3个水稻材料抗褐飞虱基因定位与候选基因分析

作     者：王心怡 

作者单位：广西大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邱永福

授予年度：2019年

学科分类：09[农学] 0904[农学-植物保护] 090401[农学-植物病理学] 090402[农学-农业昆虫与害虫防治] 

主      题：水稻 褐飞虱 抗性基因定位 抗性机制 候选基因分析 分子标记辅助选择 

摘      要：水稻是中国的第一大粮食作物,褐飞虱是造成水稻受害减产的最主要害虫之一。实践表明,控制水稻虫害最安全经济的方式是从水稻种质资源中发掘抗褐飞虱基因,培育抗虫水稻品种。本实验从水稻抗源筛选入手,获得3个高抗褐飞虱的水稻品种ARC5984、570011、CL48并对其携带的抗性基因进行定位及候选基因分析。经多次抗虫鉴定表明,水稻品种ARC5984对褐飞虱种群的平均抗性级别为2.7,具有很强的抗虫性。利用ARC5984与9311杂交构建的包含230个家系的F2群体进行抗性基因初步定位,将其定位在第4染色体标记RM5635和RM5742之间的6 cM区域内,该区域内最大LOD值为59,该位点解释了 F2群体中抗褐飞虱表型变异的72%。然后利用回交群体BC1F2和BC2F2中筛选的重组单株,结合抗虫鉴定结果和基因型分析,将其精细定位在标记BF3和BF9之间,以日本晴为参考序列的46 kb区段内。对该区段内4个候选基因进行荧光定量表达分析表明,在受到褐飞虱侵染后,抗、感植株中候选基因Os04g35190和Os04g35210的表达量有显著差异。测序结果表明,ARC5984中Os04g35210的CDS与己克隆的基因Bph6相同,但Os04G35190的CDS在ARC5984和9311中存在差异。此外,基于褐飞虱寄主选择性实验、群体生长速率(PGR)和存活率实验,结果表明pre-NIL植株上褐飞虱数目显著下降,且明显抑制其生长和发育。可见,该基因介导了对褐飞虱显著的趋避性和抗生性。最后,利用RM5635和BF9两个标记进行分子标记辅助选择(MAS);将其应用于回交个体的筛选,证实了该连锁标记的有效性。多次苗期抗虫鉴定结果表明,水稻品种570011的平均抗性级别为2.9,表现出高抗性。将570011与9311杂交、自交得到120个F2:3家系,并利用其将目的基因定位于第4染色体标记4m19.12和4m24.64之间。基于标记信息和参考基因组分析,我们发现该抗性基因与Bph6基因十分靠近。因此,我们直接对该候选基因进行测序,结果表明该基因的CDS与Bph6存在多位点单碱基差异,我们推测570011中的褐飞虱抗性基因是Bph6的等位基因。经多次抗虫鉴定表明,水稻品种CL48对褐飞虱的平均抗性级别为2.8,表现出高抗性。我们将CL48分别与籼稻KW和粳稻TP309杂交构建F2定位群体。基于CL48/KW群体进行苗期抗虫鉴定,我们将抗性基因定位于第11染色体的分子标记11m16.89和11m18.41之间,该区域最大LOD值为22.5,解释的表型值的78.4%。基于CL48/TP309群体进行褐飞虱蜜露分泌量和体重增加量测定,将抗性基因定位在同一染色体的分子标记11m14.345和11m17.55之间。结果表明,采用不同群体和不同的表型指标确定的抗性基因位置基本一致。