 低世代田間選擇與單株分子標(biāo)記鑒定

從BC1F2開始進(jìn)行分子標(biāo)記輔助選擇與田間抗性鑒定相結(jié)合的方法對雜交后代進(jìn)行篩選、鑒定。利用與白背飛虱抗性位點(diǎn)緊密連鎖的SSR標(biāo)記RM8213、與褐飛虱抗性基因緊密連鎖的共顯性標(biāo)記RI35（武漢大學(xué)杜波老師提供，未發(fā)表資料）及褐飛虱抗性基因緊密連鎖的共顯性標(biāo)記Y15用于抗性基因?qū)牒蟮姆蛛x群體的分子標(biāo)記輔助選擇。為能夠選擇到形態(tài)優(yōu)異的株系，一般分離群體種植5000個(gè)單株以上，先在大田利用自然誘發(fā)抗性鑒定去除感蟲單株。對剩余的單株再進(jìn)一步人工篩選，選出農(nóng)藝性狀優(yōu)良，形態(tài)與輪回親本相近的單株再進(jìn)行室內(nèi)分子標(biāo)記輔助選擇加以篩選（選擇帶型與供體親本一致的純合陽性單株，圖2），進(jìn)行群體中農(nóng)藝性狀優(yōu)異單株的鑒定。即本階段進(jìn)行田間綜合表現(xiàn)、抗性鑒定與群體分子標(biāo)記輔助選擇相結(jié)合篩選優(yōu)異單株。

2.2.2 入選株系的室內(nèi)抗性鑒定與分子標(biāo)記驗(yàn)證

將鑒定出的優(yōu)異單株進(jìn)行加代穩(wěn)定，再對穩(wěn)定株系進(jìn)行分子標(biāo)記驗(yàn)證。從圖3-A可知，以供體親本B5為陽性對照，株系FJ717、FJ718、FJ719、FJ742、FJ745等5個(gè)株系攜帶褐飛虱抗性基因。圖3-B結(jié)果表明，株系FJ717、FJ718、FJ719、FJ723、FJ745等5個(gè)株系攜帶褐飛虱抗性基因。從圖3-C結(jié)果可知，以白背飛虱抗源親本GL77、GL84及經(jīng)基因?qū)牒螳@得的恢復(fù)系?；?011作為陽性對照，株系FJ717、FJ718、FJ723、FJ742和FJ745等5個(gè)株系攜帶白背飛虱抗性位點(diǎn)。

綜上，在本研究入選的穩(wěn)定株系中，含有2個(gè)抗性基因的穩(wěn)定株系有3個(gè)，含有3個(gè)抗性基因的穩(wěn)定株系也有3個(gè)，株系FJ747僅含有一個(gè)褐飛虱抗性基因，具體所攜帶的基因類型及個(gè)數(shù)如表2所示。即對進(jìn)入高代穩(wěn)定的株系進(jìn)行室內(nèi)分子標(biāo)記與室內(nèi)抗性鑒定結(jié)合，最終確認(rèn)田間、室內(nèi)環(huán)境均表現(xiàn)一致的株系用于測交配組。

表2 各個(gè)株系攜帶的抗蟲基因及抗性水平鑒定

左圖為接蟲前的幼苗狀態(tài)，右圖為接蟲7 d后的情況。

Fig. 4. Artificial resistance identification in the laboratory of the stable lines screened in the field.

表3 入選抗蟲恢復(fù)系與輪回親本的農(nóng)藝性狀比較分析(福建沙縣，2016)

表中*和**分別表示在0.05和0.01水平差異顯著。

*and**show significant difference at 0.05 and 0.01 levels, respectively.

為了進(jìn)一步驗(yàn)證經(jīng)過大田篩選的穩(wěn)定株系是否能經(jīng)受室內(nèi)嚴(yán)格的高強(qiáng)度人工接蟲鑒定，我們對上述篩選出的7個(gè)株系進(jìn)行室內(nèi)褐飛虱抗性鑒定(圖4)。供體親本B5表現(xiàn)高抗，入選株系FJ717、FJ718、FJ719、FJ745也表現(xiàn)高抗褐飛虱，株系FJ723、FJ742和FJ747表現(xiàn)為中抗；攜帶白背飛虱抗性基因的原始親本GL77、GL84及改造后的?；?011均表現(xiàn)中感，輪回親本?；?76與感蟲對照TN1均表現(xiàn)高感。即含有3個(gè)抗蟲基因或兩個(gè)褐飛虱抗性基因的株系均表現(xiàn)高抗，攜帶和的株系FJ723或攜帶和的株系FJ742和僅攜帶B的株系FJ747均表現(xiàn)為中抗，這與上述分子標(biāo)記驗(yàn)證的結(jié)果相符(表2)。

2.3 抗蟲株系與輪回親本的農(nóng)藝性狀及后代雜種優(yōu)勢分析

利用分子標(biāo)記輔助選擇和田間自然抗性鑒定與室內(nèi)人工抗性鑒定相結(jié)合，篩選出FJ717、FJ718、FJ719和FJ745等4個(gè)株葉形態(tài)適中、穗大、結(jié)實(shí)率高、株系群體穩(wěn)定、整齊一致的恢復(fù)系新材料，對其進(jìn)行田間農(nóng)藝性狀的考查，并與輪回親本?；?76進(jìn)行對比。從表3可以看出，入選的4個(gè)抗蟲株型系，除FJ719略高于對照外，其他三個(gè)株系的株高均顯著低于輪回親本，其中FJ718的有效穗數(shù)顯著增加，F(xiàn)J717和FJ718的結(jié)實(shí)率顯著提高，粒重均無顯著差異。其他主要農(nóng)藝性狀與輪回親本均較為接近，說明經(jīng)過多代定向選擇，獲得了抗蟲基因的導(dǎo)入對農(nóng)藝性狀影響不明顯的株系，具有較強(qiáng)的生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證抗蟲株系在雜交組合的測配時(shí)配合力和后代雜種優(yōu)勢是否與輪回親本存在顯著差異，分別選擇具有代表性的三系不育系Ⅱ-32A和兩系不育系Y58S進(jìn)行測交配組。同時(shí)在成熟期對F1的各個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行考查。從表4可知，所有父本與三系不育系測配的組合理論產(chǎn)量均高于與兩系不育系測交的組合。在以三系不育系Ⅱ-32A測配的組合中，Ⅱ-32A/FJ717和Ⅱ-32A/FJ718的理論產(chǎn)量顯著高于輪回親本所測組合。在以兩系不育系測配的組合中，Y58S/FJ718和Y58S//FJ745的理論產(chǎn)量顯著高于輪回親本所配組合。

表4 入選抗蟲恢復(fù)系與輪回親本的雜交后代農(nóng)藝性狀比較分析(福建沙縣，2018)

*和**分別表示與具有相同父本的對照的差異達(dá)0.05和0.01顯著水平。

*and**show significant difference compared with its CK combination derived from the same male parent at 0.05 and 0.01 levels, respectively.

表5 入選抗蟲恢復(fù)系與輪回親本的雜交后代農(nóng)藝性狀比較分析（海南三亞，2018)

*和**分別表示與豐兩優(yōu)4號(hào)的差異達(dá)0.05和0.01顯著水平。

*and**show significant difference compared with Fengliangyou 4 at 0.05 and 0.01 levels, respectively.

綜上，本研究中所改造的攜帶抗蟲基因的父本與三系不育系測交的后代雜種優(yōu)勢強(qiáng)于兩系不育系，且以組合Ⅱ-32A/FJ717理論產(chǎn)量最高，具有較強(qiáng)的后代雜種優(yōu)勢。鑒于本研究中的父本更適合于進(jìn)行三系雜交水稻測配，在后續(xù)的新雜交組合的測交試驗(yàn)中，將注重選擇優(yōu)質(zhì)、抗病，且遺傳背景與農(nóng)藝性狀存在一定互補(bǔ)性的三系不育系進(jìn)行雜交水稻新品種的測配與篩選，以充分利用所選育恢復(fù)系的抗蟲性與后代的雜種優(yōu)勢。

2.4 雜交組合的測配與優(yōu)勢組合的篩選

對入選的穩(wěn)定恢復(fù)系配合力和雜種優(yōu)勢分析表明，株系FJ717、FJ718和FJ745與三系不育系的測交后雜種優(yōu)勢強(qiáng)于兩系不育系，且3個(gè)株系結(jié)果表現(xiàn)一致。因此，本研究進(jìn)一步利用這3個(gè)株系，選擇適于目前生產(chǎn)和市場需求的優(yōu)質(zhì)三系不育系泰豐A、瀘香618A等進(jìn)行測交配組，并以生產(chǎn)推廣品種豐兩優(yōu)4號(hào)和Ⅱ優(yōu)明86作為對照。從表5可見，因所用不育系均屬于優(yōu)質(zhì)型，后代的產(chǎn)量優(yōu)勢均未超過高產(chǎn)型的對照種Ⅱ優(yōu)明86。但除組合泰豐A/FJ718外，所有測配的組合理論產(chǎn)量均高于豐兩優(yōu)4號(hào)，其中瀘香618A/FJ717和瀘香618A/FJ718的增產(chǎn)達(dá)到極顯著水平，表現(xiàn)出良好的生產(chǎn)應(yīng)用潛力。此外，所有測交組合的結(jié)實(shí)率均在85%以上，充實(shí)飽滿，形態(tài)優(yōu)異，組合瀘香618A/FJ718的平均有效穗達(dá)到11個(gè)，屬于多穗型雜交水稻新組合。以父本FJ717分別與2個(gè)優(yōu)質(zhì)不育系測配的后代理論產(chǎn)量均高于另外兩個(gè)父本，表現(xiàn)出更好的雜種優(yōu)勢和產(chǎn)量潛力，且該父本攜帶了褐飛虱抗性基因、和白背飛虱抗性位點(diǎn)，是直接用于抗稻飛虱雜交水稻新品種選育和作為種質(zhì)創(chuàng)新的優(yōu)良親本，下一步將進(jìn)行大田測產(chǎn)，進(jìn)一步驗(yàn)證抗蟲父本的后代雜種優(yōu)勢。

3 討論

稻飛虱抗性育種一直以來都是水稻育種家的重點(diǎn)研究方向。雖然目前生產(chǎn)上褐飛虱的危害面積和所造成的損失均超過白背飛虱，但白背稻虱亦屬長距離遷飛性害蟲，在我國主要稻區(qū)初次蟲源由南方熱帶稻區(qū)隨氣流逐代逐區(qū)遷入，其遷入時(shí)間早于褐飛虱，且白背飛虱在稻株上的活動(dòng)位置較褐飛虱高，其溫度適宜范圍更大，在30℃高溫或15℃低溫下都能正常生長發(fā)育。隨著全球氣候環(huán)境的惡化，氣溫變幻莫測，白背飛虱具有更強(qiáng)的適應(yīng)能力，存在著泛濫成災(zāi)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此，目前生產(chǎn)上除了控制褐飛虱的危害，還應(yīng)前瞻性考慮如何應(yīng)對白背飛虱的潛在威脅。而選育抗稻飛虱雜交水稻是防治稻飛虱最安全、有效的途徑。

隨著一系列抗稻飛虱基因的定位和克隆，相關(guān)標(biāo)記的開發(fā)和應(yīng)用已成為水稻抗稻飛虱育種最重要的手段之一。分子標(biāo)記輔助選擇不受環(huán)境或植株?duì)顟B(tài)的影響，被廣泛應(yīng)用于對雜交育種后代的檢測。多年來，本課題組一直將稻飛虱抗性育種作為重要的研究方向，已成功將白背飛虱抗性位點(diǎn)導(dǎo)入到以明恢86為背景的親本材料中，所選育的抗性恢復(fù)系?；?011已獲得植物新品種權(quán)保護(hù)，并有多個(gè)雜交組合參加省級(jí)以上區(qū)試。本研究是在此親本材料的基礎(chǔ)上，以攜帶褐飛虱抗性基因和的親本B5為抗源，以配合力好，形態(tài)優(yōu)異的骨干恢復(fù)系親本?；?76為輪回親本，通過雜交導(dǎo)入、回交群體的構(gòu)建和篩選、高代株系的抗性鑒定和分子驗(yàn)證，綜合苗期人工接蟲鑒定與成株期田間抗性表現(xiàn)相結(jié)合，客觀地評(píng)價(jià)抗稻飛虱基因的遺傳改良效應(yīng)，即以田間篩選和分離群體鑒定以及室內(nèi)篩選和分子驗(yàn)證相結(jié)合的方法，獲得了一批具攜帶2個(gè)以上抗性基因的恢復(fù)系材料，為稻飛虱抗性的聚合育種提供了新的種質(zhì)和遺傳資源，通過對其雜交后代的農(nóng)藝性狀進(jìn)行考查，發(fā)現(xiàn)FJ717和FJ718等2個(gè)株系具有良好的應(yīng)用價(jià)值和潛力。

許多研究證實(shí)，由多基因控制的抗蟲品種比由單基因控制的抗蟲品種表現(xiàn)出更強(qiáng)、更持久的抗蟲性，如含有和基因的抗蟲品種Ptb33[22]及同時(shí)含有主效基因與微效基因的抗蟲品種IR64[25]等。鑒于此，為有效提高基因聚合成功率，在基因聚合育種過程中，育種家通常選擇位于同一染色體或相同基因座上的基因進(jìn)行聚合，有利于提高育種效率，獲得更多攜帶目標(biāo)基因的株系。本研究中供體親本褐飛虱抗性基因和白背飛虱抗性位點(diǎn)均位于水稻第4染色體，提高了兩種抗蟲基因聚合的效率。但前人的研究結(jié)果也表明，褐飛虱抗性基因和所抗的稻飛虱生物型均為Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ[9-10]，不能抵抗Ⅳ型褐飛虱的危害，這在一定程度上限制了抗性株系的應(yīng)用范圍。同時(shí)，獲得的抗蟲恢復(fù)系測配后代的產(chǎn)量、生育期等農(nóng)藝性狀達(dá)到了輪回親本的水平，但是其后代品質(zhì)受到一定的影響。因此，在后續(xù)研究中將著重圍繞品質(zhì)進(jìn)行改良，并繼續(xù)導(dǎo)入具有4型稻飛虱抗性的基因和等，創(chuàng)制新的優(yōu)異種質(zhì)資源，提高抗蟲材料的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用潛力。

[1] 沈君輝, 尚金梅, 劉光杰. 中國的白背飛虱研究概況. 中國水稻科學(xué), 2003, 17(增刊): 7-22.

Shen J H, Shang J M, Liu G J. Management of the whitebacked planthopper,in China: A mini-review.2003, 17(Suppl): 7-22. (in Chinese with English abstract)

[2] 任西明, 向聰, 雷東陽, 管利鳳. 水稻抗褐飛虱育種研究進(jìn)展與展望. 作物研究, 2017, 31(4): 453-458.

Ren X M, Xiang C, Lei D Y, Guan L F. Present status and prospect of resistance breeding of brow planthopper in rice., 2017, 31(4): 453-458.

[3] 蔣寧飛. 利用昌恢891和02428的回交自交系群體定位抗稻飛虱的QTL. 南昌: 江西農(nóng)業(yè)大學(xué), 2016.

Jiang N F. Mapping quantitative trait loci(QTL) for rice planthopper resistance of Changhui 891/02428 backcross inbred lines. Nanchang: Jiangxi Agriculture University, 2016. (in Chinese with English abstract)

[4] 王彥華, 王鳴華. 褐飛虱抗藥性及再猖獗研究進(jìn)展. 農(nóng)藥, 2006, 45(4): 227-231．

Wang Y H, Wang M H. Research progress oninsecticide resistance and proliferation of the resistant biotype.2006, 45(4): 227-231. (in Chinese with English abstract)

[5] 姜輝, 林榮華, 劉亮, 瞿唯鋼, 陶傳江. 稻飛虱的危害及再猖獗機(jī)制. 昆蟲知識(shí), 2005, 42(6): 612-615.

Jiang H, Lin R H, Liu L, Qu W G, Tao C J. Planthoppers damage to rice and the resurgence mechanism., 2005, 42(6): 612-615. (in Chinese with English abstract)

[6] 侯麗媛, 于萍, 徐群, 袁筱萍, 余漢勇, 王一平, 王彩紅, 萬國, 彭鎖堂, 魏興華. 兩個(gè)水稻抗褐飛虱隱性基因的遺傳分析與初步定位. 中國水稻科學(xué), 2010, 24(4): 367-371.

Hou L Y, Yu P, Xu Q, Yuan Y P, Yu H Y, Wang Y P, Wang C H, Wan G, Peng S T, Wei X H. Genetic analysis and preliminary mapping of two recessive resistance genes in rice to brown planthopper,., 2010, 24(4): 367-371. (in Chinese with English abstract)

[7] Jairin J, Sansen K, Wongboon W, Jate K. Detection of a brown planthopper resistance geneat the same chromosomal position ofusing two different genetic backgrounds of rice., 2010, 60(1): 71-75.

[8] Zhao Y, Huang J, Wang Z Z, Jing S L, Wang Y, Ouyang Y, Cai B D, Xin X F, Liu X, Zhang C X, Pan Y F, Ma R, Li Q F, Jiang W H, Zeng Y, Shangguan X X, Wang H Y, Du B, Zhu L L. Xu X, Feng Y Q, He S Y, Chen R Z, Zhang Q F, He G C. Allelic diversity in an NLR geneenables rice to combat planthopper variation., 2016, 113(45): 12850-12855.

[9] Du B, Zhang W, Liu B, Hu J, Wei Z, Shi Z He R, Zhu L, Chen R, Han B, He G. Identification and characterization of, a gene conferring resistance to brown planthopper in rice., 2009, 106(52): 22163-22168.

[10] Lv W, Du B, Shangguan X, Zhao Y, Pan Y, Zhu L, He Y, He G. BAC and RNA sequencing reveal the brown planthopper resistance gene BPH15 in a recombination cold spot that mediates a unique defense mechanism., 2014, 11(15): 674.

[11] Jena K K, Jeung J U, Lee J H, Choi C, Brar D S. High-resolution mapping of a new brown planthopper (BPH)resistance gene,(t), and marker-assisted selection for BPH resistance in rice(L)., 2006, 112(2): 288-297.

[12] Tamura Y, Hattori M, Yoshioka H, Yoshioka M, Takahashi A, Wu J, Sentoku N, Yasui H. Map-based cloning and characterization of a brown planthopper resistance gene BPH26 fromL. ssp.cultivar ADR52., 2014, 4: 58-72.

[13] Wang Y, Cao L, Zhang Y, Cao C, Liu F, Huang F, Qiu Y, Li R, Luo X. Map-based cloning and characterization of BPH29, a B3 domain-containing recessive gene conferring brown planthopper resistance in rice.,2015, 66(19): 6035-6045.

[14] Ren J, Gao F, Wu X, Lu X, Zeng L, Lv J, Su X, Luo H, Ren G., a novel gene encoding an unknown SCR domain containing protein, confers resistance against the brown planthopper in rice., 2016, 6: 37 645.

[15] Hu J, Zhou J, Peng X, Xu H, Liu C, Du B, Yuan H, Zhu L, He G. Thegene interacts with the ethylene pathway and transcriptionally regulates MAPK genes in the response of rice to brown planthopper feeding., 2011, 156(2): 856-872.

[16] Guo J, Xu C, Wu D, Zhao Y, Qiu Y.encodes an exocyst-localized protein and confers broad resistance to planthoppers in rice., 2018, 50(2): 297-306.

[17] Huang Z, He Z, Shu L, Li X. Identification and mapping of two brown planthopper resistance genes in rice., 2001, 102: 929-934.

[18] 徐曉明, 程攀, 陳龍, 曲姍姍, 陰云火, 田發(fā)春, 彭炳生, 吳帥, 李土明, 周衛(wèi)營. 應(yīng)用分子標(biāo)記輔助選育抗褐飛虱水稻兩系不育系. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 44(20): 107-108.

Xu X M, Cheng P, Chen L, Qu S S, Yin Y H, Tian F C, Peng B S, Wu S, Li T M, Zhou W Y. Breeding TGMS lines with resistance to brown planthopper by marker-assisted selection., 2016, 44(20): 107-108. (in Chinese with English abstract)

[19] 胡巍, 李艷芳, 胡侃, 江奕君, 張揚(yáng). 分子標(biāo)記輔助選擇抗褐飛虱基因改良桂農(nóng)占的BPH抗性. 分子植物育種, 2015, 13(5): 951-960.

Hu W, Li Y F, Hu K, Jiang Y J, Zhang Y. Improving BPH-resistance of rice cultivar Guinongzhan by marker-assisted selection for BPH-resistant genes., 2015, 13(5): 951-960. (in Chinese with English abstract)

[20] 王海鵬, 黃曉西, 梁越洋, 朱軍, 張翠霞, 王秀梅, 貢常委, 鄭愛萍, 鄧其明, 李雙成, 王玲霞, 李平, 王世全. 轉(zhuǎn)基因抗褐飛虱水稻的獲得及鑒定. 中國水稻科學(xué), 2016, 30(3): 256-264.

Wang H P, Huang X X, Liang Y Y, Zhu J, Zhang C X, Wang X M, Gong C W, Zheng A P, Deng Q M, Li S C, Wang L X, Li P, Wang S Q. Development and Identification of insect resistant transgenic rice withgene., 2016, 30(3): 256-264. (in Chinese with English abstract)

[21] 張建福, 曾大力, 朱永生, 謝鴻光, 蔡秋華, 連玲, 吳方喜, 羅曦, 王穎姮, 鄭軼, 謝華安. 分子標(biāo)記輔助選擇創(chuàng)制抗白背飛虱水稻恢復(fù)系. 中國水稻科學(xué), 2013, 27(3): 329-334.

Zhang J F, Zeng D L, Zhu Y S, Xie H G, Cai Q H, Lian L, Wu F X, Luo X, Wang Y H, Zheng Y, Xie H A. Breeding of rice restore lines with white-backed planthopper resistance by marker-assisted selection., 2013, 27(3): 329-334. (in Chinese with English abstract)

[22] 劉光杰, 付志紅, 沈君輝, 張亞輝. 水稻品種對稻飛虱抗性鑒定方法的比較研究. 中國水稻科學(xué), 2002, 16(1): 52-56.

Liu G J, Fu Z H, Shen J H, Zhang Y H. Comparative study on evaluation methods for resistance to rice planthoppers (Homoptera: Delphacidae) in rice., 2002, 16(1): 52-56. (in Chinese with English abstract)

[23] 李榮華, 夏巖石, 劉順枝, 孫莉麗, 郭培國, 廖紳裕, 陳健輝. 改進(jìn)的CTAB提取植物DNA方法. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2009, 28(9): 14-16.

Li R H, Xia Y S, Liu S Z, Sun L L, Guo P G, Liao S Y, Chen J H. CTAB improved method of DNA extraction in plant., 2009, 28(9): 14-16. (in Chinese with English abstract)

[24] 何光存, 陳榮智, 杜波, 祝莉莉. 水稻抗褐飛虱基因的特異性共顯性分子標(biāo)記及其應(yīng)用: CN107779522A. 2018-03-09.

He G C, Chen R Z, Du B, Zhu L L. Specific co-dominant molecular markers of rice brown planthopper resistance geneand their application: CN107779522A. 2018-03-09. (in Chinese)

[25] Sidhu G S, Khush G S. Genetic analysis of brown planthopper resistance in twenty varieties of rice,L., 1978, 53: 199-203.

Breeding Restore Lines of Hybrid Rice by Pyramiding Genes for Resistance to White Backed Planthoppers and Brown Planthoppersf

ZHU Yongsheng1, 2, BAI Jianlin2, XIE Hongguang1, WU Fangxi1, LUO Xi1, JIANG Shenfei1, HE Wei1, CHEN Liping1, CAI Qiuhua1, XIE Huaan1, 2, ZHANG Jianfu1, 2, *

(Rice Research Institute, Fujian Academy of Agricultural Sciences/Research Bases of South-China, National Key Laboratory of Hybrid Rice of China/Key Laboratory of Hybrid Rice Germplasm Enhancement and Molecular Breeding in South China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, P. R. China/National Engineering Laboratory of Rice for China/ Fujian Engineering Laboratory of Crop Molecular Breeding/ Fujian Key Laboratory of Rice Molecular Breeding, Fuzhou 350003, China; College of Plant Protection, Fujian Agriculture and Forestry University/State Key Laboratory of Ecological Pest Control for Fujian and Taiwan Crops, Fuzhou 350002,;Corresponding author,:)

【】To breed restore lines of hybrid rice resistant to white backed planthoppers and brown planthoppers,【】we used B5 with brown planthopper resistance genesandand Fuhui 7011 with white backed planthoppers resistance geneas donor parents, and Fuhui 676, a main restorer line, as the recurrent parent through the molecular marker-assisted selection combined with field and indoor identification. The insect-resistant lines and their hybrid progenies were tested and their agronomic traits were analyzed. 【】Three restorer lines with three resistance genes to rice brown planthoppers and white backed planthoppers (,and) and three lines with two resistance genes were bred. Resistance identification indicated that the resistance of the restorer lines was moderately resistant or resistant. Two restorer lines with potential for production and application were screened out by examining the resistant strains and their crossing progenies and analyzing their agronomic traits.【】This study provides new resistance germplasms against brown planthoppers and white backed planthoppers for hybrid rice breeding.

rice; white backed planthopper(WBPH); brown planthopper(BPH); resistance gene; pyramiding breeding

S435.112+.3; S511.0351

A

1001-7216(2019)05-0421-08

10.16819/j.1001-7216.2019.9007

2019-01-10;

2019-03-18。

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2017YFD0100100); 福建省公益類科研院所科研專項(xiàng)(2015R1021-5); 閩臺(tái)作物有害生物生態(tài)防控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題基金資助項(xiàng)目(SKB2017001); 福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(STIT2017-1-1); 福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技服務(wù)團(tuán)隊(duì)資助項(xiàng)目(kjfw02)。