水稻黑條矮縮病抗病育種研究進(jìn)展

趙小慧

摘 ? ?要：水稻黑條矮縮病廣泛發(fā)生于我國南方地區(qū)，直接影響到水稻產(chǎn)量，極易造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。該病害以灰飛虱為病毒傳播對(duì)象，具有傳播速度快、受損面積大等特征。為有效提升水稻對(duì)黑條矮縮病的抗病性，各研究單位開展了多年的水稻黑條矮縮病抗病育種研究工作，找尋出了地理位置、水稻種質(zhì)類型、生態(tài)地理等因素對(duì)水稻抗病性的影響?；诖?，文章以水稻黑條矮縮病癥狀、病原、發(fā)病規(guī)律為切入點(diǎn)，簡(jiǎn)述了現(xiàn)階段水稻黑條矮縮病抗病育種研究成果，以期為相關(guān)工作人員提供理論性幫助。

關(guān)鍵詞：水稻;水稻黑條矮縮病;抗病育種;QTL

文章編號(hào)：1005-2690（2022）01-0109-03 ? ? ? 中國圖書分類號(hào)：S435.111.4 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

1 水稻黑條矮縮病概述

1.1 水稻黑條矮縮病的發(fā)現(xiàn)

水稻黑條矮縮病首次發(fā)現(xiàn)于1963年浙江省余姚縣，初始水稻發(fā)病面積較小，并未造成較大產(chǎn)量損失[1]。但隨后此病害在我國華東和華北稻區(qū)暴發(fā)流行，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。之后的30年間，因耕作制度的改變，此病害逐漸減少甚至銷聲匿跡。直至近年來，水稻黑條矮縮病害在中國東部和其他東亞國家再度蔓延，對(duì)水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)造成了嚴(yán)重影響[2]。

1.2 水稻黑條矮縮病癥狀

水稻黑條矮縮病是由水稻黑條矮縮病毒（rice black-streaked dwarf virus，RBSDV）引起，主要通過灰飛虱以持久性不經(jīng)卵方式傳播，其傳播范圍廣且速度快。RBSDV的田間典型癥狀包括水稻濃綠矮縮，分蘗少，葉片僵直，葉背、葉鞘甚至莖稈上有蠟白色至暗褐色條狀突起，不能抽穗或包莖穗、穗粒變小甚至畸形，結(jié)實(shí)率低等[3]。植物一旦被感染，一般無法治愈。因此，RBDSV病害也被稱為“水稻中的癌癥”，在水稻的各生長(zhǎng)階段均有可能感染黑條矮縮病毒，通常感病時(shí)間越早，水稻發(fā)病越重[4]。

因感染黑條矮縮病的時(shí)間不同，水稻發(fā)病癥狀也呈現(xiàn)明顯差異。初期水稻發(fā)病癥狀最為顯著，感病水稻的高度僅為正常水稻1/3，后續(xù)拔節(jié)與抽穗效果不佳。中期感病水稻植株矮化并不明顯，但葉片呈現(xiàn)深綠特征，不穗或者半包穗;后期感病水稻發(fā)病癥狀難以被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，部分水稻上部莖稈處可能會(huì)出現(xiàn)小瘤突。因此可以從瘤突出現(xiàn)的節(jié)位分析水稻感病時(shí)期。

1.3 水稻黑條矮縮病發(fā)病規(guī)律

水稻黑條矮縮病毒的寄主范圍較大，在自然條件下能侵染水稻、玉米、高粱、大麥、小麥、燕麥等多種禾本科作物。由于不經(jīng)卵傳播，帶毒灰飛虱首先侵染冬小麥，之后帶毒的冬小麥成為黑條矮縮病的初侵染源。次年一代灰飛虱從小麥病株上獲毒，于麥?zhǔn)蘸蟠罅窟w飛至水稻秧田進(jìn)行傳毒，成為此病害的主要侵染源。其后一直為害水稻，直至秋熟后再經(jīng)灰飛虱傳回小麥等麥類作物上越冬，由此完成整個(gè)病害侵染循環(huán)[5-6]。

1.4 水稻黑條矮縮病發(fā)病原因

近年來，水稻黑條矮縮病廣泛發(fā)病流行的原因有3個(gè)方面。一方面，由于農(nóng)業(yè)耕作制度的改變，灰飛虱適宜越冬的場(chǎng)所充足，導(dǎo)致水稻黑條矮縮病大面積流行;另一方面，隨著全球氣候變暖，灰飛虱的繁殖能力和生存能力均增強(qiáng)，致使灰飛虱蟲口密度增大、帶毒率升高，病害發(fā)生加重;此外，由于目前全國大面積種植的水稻品種絕大部分不抗水稻黑條矮縮病，這些品種也為病害的流行與暴發(fā)提供了豐富的寄主資源[7]。通過對(duì)水稻黑條矮縮病進(jìn)行多年研究，發(fā)現(xiàn)黑條矮縮病的發(fā)病原因主要為越冬蟲源地的毒源充足、灰飛虱遷移范圍較廣、有效抗病品種缺失等。

1.5 水稻黑條矮縮病現(xiàn)有防治方法

目前，國家及有關(guān)部門對(duì)黑條矮縮病防治工作給予了高度重視，為有效控制黑條矮縮病的發(fā)生，生產(chǎn)上多采用預(yù)防為主、綜合防治為輔的防控原則，重點(diǎn)是清除毒源，切斷傳播循環(huán)鏈。具體措施有以下幾點(diǎn)。一是調(diào)整農(nóng)業(yè)耕作栽培制度;二是在水稻易感病期和灰飛虱傳毒期科學(xué)用藥;三是增強(qiáng)病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)水平，密切關(guān)注灰飛虱遷移情況，同時(shí)加大黑條矮縮病防治的宣傳力度，收集病害預(yù)報(bào)結(jié)果，制訂專項(xiàng)技術(shù)解決措施方案。

2 水稻黑條矮縮病抗病育種現(xiàn)狀

目前，黑條矮縮病害主要通過化學(xué)藥劑殺滅灰飛虱方式進(jìn)行治理。由于灰飛虱種群數(shù)量十分巨大、遷移性強(qiáng)、傳播持久，極易對(duì)化學(xué)藥劑產(chǎn)生耐藥性，導(dǎo)致黑條矮縮病預(yù)防效果與預(yù)期目標(biāo)存在較大差異[8]。為從根本上控制水稻黑條矮縮病出現(xiàn)，種植抗病品種成為防治該病害的最經(jīng)濟(jì)有效方式之一。通過開展大規(guī)模水稻抗病原篩選工作，研究水稻黑條矮縮病抗性遺傳基因，為改良水稻品種提供必要支持。

水稻黑條矮縮病研究工作主要集中在水稻黑條矮縮病毒的分類學(xué)地位、基因組結(jié)構(gòu)與編碼蛋白功能、病毒檢驗(yàn)、傳毒特征等方面[9]，對(duì)抗病育種相關(guān)工作研究成果較少。研究初期，部分學(xué)者采用田間自然誘發(fā)鑒定方式，從多個(gè)水稻品種中尋找高抗及中抗材料，最終研究結(jié)論也不盡相同，但所有結(jié)論一致認(rèn)為當(dāng)前水稻主栽和候選品種普遍不抗水稻黑條矮縮病[10-13]。不少學(xué)者對(duì)不同地方水稻品種繼續(xù)進(jìn)行抗黑條矮縮病的田間誘發(fā)鑒定，結(jié)果得到部分抗黑條矮縮病的水稻品種[14-15]。

由于田間鑒定存在很多不確定因素，例如鑒定環(huán)境條件不同，灰飛虱的偏食性、不同年份不同區(qū)域間灰飛虱發(fā)生量和帶毒率不同等，導(dǎo)致田間誘發(fā)鑒定結(jié)果的可重復(fù)性差且準(zhǔn)確率低。因此，近年來部分研究學(xué)者配合使用人工室內(nèi)接種方式[16-17]，對(duì)水稻的黑條矮縮病的抗病性進(jìn)行進(jìn)一步鑒定。

王寶祥等（2014）[18]多年多點(diǎn)田間誘發(fā)鑒定和人工接種鑒定的結(jié)果均表明，來自20多個(gè)國家的1 240份水稻材料中有3個(gè)穩(wěn)定、高抗黑條矮縮病的品種。方先文等（2015）[19]對(duì)田間篩到的連續(xù)兩年未發(fā)病且農(nóng)藝性狀較好的6份粳稻資源進(jìn)行人工接蟲鑒定，最終獲得了1份高抗水稻黑條矮縮病的水稻資源。李路路等（2020）[20]將兩種鑒定方法結(jié)合對(duì)浙江省20個(gè)主栽水稻品種進(jìn)行抗性鑒定，結(jié)果篩選到能穩(wěn)定抵抗RBSDV的兩個(gè)秈稻品種。上述發(fā)掘高抗黑條矮縮病水稻資源的研究為水稻黑條矮縮病抗病育種和抗病基因的鑒定、定位及克隆提供了材料基礎(chǔ)。

3 抗性遺傳學(xué)研究

據(jù)報(bào)道，水稻對(duì)RBSDV的抗性是由QTL或多個(gè)基因控制的數(shù)量性狀[21-22]。潘存紅等（2009）率先利用珍汕97/明恢63的重組自交系（RILs），對(duì)黑條矮縮病抗性QTL開展試驗(yàn)研究，結(jié)果共找到6個(gè)QTL，其中效應(yīng)最顯著的QTL位于第6染色體上;在此基礎(chǔ)上，Li等（2013）[23]繼續(xù)利用珍汕97/明恢63的RIL群體，在明恢63的6、7和9號(hào)染色體上鑒定了3個(gè)RBSDV抗性QTL，并將第6水稻染色體上的主效QTL進(jìn)行了精確的定位，這個(gè)QTL是目前有關(guān)水稻黑條矮縮病抗性基因/QTL領(lǐng)域研究的報(bào)道中唯一1個(gè)被精確定位的。王寶祥等（2010）對(duì)來自日本的越光/桂朝2號(hào)的RIL群體展開了研究，最終在3號(hào)染色體上檢測(cè)到了一個(gè)RBSDV抗性的QTL，該QTL包含了越光的抗性等位基因。Zhou T等（2015）利用Tetep/淮稻5號(hào)構(gòu)建抗RBSDV的分子連鎖圖譜，鑒定了3個(gè)新的RBSDV抗性QTL，即qRBSDV-3、qRBSDV-10 和 qRBSDV-11，本研究結(jié)果證明鑒定的所有抗性位點(diǎn)與抗病毒基因有關(guān)。最近，使用源自IR36和L5494雜交的RIL群體在第1、6、8和9號(hào)染色體上共檢測(cè)到12個(gè)RBSDV抗性QTL[24]。Sun等（2017）[25]利用9194與蘇御糯雜交衍生的F2∶F3群體，鑒定了一個(gè)高抗性品種9194，并在第3、6、9和11染色體上定位了4個(gè)抗RBSDV QTL。Feng等（2019）[26]通過田間鑒定RDP1品種對(duì)RBSDV的抗性，并利用GWAS技術(shù)鑒定水稻基因組中的RBSDV QTL，結(jié)果鑒定出幾個(gè)抗RBSDV水平較高的品種和13個(gè)抗RBSDV QTL。總的來說，上述研究獲得的材料和鑒定的抗性QTL有望為高效選育水稻抗RBSDV品種提供有用資源，但由于缺乏高抗性資源和抗RBSDV的主效QTL，水稻抗RBDSV的遺傳研究和育種進(jìn)展還是進(jìn)展緩慢。

4 水稻黑條矮縮病抗病機(jī)制初探

由于缺乏穩(wěn)定的高抗黑條矮縮病的水稻資源和抗性鑒定的不穩(wěn)定性，目前有關(guān)水稻黑條矮縮病抗性遺傳的基礎(chǔ)研究還較少。例如，李艷舞（2015）[27]通過對(duì)RBSDV侵染水稻的miRNA進(jìn)行分析，獲得14個(gè)在抗感水稻品種中顯著差異表達(dá)的水稻miRNA，經(jīng)驗(yàn)證這些miRNA參與調(diào)控水稻抗病反應(yīng)和組織生長(zhǎng)發(fā)育過程，此研究是首次報(bào)道與抗RBSDV相關(guān)的miRNA。之后又有研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，茉莉（jasmonic acid，JA）合成途徑相關(guān)基因的表達(dá)水平在RBSDV侵染水稻后會(huì)顯著上調(diào)以響應(yīng)JA介導(dǎo)的對(duì)RBSDV的防御過程[28]。而且在此基礎(chǔ)上，李路路等通過實(shí)時(shí)熒光定量PCR（RT-qPCR）方法證明，RBSDV侵染后的水稻體內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子OsMYC2和病程相關(guān)基因非表達(dá)子OsNPR1均上調(diào)表達(dá)，JA、水楊酸（salicylic acid，SA）介導(dǎo)的抗病途徑被激活以此抵抗RBSDV的侵染，另外此研究還發(fā)現(xiàn)各秈粳稻品種對(duì)RBSDV所表現(xiàn)出的不同抗性與其體內(nèi)的JA和SA激素水平有關(guān)。

最近，Wang Z Y等（2021）[29]系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，水稻OsAGO2在抵抗RBSDV侵染過程中會(huì)顯著表達(dá)以響應(yīng)RBSDV的侵染。進(jìn)一步研究表明OsAGO2利用DNA甲基化調(diào)控OsHXK1的表達(dá)，負(fù)調(diào)控水稻對(duì)RBSDV的抗性。過量表達(dá)OsHXK1能夠有效誘導(dǎo)活性氧的積累，以提高水稻對(duì)RBSDV的抗性。

5 結(jié)束語

水稻黑條矮縮病抗病育種工作對(duì)保障我國南方水稻產(chǎn)量意義重大。為從根本上提升水稻黑條矮縮病抗病育種研究水平，還需要著重開展不同水稻品種對(duì)水稻黑條矮縮病的抗性評(píng)估工作，分析影響水稻品種抗病性能的各類因素，切實(shí)優(yōu)化水稻育種流程，培育出具有更為顯著抗病性的水稻品種，進(jìn)而鑒定水稻黑條矮縮病抗性基因或QTL。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱鳳美，肖慶璞，王法明，等.江南稻區(qū)新發(fā)生的幾種稻病[J].植物保護(hù)，1964，2（3）：100-102.

[2]Zhou T，Du L，Wang L，Wang Y，et al.Genetic analysis and molecular mapping of QTLs for resistance to rice black-streaked dwarf disease in rice[J].Scientific Reports，2015，5（1）：10509.

[3]孫楓，徐秋芳，程兆榜，等.中國水稻黑條矮縮病研究進(jìn)展[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，29（1）：195-201.

[4]李毅.水稻病毒的分子生物學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[5]魏朗.抗黑條矮縮病轉(zhuǎn)基因水稻育種新材料的創(chuàng)制[D].揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)，2019.

[6]周彤.水稻黑條矮縮病抗性鑒定技術(shù)和遺傳研究[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[7]周夢(mèng)姍.水稻抗黑條矮縮病轉(zhuǎn)基因植株的構(gòu)建與鑒定[D].長(zhǎng)沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

[8]盧百關(guān)，秦德榮，方兆偉，等.蘇北地區(qū)水稻黑條矮縮病暴發(fā)流行原因及防控對(duì)策[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（4）：148-149.

[9]劉江寧.水稻黑條矮縮病抗性QTL定位[D].揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)，2019.

[10]王寶祥，江玲，陳亮明，等.水稻黑條矮縮病抗性資源的篩選和抗性QTL的定位[J].作物學(xué)報(bào)，2010，36（8）：1258-1264.

[11]李愛宏，戴正元，季紅娟，等.不同基因型水稻種質(zhì)對(duì)黑條矮縮病抗性的初步分析[J].揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版）2008，29（3）：18-22.

[12]盧百關(guān)，程兆榜，秦德榮，等.江蘇水稻主栽和候選品種抗黑條矮縮病鑒定[J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，42（12）：1481-1485.

[13]孫明法，萬林生，任仲玲，等.江蘇省不同生育類型水稻品種對(duì)黑條矮縮病的抗感差異性[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（6）：173-176.

[14]農(nóng)保選，郭輝，張宗瓊，等.普通野生稻對(duì)南方水稻黑條矮縮病的抗性機(jī)制分析及主效QTL定位[J/OL].分子植物育種：1-20[2022-01-06].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/46.1068.S.20210825.1924.023.html.

[15]劉延剛，陳軍，唐洪杰，等.山東省主要粳稻品種對(duì)黑條矮縮病的抗性鑒定[J].農(nóng)業(yè)科技通訊，2014（1）：78-80.

[16]周彤，王英，吳麗娟，等.水稻品種抗黑條矮縮病人工接種鑒定方法[J].植物保護(hù)學(xué)報(bào)，2011，38（4）：31-35.

[17]周彤，吳麗娟，王英，等.灰飛虱從冷凍病葉獲得水稻黑條矮縮病毒方法的研究初報(bào)[J].中國水稻科學(xué)，2010，24（4）：425-428.

[18]王寶祥，胡金龍，孫志廣，等.水稻黑條矮縮病抗性評(píng)價(jià)方法及抗性資源篩選[J].作物學(xué)報(bào)，2014，40（9）：1521-1530.

[19]方先文，張?jiān)戚x，張所兵，等.抗黑條矮縮病水稻品種資源的篩選與鑒定[J].植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2015，16（6）：1168-1171.

[20]李路路，侯士輝，張合紅，等.水稻黑條矮縮病抗病品種的篩選及其抗病機(jī)制初探[J].核農(nóng)學(xué)報(bào)，2020，34（6）：1138-1143.

[21]潘存紅，李愛宏，陳宗祥，等.水稻黑條矮縮病抗性QTL分析[J].作物學(xué)報(bào)，2009，35（12）：2213-2217.

[22]Zheng T，Yang J，Zhong W，et al.Novel loci for field resistance to black-streaked dwarf and stripe viruses identified in a set of reciprocal introgression lines of rice（Oryza sativa L.）[J].Molecular Breeding，2012，29（4）：925-938.

[23]Li A，Pan C，Wu L，et al.Identification and fine mapping of qRBSDV-6MH，a major QTL for resistance to rice black-streaked dwarf virus disease[J].Molecular Breeding，2013，32（1）：1-13.

[24]Zhang H，Ge Y，Wang M，et al.Mapping QTLs conferring resistance to rice black-streaked dwarf disease in rice（Oryza sativa L）[J].Euphytica，2016（2）：323-330.

[25]Sun Z，Liu Y，Xiao S，et al.Identification of quantitative trait loci for resistance to rice black-streaked dwarf virus disease and small brown planthopper in rice[J].Molecular Breeding，2017，37（6）：72.

[26]Feng Z M，Kang H X，Li M Y，et al.Identification of new rice cultivars and resistance loci against rice black-streaked dwarf virus disease through genome-wide association study[J].Rice，2019，12（1）：49.

[27]李艷舞.水稻抗黑條矮縮病相關(guān)miRNA鑒定及功能分析[D].南京：南京師范大學(xué)，2015.

[28]He Y Q，Zhang H H，Sun Z T，et al.Jasmonic acid-mediated defense suppresses brassinosteroid-mediated susceptibility to rice black streaked dwarf virus infection in rice[J].New Phytologist，2017（1）：388-399.

[29]Wang Z Y，Chen D Y，Sun F，et al.ARGONAUTE 2 increases rice susceptibility to rice black-streaked dwarf virus infection by epigenetically regulating HEXOKINASE 1 expression[J].Molecular Plant Pathology，2021，22（9）：1-12.