南方水稻黑条矮缩病苗期抗性基因的关联分析、精细定位及候选基因分析

发布时间：2020-04-13 07:20

【摘要】：水稻(Oryza sativa L.)是世界上最重要的粮食作物之一,全球有超过一半的人口以稻米为主食,南方水稻黑条矮缩病(SRBSDV)的爆发给水稻生产造成极大损失。实践证明,发掘利用新抗源、培育抗病新品种,是控制水稻病害最经济有效、最环保的措施。然而,迄今为止,尚无与SRBSDV抗性相关的基因或QTL的报道。本研究利用SNP标记,对广西地方稻种资源核心种质的SRBSDV苗期抗性进行全基因组关联分析。同时对普通野生稻导入系D4的SRBSDV苗期抗性主效QTL进行精细定位,结合基因表达量分析鉴定出候选基因,为抗SRBSDV水稻分子育种提供新的基因资源和可靠的分子标记,为该基因的图位克隆和功能分析奠定坚实的基础。1.广西地方稻种资源核心种质SRBSDV苗期抗性的全基因组关联分析利用人工接种方法,对广西地方稻种资源核心种质进行SRBSDV苗期抗性鉴定,结果显示,419个地方品种的SRBSDV苗期抗性表现出明显差异,发病率变异范围为6.11-100%,平均值为84.80%。利用211,818个SNP标记,全基因组关联分析(GWAS)共检测到5个与水稻SRBSDV苗期抗性相关的QTL,分别为qSRBSDV1、qSRBSDV4、qSRBSDV5、qSRBSDV11及qSRBSDV12,单个QTL可解释7.84-17.80%的表型变异。在所有的关联SNP位点中,共检测到221个候选基因,其中46个候选基因在籼稻群体和总体样本群体中均被检测到。2.普通野生稻导入系D4的SRBSDV的抗性特征及其遗传分析D4为含有普通野生稻血缘的高抗SRBSDV材料,本研究采用排驱性及抗生性测验分析了 D4对传毒介体白背飞虱的抗性水平,结果表明D4对传毒介体白背飞虱既无排驱性也无抗生性,表明其对SRBSDV的抗性为抗病毒性而非抗虫性。同时,采用人工接种鉴定方法对广恢998/D4 F2代进行SRBSDV苗期抗性遗传分析,结果显示,F2群体的水稻SRBSDV苗期抗性呈偏正态分布,表明抗源D4的SRBSDV苗期抗性受主效基因和微效基因共同控制。3.利用基于高通量测序的QTL-seq技术定位与水稻SRBSDV苗期抗性相关的主效QTL通过对357份998/D4 F2代衍生的F2:3家系进行SRBSDV人工接种鉴定,选取极端抗、感各50 个F2单株的DNA等量混合,构建抗、感池,与双亲一起进行重测序。采用SNP-index关联分析法,将与水稻SRBSDV苗期抗性相关的主效QTL定位于第9染色体上1.40M的范围内,其物理距离为16,300,001-17,700,001bp,区间内包含218个预测基因,命名为qSRBSDV9。4.水稻SRBSDV苗期抗性主效QTLqSRBSDV9的验证及精细定位利用InDel标记,对SRBSDV苗期抗性主效QTL进行连锁遗传分析,利用区间作图法,检测到与SRBSDV苗期抗性相关的QTL位于第9染色体上的分子标记Indel7和Indel40之间,与QTL-seq检测出来的qSRBSDV9位置相吻合,该区域的LOD值为4.8,可以解释34.6%的表型变异。根据qSRBSDV9的定位区间,设计InDel引物,扩增亲本和分离群体单株,先筛选在双亲间具有多态性的InDel标记,利用双亲间具有多态性的InDel标记筛选近等基因系,最终找到12个重组单株,比较重组单株与抗、感亲本的标记差异,采用代换作图法,最终将qSRBSDV9定位于分子标记ID32和ID35之间(物理距离为17,393,019-17,495,354bp)102.3kb的范围内,该区间仅包含21个预测基因。5.水稻SRBSDV苗期抗性相关候选基因分析通过参考水稻基因组的注释信息,对qSRBSDV9区域内的预测基因进行功能注释。通过对抗、感亲本进行人工接种SRBSDV,对qSRBSDV9区域内的21个候选基因进行接种前后表达量分析,最终鉴定出两个参与水稻SRBSDV苗期抗性调控的最优候选基因 LOC_Os09g28690 和 LOC_Os09g28730。6.水稻SRBSDV苗期抗性主效QTLqSRBSDV9连锁分子标记的开发及其育种评价利用田间自然鉴定法,对桂育7号/D4构建的BC3F3代衍生的BC3F3:4群体进行SRBSDV苗期抗性鉴定,利用与SRBSDV苗期抗性位点qSRBSDV9紧密连锁的InDel标记ID32和ID35对抗、感株系进行检测,结果显示,两个标记的扩增条带均清晰、稳定,基因型与表型的吻合率均达到90%以上。与此同时,利用这两个标记筛选含有qSRBSDV9的近等基因系,其抗病性比感病亲本有了显著的提升。研究结果表明,水稻SRBSDV苗期抗性主效QTLqSRBSDV9及其连锁分子标记ID32和ID35可以应用于水稻分子标记辅助选择育种。
【图文】：

乳白色,锯齿,矮缩病,症状

病株茎秆表面有乳白色大小约１？２ｍｍ的瘤状突起（手摸有明显粗糙感），瘤突呈蜡点状逡逑纵向排列成一短条形，早期乳白色，后期褐黑色。感病植株根系不发达，须根少而短，逡逑严重时根系呈黄褐色（周国辉等，２００８；周国辉等，２０１０；邋Ｚｈｃｍｅｔａｌ．，２０１３）（图１－１）。逡逑我国近年常发生并且与ＳＲＢＳＤＶ在症状上不易辨别的水稻病毒病有水稻锯齿叶矮逡逑缩病和水稻黑条矮缩病。叶脉脉肿和叶缘缺刻是水稻锯齿叶矮缩病的特征症状，利用此逡逑特征可辨别二者；“倒生根”和“高节位分枝”在水稻黑条矮缩病中较少出现，可以根逡逑据此特征辨别二者（Ｍｉｌｎｅｅｔａｌ．，１９８２；何愚等，，１９８４）。逡逑１逡逑

序列,稻区,呼肠病毒科,水稻黑条矮缩病

逦ｅ逡逑（杜琳琳，２０１２；王颂，２０１２）逡逑图１－１邋ＳＲＢＳＤＶ发病症状逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｙｍｐｔｏｍ邋ｏｆ邋ｒｉｃｅ邋ｉｎｆｅｃｔｅｄ邋ｂｙ邋ＳＲＢＳＤＶ逡逑ａ：田间危害状；ｂ：病株与健康株；ｃ：倒生须根；ｄ：染病植株叶鞘上的蜡条状；ｅ：高位分蘖；逡逑ａ：邋Ｓｙｍｐｔｏｍ邋ｏｆ邋ＳＲＢＳＤＶ邋ｉｎ邋ｆｉｅｌｄ；邋ｂ：邋Ｉｎｆｅｃｔｅｄ邋ｐｌａｎｔ邋ａｎｄ邋ｈｅａｌｔｈｙ邋ｐｌａｎｔ；邋ｃ：邋Ｉｎｖｅｒｔｅｄ邋ｆｉｂｒｏｕｓ邋ｒｏｏｔｓ；邋ｄ：逡逑Ｗｈｉｔｅ邋ｅｎａｔｉｏｎｓ邋ｏｎ邋ｔｈｅ邋ｓｔｅｍ；邋ｅ：邋Ｔｉｌｌｅｒｓ邋ｏｎ邋ｔｈｅ邋ｈｉｇｈ邋ｎｏｄｅ逡逑１．２邋ＳＲＢＳＤＶ的发生和流行逡逑ＳＲＢＳＤＶ于２００１年首次被周国辉在广东省阳西县水稻田中发现（周国辉等，２００４），逡逑其后，周国辉等（２００４）根据病害症状、发生区域生态特点及病毒基因组的片段序列，逡逑认为该病的病原是水稻黑条矮缩病病毒（Ｒｉｃｅ邋ｂｌａｃｋ－ｓｔｒｅａｋｅｄ邋ｄｗａｒｆ邋ｖｉｒｕｓ，ＲＢＳＤＶ）邋—个逡逑新品种或新株系。２００８年，周国辉等（２００８）报道了该病毒应为呼肠病毒科（ＡｅｏＷｎＷａｅ）逡逑斐济病毒属的一个新种，并命名为南方水稻黑条矮缩病毒（Ｓｏｗlzｅｍ邋ｒｆｃｅ逡逑ＷａｃＡ：－对ｖ／ｒｕｓ，邋ＳＲＢＳＤＶ）。ＳＲＢＳＤＶ由迁飞性昆虫白背飞槰传播，由它引起逡逑的ＳＲＢＳＤＶ已经在我国华南、西南等广大稻区以及越南、日本等国的部分稻区流行和逡逑危害（周国辉等
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S435.111.4

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