基本信息
- 项目名称：
- 水稻抗纹枯病主效QTL-qSB-9的位置、效应及作用方式
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 纹枯病已成为我国南方部分稻作区的首要病害，水稻对该病的抗性属于典型的数量性状。研究抗病QTL（quantitative trait locus）的真实性及其遗传特征具有重要的理论和实践价值，而当前关于该领域的研究报道十分稀少。 本项目通过整合水稻基因组信息、标记开发与辅助选择技术以及纹枯病精确接种鉴定方法等多种手段，采用拟染色体单片段替代系的研究策略，对不同品种（MH63, TQ和J85）第9染色体上的抗纹枯病QTLs（qSB-9）进行了比较分析。结果证实：qSB-9J85、qSB-9MH63和qSB-9TQ均为真实的抗纹枯病QTL，其抗病等位基因纯合和杂合时均可减轻病级1.0级左右，表现为显性遗传；qSB-9J85和qSB-9MH63位于相同的分子标记区间内（RM201-RM6971），推测为同一个QTL；该标记区间包括在qSB-9TQ的存在区间内。研究结果将加速qSB-9的育种应用和克隆。
- 详细介绍：
- 纹枯病是水稻三大病害之一，每年造成的损失达数十亿公斤稻谷。在中国南方稻区的很多地方已经成为水稻的第一大病害。 目前，对纹枯病免疫或高抗的品种寥寥无几。因此，加快纹枯病的遗传研究具有重要的实践意义和较高的理论价值。 水稻对纹枯病的抗性属于典型的数量性状。利用水稻的多个不同研究群体组合共检测到30个左右的抗纹枯病QTL，涉及全部的水稻12条染色体。然而其中有些QTL的定位重演性较差，相对作用效应较小，不利于遗传研究和育种利用。水稻抗纹枯病主效QTL-qsB-9重演性较好，经过多次年际间和地点间的重复验证，证实了QTL-qsB-9的作用效应为1级。因此，开展水稻纹枯病主效QTL-qsB-9的遗传研究十分可靠。 水稻第9染色体是发现存在抗纹枯病QTL次数最多的染色体。不同研究者：Li等（1995）利用Lemont/特青的F3-4家系群体，Pinson等利用该组合的RIL群体，以及谭彩霞等采用性状鉴定加标记辅助选择的研究策略，利用特青与Lemont（轮回亲本）组合的回交群体，都在特青第9号染色体的相似或邻近区间检测到一个抗病QTL-qSB-9。 本项目同时通过整合水稻基因组信息、标记开发与辅助选择技术以及纹枯病精确接种鉴定方法等多种手段，采用拟染色体单片段替代系的研究策略，通过对不同的回交组合MH63/Lemont , J85/Lemont ，TQ/Lemont 的高世代回交群体的3种分离基因型群体的平均病级病指进行抗感比较分析。结果证实：qSB-9J85、qSB-9MH63和qSB-9TQ均为真实的抗纹枯病主效QTL，其抗病等位基因纯合和杂合时均可减轻病级1.0级左右，表现为显性遗传。这是首次在近等基因系水平上证实抗水稻纹枯病QTL的位置并明确有利等位基因的效应和作用方式。qSB-9J85和qSB-9MH63位于相同的分子标记区间内（RM201-RM6971），推测为同一个QTL；该标记区间包括在qSB-9TQ的存在区间内。 通过本实验的研究，有助于加快抗纹枯病水稻育种进程和数量抗病基因的遗传研究，并为本基因的精细定位和克隆奠定基础。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：为水稻抗纹枯病分子标记辅助育种提供可靠的基因资源及其利用策略。 思路：通过图谱整合，确定不同研究中水稻第9染色体上检测到的抗纹枯病QTL-qSB-9的相对位置；通过发展新的分子标记和构建拟染色体片段代换系，确定不同亲本上qSB-9的存在区间、抗性效应及与之连锁的分子标记；通过对qSB-9Tq的近等基因系进行2种田间试验设计，确定qSB-9Tq的效应与作用方式。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性：染色体片段代换系及近等基因系是研究作物复杂数量性状基因效应与作用方式的最好材料，结合精确的牙签嵌入接种法及多个试验重复，明显提高结果可靠性与科学性。 先进性：确证不同抗病亲本上qSB-9的存在区间，精确分析qSB-9Tq的抗性效应及作用方式，在国内外尚属首次。 独特性：通过拟染色体片段代换系、牙签嵌入接种法及2种田间试验设计开展本研究，是本项目的独特之处。
应用价值和现实意义
- 纹枯病已严重威胁到我国的水稻高产、稳产。开展抗纹枯病水稻育种的前提是获得抗性基因并了解其作用方式和物理位置，同时获得其紧密的分子标记。qSB-9是之前研究中发现的一个主效抗纹枯病QTL。本项目围绕qSB-9的相关研究结果，将直接促进qSB-9在育种实践中的应用速度，加速抗病品种的培育。
学术论文摘要
- 在水稻品种J85、明恢63和特青第9染色体上分别检测到抗纹枯病QTL（qSB-9），命名为qSB-9J85、qSB-9MH63和qSB-9TQ。 结合水稻物理图谱及标记整合图谱，发现qSB-9J85、qSB-9MH63和qSB-9TQ的置信区间相近或局部重叠。以感病亲本Lemont为轮回亲本分别与J85、MH63和TQ杂交并回交以构建各遗传分析群体。用标记辅助选择结合抗性鉴定策略，在两个不同回交世代对qSB-9J85和qSB-9MH63进行验证，表明这两个QTL均位于分子标记RM6971-RM201区间内，在杂合状态下均可减轻纹枯病病级1.0级左右。通过更严格的分子标记前景和背景筛选，在BC6F2世代获得在Lemont遗传背景下的qSB-9TQ近等基因系。用完全随机和随机区组等两种田间试验设计，对qSB-9TQ抗性效应和作用方式进行研究。结果证实qSB-9TQ亦可减轻纹枯病病级1.0级左右，抗性表现为几乎完全的显性特征，存在区间也与上述两个QTL相同。为此，可认为3个不同抗病亲本上的qSB-9为同一个QTL。研究结果将加速qSB-9的育种应用，同时为实现其克隆奠定基础。
获奖情况
- 2008年12月，作品参加某大学第五届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛，获一等奖
鉴定结果
- 无
参考文献
- 1.Zou J H, Pan X B, Chen Z X, et al.. Mapping quantitative trait loci controlling sheath blight resistance in two rice cultivars (Oryza sativa L.). Theor. Appl. Genet. 2000, 101 (4): 569-575. 2.Pinson S R M, Capdevielle F M, and Oard J H. Confirming QTLs and finding additional loci conditioning sheath blight resistance in rice using recombinant inbred lines. Crop Sci, 2005, 45: 503-¬510. 3.谭彩霞，纪雪梅，杨勇，等. 水稻回交世代中两个抗纹枯病主效数量基因的鉴定与标记辅助选择. 遗传学报，2005，32 (4): 399-405. 4.左示敏，殷跃军，张丽，等. 水稻抗纹枯病QTL qSB11的育种价值及其进一步定位. 2007，21(2): 136-142. 5.Yin Yue-Jun, Zuo Shi-Min, Wang Hui, et al. Pyramiding effects of three quantitative trait loci for resistance to sheath blight using near-isogenic lines of rice, Chinese J Rice Sci, 2008, 22(4):340-346. 6.Zuo Shi-Min, Zhang Li, Hui Wang, et al. Prospect of the QTL-qSB-9Tq utilized in molecular breeding program of japonica rice against sheath blight, Journal of Genetics and Genomics, 2008, 35:499-505
同类课题研究水平概述
- 在水稻对纹枯病抗性遗传研究中，目前主要集中在抗病QTL的定位上。1995年Li等首次利用RFLP标记进行抗水稻纹枯病QTL的定位，此后陆续有Zou等（2000）、韩月澎等（2000）、Sato等（2004）的报道或开展了水稻抗纹枯病QTL的定位研究。这些研究分别涉及到TQ/Lemont，J85/Lemont，珍汕97/明恢63，窄叶青8号/京系17，Hinohikari/WSS2亲本和91SP068/奇妙香等杂交组合。所用到的定位群体涉及到RIL群体、F2无性系群体、F3-4家系群体、DH群体、回交F1群体。在上述研究中一共检测到30个左右的抗纹枯病QTL，涉及到水稻全部的12条染色体。结合整合图谱发现，部分主效QTL被不同的研究小组定位在相同或相近的染色体区间，表明了这些QTL存在的真实性和所在区间的可靠性。通过构建部分主效QTL的近等基因系，谭彩霞等（2005）研究发现，抗性等位基因来自特青的一个主效QTL-qSB-9Tq的确切区间位于分子标记RM201-RM205之间，而且发现其在Lemont遗传背景下可以减轻纹枯病病级1.0-1.5级（在0-9级的病级分类系统中）。这表明，qSB-9Tq的是一个真实的抗水稻纹枯病QTL，可以用于标记辅助育种实践以提高水稻品种对纹枯病的抗性水平。 上述研究将qSB-9Tq的存在区间确定在分子标记RM201-RM205之间，此区间遗传或物理距离还很长（大于10cM，或大于1800kb），这在很大程度上限制了qSB-9Tq在标记辅助育种中的应用，有必要对其进一步定位。 Zou等和韩月澎等，也在水稻第9号染色体上定位到抗性QTL，其抗性等位基因分别来自qSB-9J85和qSB-9MH63，区间对比发现，初步定位区间并不与qSB-9Tq的存在区间一致。因此，第9号染色体是否存在多个抗性QTL，还是初步定位的区间有误，事实上只有一个抗性QTL，且其存在区间与qSB-9Tq的一致，这些问题都还尚未明确，值得深入研究。 谭彩霞等研究表明qSB-9Tq能轻纹枯病病级1.0-1.5级，但其采用的研究群体是特青与Lemont的回交BC3F2材料，此世代群体的遗传背景与Lemont还不够相似，这将影响qSB-9Tq抗性效应的精确评价。有必要采用遗传背景一致的分析群体进一步确定qSB-9Tq抗性效应。
