水稻抗褐斑病品种资源筛选及广谱持久抗稻瘟病基因pi21和bsr-d1编辑材料的创建

作     者：Muhammad Usama Younas 

作者单位：扬州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：Shimin Zuo;Shabana Memon

授予年度：2023年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：水稻 褐叶斑病 稻瘟病 SSR标记 CRISPR/Cas9 pi21 bsr-d1 

摘      要：对于世界上不断增长的人口而言,水稻是最重要的口粮作物之一。人类消耗的大半卡路里源于诸如水稻、小麦和玉米等粮食作物。水稻是亚洲各国最重要的粮食作物,而诸如褐叶斑病、稻瘟病、白叶枯病等水稻病害引起的水稻减产是导致全球水稻产量逐年减少的主要原因之一。由褐斑病菌引起的水稻褐叶斑病是水稻增产的主要制约因素之一,由于该病原菌能够通过空气传播并可潜伏于稻种中,导致褐叶斑病的蔓延十分迅速。对水稻生产威胁最大的病害是稻瘟病,而寻找并培育抗性品种是控制稻瘟病发生的最经济有效方式。本研究对25份水稻品种进行了水稻褐斑病抗性鉴定,并鉴定到多个含有2个稻瘟病抗性基因的水稻品种。主要结果如下:1)对来自巴基斯坦不同水稻种植区的25个不同水稻品种进行了褐叶斑病抗性鉴定,并测定了其叶绿素含量、株高、剑叶长、剑叶宽、穗长、穗数、颖花数和千粒重等农艺性状。抗性鉴定结果表明,没有品种对褐叶斑病存在免疫抗性,仅有2个品种(Winner和Diamond 121)达到高抗水平,12个品种达到中抗水平,其余品种均中感或高感褐叶斑病。此外,25个品种的相关农艺性状存在较大差异,表明本研究所选取的水稻品种具有较好的多样性。相比于接种前,23个品种在接种后的各农艺性状均显著降低,而2个抗性品种在接种处理后的相关农艺性状表现良好,进一步表明了培育抗病品种的重要性。2)利用78个SSR标记对25个品种进行基因分型,其中53个SSR标记存在多态性,各标记包含的等位变异在2-4之间,平均为2.359个;多态性信息含量(PIC)在0.147～0.662之间,平均值为0.458利用上述标记的分型结果对25个品种进行聚类分析,发现这25个品种具有良好的遗传多样性。关联分析结果表明,6个SSR标记分别与穗数(RM1331)颖花数(RM3825、RM231)、株高(RM231)、剑叶长(RM267、RM424)和千粒重(RM561)显著相关,而标记RM542则与褐叶斑病发病率显著相关,且在该标记的3个等位变异中,含有等位变异ⅲ的品种的发病率显著高于含有其他2种等位变异的品种。这些相关标记位点上的优异等位变异可以进一步应用于相关性状的标记辅助育种中。3)在江苏著名商业化水稻品种南粳9108(NJ9108)背景下,利用CRISPR/Cas9技术,获得了含有广谱稻瘟病基因Pi2 1和Bsr-d1的水稻品系。To代共获得25个转基因单株,经测序鉴定,有7个单株存在突变,其中,5个单株的bsr-d1发生突变,共计四种突变类型;2个单株的pi21发生突变,共计两种突变类型。通过加代后检测,最终在T1代获得了4种bsr-d1和3种pi21纯合敲除(NJ9108bsr-d1KO、NJ9108pi21KO)。进一步通过杂交,我们还获得了 4个双基因突变的F1单珠,后期将对上述转基因株系进行稻瘟病抗性鉴定。总的来说,本研究鉴定出两个高抗褐叶斑病的水稻品种,并创建了多个具有广谱抗稻瘟病基因的新品系,为后续的抗褐叶斑病基因挖掘及抗稻瘟病育种提供了益处。