Resistance Genetic Analysis on Space-induced Resistant Lines of Zhong-er-ruan-zhan to Rice Blast
由稻瘟病菌（Pyricularia grisea Sacc.有性世代为Magnaporthe grisea）引起的稻瘟病是水稻最具毁灭性的病害之一。全球每年因稻瘟病造成的水稻产量损失达11%～30%，年平均超过1000万t[1]。我国南北各稻区每年均有不同程度的发生和流行，一般减产10%～20%，重的达40%～50%，局部田块甚至颗粒无收[2]。20世纪90年代以来，我国稻瘟病发生面积每年都在380万hm2以上，年损失稻谷达数亿千克[3]，遗传抗性、选育和利用抗病品种是最有效、最经济、对环境最友好的防治策略[5]。培育抗病品种是首要任务，在生产上一般通过化学防治和种植抗性品种来控制稻瘟病害。化学防治虽然能发挥一定的作用，但在病害流行年份收效甚微，且容易造成环境污染[4]。长期的生产实践证明，利用遗传抗性是发掘新抗源和鉴定抗性基因的重要手段，为此，世界各主要产稻国几乎都投入大量人力、物力开展稻瘟病抗性遗传研究，迄今已鉴定和定位了一大批抗瘟基因，并克隆了部分抗瘟基因，为阐明水稻抗瘟性分子基础、培育广谱或持久抗瘟水稻品种奠定了基础。但是，许多抗病品种在生产上推广几年之后就丧失了抗性，如何寻找新抗源延长品种稻瘟病的抗性周期，已成为各水稻生产国水稻改良项目中的首要问题[6]。
水稻航天育种（Rice Space-flight Breeding）技术是将水稻干种子搭载返回式卫星、航天飞机、飞船或高空气球，经过空间特殊环境的诱变作用产生变异，在地面上选择有益变异培育新种质、新品种的育种方法[7]。自1987年以来，我国先后多次利用返回式卫星或高空气球搭载植物、农作物种子，进行空间诱变育种研究，并取得了一批极有价值的研究材料和成果，同时，还发掘和筛选一些罕见的具有利用价值的突变体。本研究利用返回式卫星搭载，空间诱变中感稻瘟病的优质水稻品种“中二软占”[8]，分析其3个抗病诱变品系的抗性遗传基础，为抗病育种提供新种质，同时为定位和克隆抗病突变基因打下基础。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 水稻材料 研究材料为H1、H2及H3，由“中二软占”干种子经返回式卫星搭载空间运行18天后返回地面种植，连续多代单株选择所获得的SP4代诱变品系，性状基本稳定。部分“中二软占”种子留在地面，作为非诱变原种对照。经38个稻瘟病代表性菌株测定，H1、H2及H3的苗瘟抗谱均为94.74%，原种对照为28.95%；3个诱变品系连续2次在代表性病圃的田间穗茎瘟抗性均表现高抗稻瘟病，而原种对照均表现高感稻瘟病（数据未发表）。
1.1.2 稻瘟病菌株 菌株GD0193和GD3286被选择作为水稻材料抗性遗传分析菌株，采用中国7个鉴别寄主分别被鉴定为ZB13和ZA1小种，属于籼型致病小种；采用14个对广东稻瘟病菌具有较好鉴别能力的单基因鉴别寄主进行鉴定，致病型分别为I-01-04和I-02-03，其中GD0193可侵染Pi-k、Pi-kp、Pi-7（t）等8个单基因鉴别寄主，GD3286可侵染除Pi-zt外的13个单基因鉴别寄主。GD3286是一个广致病谱菌株，GD0193的致病谱也较广[9]，2个菌株均具有较好的代表性。“中二软占”对这两个菌株均高度感病。
1.2 方法
1.2.1 诱变品系H1、H2及H3对稻瘟病的抗性遗传分析 性状稳定的SP4代突变品系H1、H2及H3作为父本分别与感病亲本丽江新团黑谷（LTH）杂交，获得F1代种子，并自交获得F2代种子。F1及F2代均分成两份，一份接种稻瘟病菌GD0193，另一份接种GD3286。F1代选择抗病单株，F2代统计各个菌株对应的抗病株数和感病株数，明确抗感分离情况，采用χ2计算抗感分离比例，分析抗性遗传基础。
1.2.2 接种及病情鉴定 分别于2006年4月和8月将F1及F2代种子分成2份按2cm×1.5 cm的规格播于50cm×30cm×8cm的育秧盘中，每一盘的两侧均按同样规格播种原种对照及诱变品系各一行。秧苗长至3.5～4叶时，一份接种菌株GD0193，另一份接种GD3286。采用高压喷雾接种，接种液的孢子浓度为5×104个/ml，每盘接30～40ml孢子悬浮液。接种后于25℃暗室保湿24h，然后移至22～30℃的遮阴网室，定期喷雾保湿，7天后进行病情鉴定。病级划分按全国统一的0～9级标准进行，0～3级的定为抗病，4～9级的定为感病。
2 结果与分析
2.1 F1代抗性鉴定结果
鉴定结果表明，3个诱变品系H1、H2及H3与LTH杂交之F1代对2个稻瘟病代表性菌株GD0193和GD3286均表现出高抗水平。可见，其对菌株GD0193和GD3286的抗性均由显性基因控制。原种对照对这2个菌株均表现出高感水平，说明空间环境对“中二软占”产生了抗瘟性诱变，可从其后代获得有益的抗病突变体。本研究中“中二软占”为籼稻，从其空间诱变后代选育出的突变品系H1、H2及H3经形态鉴定仍属籼稻，以突变品系作为父本与国际上公认的、不含任何主效抗性基因的普感稻瘟病的粳稻品种丽江新团黑谷[10]杂交，属于籼粳亚种间杂交，其F1代植株形态上介于两者之间，很容易辨别，可完全淘汰假杂株。本研究采用抗性鉴定和形态辨别相结合的方法以确保F1代植株准确无误。
2.2 F2代抗性鉴定结果
由表1和表2可知，非诱变原种和LTH对稻瘟病菌株GD0193和GD3286均表现感病，突变品系H1、H2及H3对两菌株均表现抗病。H1×LTH之F2代群体对两菌株的抗感植株比都符合3：1的理论比值，表明H1对两菌株的抗性分别受一对显性主效基因的控制。H2×LTH和H3×LTH的2个F2代群体对菌株GD3286的抗感植株比均符合13：3的理论比值，符合2对显性基因控制的遗传，说明H2和H3对稻瘟病菌GD3286的抗性均受两对主效基因控制，2对抗性基因之间可能存在一定的互作。H2×LTH之F2代群体对菌株GD0193的抗感植株比既不符合13：3的分离比例，更不符合3：1或15：1的理论比值，说明其对菌株GD0193的抗性遗传基础较为复杂。H3×LTH之F2代群体对菌株GD0193的抗感植株比符合3：1的分离比例，说明H3对菌株GD0193的抗性也由一对显性主效基因控制。
InoculatedmaterialsDeviationofresistanttosusceptibleRSR∶SExpectationχ2χ20.05Originalvariety015Space-inducedlineH1150Space-inducedlineH2150Space-inducedlineH3150LiJiangXinTuanHeiGu(LTH)015F2(H1×LTH)3411142.99∶13∶10.0009663.84F2(H2×LTH)4411094.05∶113∶30.2134483.84F2(H3×LTH)9772004.89∶113∶31.4069803.84
Table 1 The deviation of resistant to susceptible of the original variety (CK),parents and their F2 populations inoculated by isolate GD3286
InoculatedmaterialsDeviationofresistanttosusceptibleRSR∶SExpectationχ2χ20.05Originalvariety015Space-inducedlineH1150Space-inducedlineH2150Space-inducedlineH3150LiJiangXinTuanHeiGu(LTH)015F2(H1×LTH)178583.07∶13∶10.00563.843∶127.5737F2(H2×LTH)320466.96∶113∶35.43483.8415∶123.8696F2(H3×LTH)3701023.62∶13∶12.71473.84
Table 2 The deviation of resistant to susceptible of the original variety (CK),parents and their F2 populations inoculated by isolate GD0193
3 讨论
稻瘟病是水稻最主要的病害，对水稻生产危害极大。稻瘟病的化学防治成本高、污染环境，所以抗病品种的培育十分重要。而生产上要得到抗病新种质十分困难，迄今已鉴定和定位50多个主效抗瘟基因和20多个QTLs位点[4]，成功地克隆了Pib、Pita、Pid2、Pi9、Pi2、Pizt和Pi-36等7个抗瘟基因[11～14]，为揭示水稻抗瘟性分子基础，以及通过分子育种手段培育广谱或持久抗稻瘟病品种奠定了基础。通过空间诱变技术培育抗病品系，挖掘抗病新种质，对农业生产意义重大[15]，可为水稻抗病育种开辟一条新的途径。空间诱变因太空特殊环境可以使植物产生罕见的突变体，为获得在地面上难以得到的新种质提供了一种快捷有效的途径，是产生新基因源的重要途径之一，因而越来越受重视。自开展空间诱变育种研究以来，有关水稻空间诱变材料性状变异的研究已有不少报道，但主要集中在重要农艺性状，如株高、分蘖、有效穗、千粒重等方面，而对空间诱变抗病性变异的研究目前尚处于起步阶段[16]。水稻空间诱变的机理是复杂的，基础理论研究十分薄弱，需系统地从不同角度和层次进行研究。
本研究从表型上证实H1、H2和H3三个诱变品系对稻瘟病表现出广谱高抗水平，同时还保留了原品种优良的农艺性状（数据未发表），完全可作为新的抗病种质应用于育种实践。经遗传分析，确定突变品系H2对菌株GD0193的抗病性表现出较为复杂的遗传基础，非一两对基因能够解析，说明空间诱变对水稻基因组引起的变异效应并非单个位点的，有两个位点甚至多个位点的突变。突变品系H1对稻瘟病菌GD0193和GD3286的抗病性分别受一对主效基因控制，控制这两个菌株的抗性基因是否一致有待进一步的研究。突变品系H3中控制菌株GD0193抗性的一对主效基因与其控制菌株GD3286抗性的两对显性基因是否有一对重叠，抑或都不一样也是一个值得深究的问题。
本研究表明，诱变品系H1、H2及H3均具有广谱的质量抗性，田间均达到高抗水平，深入剖析其质量抗性基因和数量抗性座位（QTLs），有助于对空间诱变抗性变异机理开展有益的探讨。在抗病育种实践中广谱的主效基因易于应用，可通过有性杂交、回交、复交等育种手段将其转育到目标品种中，同时利用与其紧密连锁的分子标记进行辅助选择可大大提高选择的效率。GD3286菌株是一个致病谱广、致病力强的稻瘟病菌株，本研究已证实广谱高抗突变品系H1对该菌株的抗性受一对主效基因控制，对该抗病基因的转育将具有较大的实用价值，因此定位该抗病基因显得尤为迫切。通过分子标记对广谱高抗突变品系的主效基因进行精细定位，一方面，通过育种手段将其转入到作物基因组中使目标性状得以表达；或者通过分子标记辅助选择，将分子生物学与传统遗传育种相结合，借助目标基因紧密连锁的遗传标记，分析基因型，鉴定分离群体中含有目标基因的个体，可以加快抗病育种进程；另一方面，对其进行精细定位为进一步克隆奠定基础，目前这方面的工作正在开展之中。
