[00136190]空间诱变主效抗稻瘟病基因的克隆及其功能验证

①课题来源与背景; 稻瘟病是世界性水稻主要病害,危害严重时可造成颗粒无收,生产实践证明利用遗传抗性、选育和利用抗病品种是最经济有效、对环境最友好的防治策略。但因该病害病原菌小种类型多且变异快,抗病品种的抗性常因病原菌致病性的变异而很快丧失,因此,不断挖掘和鉴定新的抗病基因,进行有效的利用,培育广谱、长效的抗病品种,对于水稻生产具有重要的意义。空间诱变可以产生地面上用其它诱变因素处理难以出现的罕见突变,是产生新基因源和创造新种质的重要途径之一,因而越来越受研究者重视。本成果以上一期广东省自然科学基金项目“广谱高抗稻瘟病突变基因的精细定位及其创新应用研究”（2008－2010年）的研究内容为基础,对一具有广谱的抗稻瘟病特性的空间诱变水稻突变体的抗病机理进行研究,该材料连续多年在典型的自然病圃高抗穗颈瘟,具有良好的研究应用潜力,值得开展深入研究,应用前景广阔。 ②技术原理及性能指标; 本项目研究空间诱变高抗稻瘟病优良种质H4的抗病机理;在H4中鉴定到PiK位点同源基因,获得PiK1-H4和PiK2-H4的全长DNA序列,并确定稻瘟病菌侵染后PiK1-H4和PiK2-H4具有类似的表达模式;基因组序列、蛋白质序列分析表明PiK-H4可能为抗病基因PiK位点的新的等位基因,且PiK位点的多个等位基因之间存在微妙的差异,并均可直接体现在对稻瘟病菌的抗性表现上;RNAi功能分析表明PiK1-H4和PiK2-H4是H4对稻瘟病菌GD0193抗性得以发挥的必要组成,缺一不可;H4的Small RNA测序鉴定到一个靶向调控Pik2-H4 3’’UTR的新miRNAT46,结果表明miRNA T46可能作为负调控因子,参与抗病基因Pik-H4介导的稻瘟病抗病反应;利用分子标记辅助选择技术及抗性鉴定相结合的方法,培育了抗病基因PiK-H4的单基因系。H4具有良好的应用潜力,对稻瘟病的抗性较Pi-kh,Pi-1,Pi-9等单基因鉴别寄主更广谱且高抗,己采用分子标记辅助育种技术,将H4的抗病基因应用于恢复系的抗性改良中,并通过杂交选育,获得系列高抗稻瘟病且优质的杂交组合,其中宁优1179己通过广东省品种审定,因此本项目的抗病机理研究可更有效地利用该抗病种质,缩短育种进程。 在人才绩效方面,本项目培养了一批优秀专业人才,1名副高专业技术人员晋升为正高,1名中级专业技术人员晋升为副高,1名博士后已按照出站;培养博士研究生2人,均己获得博士学位;培养硕士研究生1人;发表研究论文9篇,其中SCI论文2篇。 ③技术的创造性与先进性; 研究材料是通过空间诱变甄选出来,具有广谱的抗稻瘟病特性,且连续多年在典型的自然病圃高抗穗颈瘟,具有良好的研究应用潜力,值得开展深入研究,应用前景广阔;本研究首次在这空一间诱变突变体中克隆到一个稻瘟病主效抗病基因Pik-H4,研究成果对于深入了解水稻空间诱变抗性变异的机理具有一定理论和实践价值。 与前人研究结果相比,本研究克隆到抗病基因簇Pik位点的一个新的抗病基因PiK-H4,并通过构建单基因系确定该基因的抗性特异性及与其它抗瘟基因之单基因系的抗性差异;同时,克隆了与其对应的稻瘟病无毒基因AvrPik-H4,对深入探讨稻瘟病抗病基因与稻瘟病菌无毒基因之间的互作机制的研究奠定理论基础,将有助于揭示水稻一稻瘟病菌的互作的复杂分子机制。 ④技术的成熟程度,适用范围和安全性; 本项目的实施,可填补国内外在空间诱变育种抗病性研究创新方面的不足,促进空间诱变抗病育种的发展,进一步促进我国优质抗病育种研究方面整体水平的提高,保持国际先进水平。研究结果具有重要的学术价值和良好的应用前景。 ⑤应用情况及存在的问题; 本项目所克隆到抗病基因及所创制的种质材料已应用于杂交组配,有望形成一批优良品系,其中宁优1179高抗稻瘟病、米质达到国标优质一级,己通过2014年广东省品种审定;天优1179和华优1179高抗稻瘟病、米质达到国标优质二级,均已进入广东省区试复试;Y两优1173高抗稻瘟病、米质达到国标优质二级,2013年早造省区试比对照种增产15.3%,增产极显著,名列试组第一名。具有较好的社会效益。 稻瘟病病原菌的变异致使水稻品种的抗性丧失和抗病品种的持久抗性较差的问题仍然是当前稻瘟病抗病育种所面临的问题;因此,实际的稻瘟病抗病育种须在抗病种质资源创新的基础上,因地制宜选择对本地区优势菌株表现广谱抗性的抗性基因,且发掘广谱抗病基因或相关调控因子,并对其进行开发利用,减少单一化使用风险。