水稻黑條矮縮病抗性的遺傳分析

蘭國防　俞良　柯璦　潘斌清　唐樂堯

摘要 以特青和Lemont 為親本構建的包含有148 個家系的重組自交系為材料，采用田間自然接種鑒定了該RIL群體的黑條矮縮病發(fā)病率，對其遺傳變異與分布特征進行了分析，進一步采用主基因+多基因遺傳分離分析法對水稻黑條矮縮病抗性進行遺傳模型分析。結果表明，黑條矮縮病抗性的最適模型為3對主基因+多基因模型，3個主基因da、db、dc的加性效應值分別為-7.43、-2.30、6.65，不同基因間iab、 iac、 ibc、 iabc存在上位性互作，其效應值分別為 -3.39、4.40、-4.15和8.73。RIL群體黑條矮縮病抗性的主基因遺傳率為83.30%，多基因遺傳率為3.75%。

關鍵詞 水稻黑條矮縮病;主基因+多基因模型;遺傳分析

中圖分類號 S511文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）21-0108-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.21.032

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Genetic Analysis of Rice BlackStreaked Dwarf Disease Resistance

LAN Guofang， YU Liang， KE Ai et al

（Changshu Institute of Agricultural Sciences， Changshu， Jiangsu 215500）

Abstract The recombinant inbred lines of 148 families constructed with Teqing and Lemont as parents were used as materials. The disease incidence rate of RIL population was identified by natural inoculation in the field， and its genetic variation and distribution characteristics were analyzed. Furthermore， the genetic model analysis of resistance to rice blackstreaked dwarf disease was carried out by using major gene+ polygene inheritance analysis. The results showed that the optimal model of resistance to blackstreaked dwarf disease was 3 pairs of major genes + polygene model， and the additive effect values of three main genes da， db and dc were -7.43， -2.30 and 6.65， respectively. There was epistatic interaction among iab， iac， ibc and iabc， and their effect values were -3.39， 4.40， -4.15 and 8.73， respectively. The inheritance rates of major gene and polygene in RIL population were 83.30% and 3.75% respectively.

Key words Rice blackstreaked dwarf virus;Major gene plus polygene mixed genetic model;Genetic analysis

基金項目 蘇州市農業(yè)科技創(chuàng)新項目（SNG2017065）;常熟市科技發(fā)展計劃項目（CN201811）。

作者簡介 蘭國防（1984—），男，山東濟寧人，農藝師，博士，從事水稻遺傳育種研究。

收稿日期 2019-07-18

水稻黑條矮縮病是由水稻黑條矮縮病毒（rice blackstreaked dwarf virus，RBSDV）引起的一種嚴重的病毒病害。該病害致病原為呼腸孤病毒科（Reoviridae）斐濟病毒屬（Fiji virus），主要通過灰飛虱以持久性不經卵方式傳播[1]。RBSDV除侵染水稻、玉米、小麥等常見農作物外，還可侵染大麥、高粱、看麥娘、稗、早熟禾、狗尾草等禾本科植物[2]。寄主感染病毒后通常會產生瘤狀突起、植株矮化、抽穗異常、結實不良等癥狀，嚴重時導致減產甚至絕收[3-4]。

水稻黑條矮縮病主要分布于中國、日本、韓國和朝鮮等國家[5-6]。該病害曾于20世紀60年代在我國華東諸省市廣泛發(fā)生。近年來，隨著耕作制度和栽培方式的變化、冬季氣候變暖和感病品種的大面積推廣，水稻黑條矮縮病在江蘇、浙江、江西和福建大規(guī)模發(fā)生[7-12]，

已經成為華東華南乃至全國稻區(qū)最為嚴重的水稻病毒病害。該病害現(xiàn)已擴展蔓延至我國20個省、市、自治區(qū)的水稻種植區(qū)，全國近10年來該病的發(fā)病面積已達267萬hm2，病區(qū)發(fā)病率一般在10%～20%，重病區(qū)發(fā)病率達50%～80%，給農業(yè)生產造成了巨大損失，對我國水稻生產安全帶來了潛在的巨大威脅。加快黑條矮縮病種質資源的篩選鑒定、抗病基因的定位和克隆對于抗病品種的培育和分子標記輔助育種具有重要的意義。

由于缺乏穩(wěn)定的高抗材料和黑條矮縮病抗性鑒定的不穩(wěn)定性，目前有關水稻黑條矮縮病抗性遺傳研究和抗性基因/QTL定位的報道還較少，抗病遺傳機制尚不明晰。多數研究表明，黑條矮縮病抗性呈現(xiàn)數量性狀特征[10-12]。筆者擬采用植物數量性狀主基因+多基因的混合遺傳模型分離分析方法對黑條矮縮病抗性遺傳機制進行解析，旨在為闡明水稻黑條矮縮病抗性遺傳機制、拓寬品種抗性遺傳基礎和培育抗性品種提供參考依據。

1 材料和方法

1.1 材料

以特青×Lemont雜交F2通過單粒傳法獲得的148個家系組成的重組自交系及其親本為材料，該群體遺傳穩(wěn)定。

1.2 方法

1.2.1 材料種植。

2017年5月10日將148個家系及其親本播種于河南省開封市祥符區(qū)小崗村，秧田四周為麥田。6月10日大田移栽，每個家系種植5行，共30株，行株距為15 cm×15 cm，單棵栽插，2個重復。整個生長期不進行殺蟲防病，其他措施按照常規(guī)大田要求栽培管理。

1.2.2 病毒接種。

采用田間自然接種，5月下旬，待麥田灰飛虱種群達到高峰期并向秧苗遷移后，每天對灰飛虱驅趕1次，使其能夠充分取食秧苗，確保傳毒。

1.2.3 發(fā)病率鑒定。

移栽30 d后對親本及其RIL群體的黑條矮縮病發(fā)病率進行調查，田間表現(xiàn)為嚴重矮化、 葉色濃綠癥狀的植株均視為發(fā)病株。小區(qū)發(fā)病率=感病株數/小區(qū)總株數×100%。

1.2.4 遺傳模型分析。

采用蓋鈞鎰[13]、章元明[14]提出的植物數量混合遺傳模型主基因+多基因多世代聯(lián)合分析方法對特青×Lemont組合3個群體（P1、P2、RIL）的黑條矮縮病發(fā)病率進行遺傳分析。首先采用極大似然法和ECM（expectation and conditional maximization）對各世代、各成分分布參數進行估計，根據AIC（Akaikes information criterion）值進行模型選擇，進一步對入選模型進行一組適合性測驗，包括均勻性檢驗（U12、U22、U32）、Smirnov檢驗（nW2）和Kolmogorov檢驗（Dn），確定最佳遺傳模型，最后根據最小二乘法估計的最適遺傳模型各成分分布參數計算其基因效應值和遺傳方差。

主基因遺傳率h2mg=（σ2mg/σ2p）×100%

多基因遺傳率h2pg=（σ2pg/σ2p）×100%

其中，σ2p為表型方差;σ2mg為主基因遺傳方差;σ2pg為多基因遺傳方差。

2 結果與分析

2.1 親本及其RIL群體的表現(xiàn)及變異

不同親本及其RIL群體的黑條矮縮病發(fā)病率見表1。親本P1 特青的發(fā)病率為0.11，表現(xiàn)為中抗;親本Lemont發(fā)病率為0.54，表現(xiàn)為高感。RIL群體的平均發(fā)病率為0.40，變異系數為52.50%，方差分析顯示不同家系間差異達到極顯著水平，說明不同家系間具有較大的遺傳變異。群體發(fā)病率頻率分布呈現(xiàn)明顯的連續(xù)多峰分布（圖1），表現(xiàn)出主基因+多基因的遺傳特征，可進一步進行遺傳分析。

2.2 水稻黑條矮縮病抗性的主基因+多基因遺傳分析

數據經反正弦轉換后采用植物數量遺傳體系主基因+多基因遺傳模型對特青×Lemont組合及其RIL群體的黑條矮縮病抗性進行遺傳分析，ECM算法分析共計獲得1對主基因（A）、2對主基因（B）、多基因（C）、1對主基因+多基因（D）、2對主基因+多基因（E）、3對主基因（F）、3對主基因+多基因（G）7類共計53個模型，各模型對應的AIC值見表2。根據AIC準則，選取AIC值最小或接近AIC最小值的E-1-5、F-3、G-1模型作為備選模型。

進一步對入選模型進行適合性測驗（表3），E-1-5模型中有0個統(tǒng)計量達到顯著水平;F-3模型中有2個統(tǒng)計量達到顯著水平;G-1模型中有0個統(tǒng)計量達到顯著水平，E-1-5和G-1模型均有0個統(tǒng)計量達到顯著，但G-1的AIC值更小，說明該群體的黑條矮縮病抗性符合G-1模型，即3對主基因+多基因遺傳模型。

2.3 最適遺傳模型的遺傳參數估計

根據ECM算法得到的G-1模型及RIL群體成分分布的極大似然估計值計算一階遺傳參數和二階遺傳參數，結果見表4。3個主基因da、db、dc的加性效應值分別為-7.43、-2.30、6.65，不同基因間iab、 iac、 ibc、 iabc存在上位性互作，其效應值分別為 -3.39、4.40、-4.15和8.73。RIL群體黑條矮縮病抗性的主基因遺傳率為83.30%，多基因遺傳率為3.75%，具有較大的遺傳力。

3 小結與討論

自2007年以來，水稻黑條矮縮病在江蘇和浙江等地區(qū)呈現(xiàn)暴發(fā)趨勢，給水稻生產帶來了重大損失，培育抗性品種是生產上抵御該病害發(fā)生的有效途徑。但目前尚未鑒定出高抗黑條矮縮病種質資源，抗性遺傳和抗性機制研究相對滯后，定位的QTL基因效應較小，從而限制了水稻黑條矮縮病抗性育種應用。該研究采用主基因+多基因遺傳模型對黑條矮縮病抗性進行遺傳分析，結果表明水稻黑條矮縮病抗性受

3對主基因+多基因的遺傳控制，且存在基因間的互作。潘存紅等[12]利用珍汕97B/明恢63的重組自交系將水稻黑條矮縮病抗性基因定位于第6、7、9、11號染色體上，其中6、7、9號染色體上4個QTL在2點試驗中均檢測到。Zhou等[15]利用淮稻5號/Tetep F2群體進行分析，分別在水稻3、11號染色體上檢測到2個效應較大的抗性QTL。Zhang等[16]以IR36和L5494構建的重組自交系為材料，3年共檢測到12個抗性QTLs，分別位于1、6、8、9號染色體上，其中6、9號染色體均被重復檢測到，且為主效抗性QTLs。Sun等[17]以9194和SYN構建的F2∶3家系為材料，2年重復檢測到位于6、9、11號染色體的3個主效QTLs。Xiao等[18]2年重復檢測到6號染色體上的主效QTL。綜合以上QTL定位結果顯示，黑條矮縮病抗性主要受6、9、11號染色體上的主效QTL及一些微效QTL控制，這與該研究的分析預測結果相契合，說明該分析方法與QTL檢測結果存在一致性，但該方法只是對基因數量進行統(tǒng)計分析，而對于具體的遺傳機制尚不能進行解析，需要進一步的圖位克隆。

通過主基因+多基因遺傳分析表明，水稻RIL群體黑條矮縮病抗性符合3對主基因+多基因的遺傳模型，3對主基因間存在基因互作，主基因的遺傳力較高。

安徽農業(yè)科學 2019年

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