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基本信息

項(xiàng)目名稱：
水稻抗紋枯病主效QTL-qSB-9的位置、效應(yīng)及作用方式
小類：
生命科學(xué)
簡(jiǎn)介：
紋枯病已成為我國(guó)南方部分稻作區(qū)的首要病害，水稻對(duì)該病的抗性屬于典型的數(shù)量性狀。研究抗病QTL（quantitative trait locus）的真實(shí)性及其遺傳特征具有重要的理論和實(shí)踐價(jià)值，而當(dāng)前關(guān)于該領(lǐng)域的研究報(bào)道十分稀少。 本項(xiàng)目通過整合水稻基因組信息、標(biāo)記開發(fā)與輔助選擇技術(shù)以及紋枯病精確接種鑒定方法等多種手段，采用擬染色體單片段替代系的研究策略，對(duì)不同品種（MH63, TQ和J85）第9染色體上的抗紋枯病QTLs（qSB-9）進(jìn)行了比較分析。結(jié)果證實(shí)：qSB-9J85、qSB-9MH63和qSB-9TQ均為真實(shí)的抗紋枯病QTL，其抗病等位基因純合和雜合時(shí)均可減輕病級(jí)1.0級(jí)左右，表現(xiàn)為顯性遺傳；qSB-9J85和qSB-9MH63位于相同的分子標(biāo)記區(qū)間內(nèi)（RM201-RM6971），推測(cè)為同一個(gè)QTL；該標(biāo)記區(qū)間包括在qSB-9TQ的存在區(qū)間內(nèi)。研究結(jié)果將加速qSB-9的育種應(yīng)用和克隆。
詳細(xì)介紹：
紋枯病是水稻三大病害之一，每年造成的損失達(dá)數(shù)十億公斤稻谷。在中國(guó)南方稻區(qū)的很多地方已經(jīng)成為水稻的第一大病害。 目前，對(duì)紋枯病免疫或高抗的品種寥寥無(wú)幾。因此，加快紋枯病的遺傳研究具有重要的實(shí)踐意義和較高的理論價(jià)值。 水稻對(duì)紋枯病的抗性屬于典型的數(shù)量性狀。利用水稻的多個(gè)不同研究群體組合共檢測(cè)到30個(gè)左右的抗紋枯病QTL，涉及全部的水稻12條染色體。然而其中有些QTL的定位重演性較差，相對(duì)作用效應(yīng)較小，不利于遺傳研究和育種利用。水稻抗紋枯病主效QTL-qsB-9重演性較好，經(jīng)過多次年際間和地點(diǎn)間的重復(fù)驗(yàn)證，證實(shí)了QTL-qsB-9的作用效應(yīng)為1級(jí)。因此，開展水稻紋枯病主效QTL-qsB-9的遺傳研究十分可靠。 水稻第9染色體是發(fā)現(xiàn)存在抗紋枯病QTL次數(shù)最多的染色體。不同研究者：Li等（1995）利用Lemont/特青的F3-4家系群體，Pinson等利用該組合的RIL群體，以及譚彩霞等采用性狀鑒定加標(biāo)記輔助選擇的研究策略，利用特青與Lemont（輪回親本）組合的回交群體，都在特青第9號(hào)染色體的相似或鄰近區(qū)間檢測(cè)到一個(gè)抗病QTL-qSB-9。 本項(xiàng)目同時(shí)通過整合水稻基因組信息、標(biāo)記開發(fā)與輔助選擇技術(shù)以及紋枯病精確接種鑒定方法等多種手段，采用擬染色體單片段替代系的研究策略，通過對(duì)不同的回交組合MH63/Lemont , J85/Lemont ，TQ/Lemont 的高世代回交群體的3種分離基因型群體的平均病級(jí)病指進(jìn)行抗感比較分析。結(jié)果證實(shí)：qSB-9J85、qSB-9MH63和qSB-9TQ均為真實(shí)的抗紋枯病主效QTL，其抗病等位基因純合和雜合時(shí)均可減輕病級(jí)1.0級(jí)左右，表現(xiàn)為顯性遺傳。這是首次在近等基因系水平上證實(shí)抗水稻紋枯病QTL的位置并明確有利等位基因的效應(yīng)和作用方式。qSB-9J85和qSB-9MH63位于相同的分子標(biāo)記區(qū)間內(nèi)（RM201-RM6971），推測(cè)為同一個(gè)QTL；該標(biāo)記區(qū)間包括在qSB-9TQ的存在區(qū)間內(nèi)。 通過本實(shí)驗(yàn)的研究，有助于加快抗紋枯病水稻育種進(jìn)程和數(shù)量抗病基因的遺傳研究，并為本基因的精細(xì)定位和克隆奠定基礎(chǔ)。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

目的：為水稻抗紋枯病分子標(biāo)記輔助育種提供可靠的基因資源及其利用策略。 思路：通過圖譜整合，確定不同研究中水稻第9染色體上檢測(cè)到的抗紋枯病QTL-qSB-9的相對(duì)位置；通過發(fā)展新的分子標(biāo)記和構(gòu)建擬染色體片段代換系，確定不同親本上qSB-9的存在區(qū)間、抗性效應(yīng)及與之連鎖的分子標(biāo)記；通過對(duì)qSB-9Tq的近等基因系進(jìn)行2種田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定qSB-9Tq的效應(yīng)與作用方式。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

科學(xué)性：染色體片段代換系及近等基因系是研究作物復(fù)雜數(shù)量性狀基因效應(yīng)與作用方式的最好材料，結(jié)合精確的牙簽嵌入接種法及多個(gè)試驗(yàn)重復(fù)，明顯提高結(jié)果可靠性與科學(xué)性。 先進(jìn)性：確證不同抗病親本上qSB-9的存在區(qū)間，精確分析qSB-9Tq的抗性效應(yīng)及作用方式，在國(guó)內(nèi)外尚屬首次。 獨(dú)特性：通過擬染色體片段代換系、牙簽嵌入接種法及2種田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)開展本研究，是本項(xiàng)目的獨(dú)特之處。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

紋枯病已嚴(yán)重威脅到我國(guó)的水稻高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。開展抗紋枯病水稻育種的前提是獲得抗性基因并了解其作用方式和物理位置，同時(shí)獲得其緊密的分子標(biāo)記。qSB-9是之前研究中發(fā)現(xiàn)的一個(gè)主效抗紋枯病QTL。本項(xiàng)目圍繞qSB-9的相關(guān)研究結(jié)果，將直接促進(jìn)qSB-9在育種實(shí)踐中的應(yīng)用速度，加速抗病品種的培育。

學(xué)術(shù)論文摘要

在水稻品種J85、明恢63和特青第9染色體上分別檢測(cè)到抗紋枯病QTL（qSB-9），命名為qSB-9J85、qSB-9MH63和qSB-9TQ。 結(jié)合水稻物理圖譜及標(biāo)記整合圖譜，發(fā)現(xiàn)qSB-9J85、qSB-9MH63和qSB-9TQ的置信區(qū)間相近或局部重疊。以感病親本Lemont為輪回親本分別與J85、MH63和TQ雜交并回交以構(gòu)建各遺傳分析群體。用標(biāo)記輔助選擇結(jié)合抗性鑒定策略，在兩個(gè)不同回交世代對(duì)qSB-9J85和qSB-9MH63進(jìn)行驗(yàn)證，表明這兩個(gè)QTL均位于分子標(biāo)記RM6971-RM201區(qū)間內(nèi)，在雜合狀態(tài)下均可減輕紋枯病病級(jí)1.0級(jí)左右。通過更嚴(yán)格的分子標(biāo)記前景和背景篩選，在BC6F2世代獲得在Lemont遺傳背景下的qSB-9TQ近等基因系。用完全隨機(jī)和隨機(jī)區(qū)組等兩種田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)qSB-9TQ抗性效應(yīng)和作用方式進(jìn)行研究。結(jié)果證實(shí)qSB-9TQ亦可減輕紋枯病病級(jí)1.0級(jí)左右，抗性表現(xiàn)為幾乎完全的顯性特征，存在區(qū)間也與上述兩個(gè)QTL相同。為此，可認(rèn)為3個(gè)不同抗病親本上的qSB-9為同一個(gè)QTL。研究結(jié)果將加速qSB-9的育種應(yīng)用，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)其克隆奠定基礎(chǔ)。

獲獎(jiǎng)情況

2008年12月，作品參加某大學(xué)第五屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽，獲一等獎(jiǎng)

鑒定結(jié)果

無(wú)

參考文獻(xiàn)

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.譚彩霞，紀(jì)雪梅，楊勇，等. 水稻回交世代中兩個(gè)抗紋枯病主效數(shù)量基因的鑒定與標(biāo)記輔助選擇. 遺傳學(xué)報(bào)，2005，32 (4): 399-405. 4.左示敏，殷躍軍，張麗，等. 水稻抗紋枯病QTL qSB11的育種價(jià)值及其進(jìn)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

同類課題研究水平概述

在水稻對(duì)紋枯病抗性遺傳研究中，目前主要集中在抗病QTL的定位上。1995年Li等首次利用RFLP標(biāo)記進(jìn)行抗水稻紋枯病QTL的定位，此后陸續(xù)有Zou等（2000）、韓月澎等（2000）、Sato等（2004）的報(bào)道或開展了水稻抗紋枯病QTL的定位研究。這些研究分別涉及到TQ/Lemont，J85/Lemont，珍汕97/明恢63，窄葉青8號(hào)/京系17，Hinohikari/WSS2親本和91SP068/奇妙香等雜交組合。所用到的定位群體涉及到RIL群體、F2無(wú)性系群體、F3-4家系群體、DH群體、回交F1群體。在上述研究中一共檢測(cè)到30個(gè)左右的抗紋枯病QTL，涉及到水稻全部的12條染色體。結(jié)合整合圖譜發(fā)現(xiàn)，部分主效QTL被不同的研究小組定位在相同或相近的染色體區(qū)間，表明了這些QTL存在的真實(shí)性和所在區(qū)間的可靠性。通過構(gòu)建部分主效QTL的近等基因系，譚彩霞等（2005）研究發(fā)現(xiàn)，抗性等位基因來(lái)自特青的一個(gè)主效QTL-qSB-9Tq的確切區(qū)間位于分子標(biāo)記RM201-RM205之間，而且發(fā)現(xiàn)其在Lemont遺傳背景下可以減輕紋枯病病級(jí)1.0-1.5級(jí)（在0-9級(jí)的病級(jí)分類系統(tǒng)中）。這表明，qSB-9Tq的是一個(gè)真實(shí)的抗水稻紋枯病QTL，可以用于標(biāo)記輔助育種實(shí)踐以提高水稻品種對(duì)紋枯病的抗性水平。 上述研究將qSB-9Tq的存在區(qū)間確定在分子標(biāo)記RM201-RM205之間，此區(qū)間遺傳或物理距離還很長(zhǎng)（大于10cM，或大于1800kb），這在很大程度上限制了qSB-9Tq在標(biāo)記輔助育種中的應(yīng)用，有必要對(duì)其進(jìn)一步定位。 Zou等和韓月澎等，也在水稻第9號(hào)染色體上定位到抗性QTL，其抗性等位基因分別來(lái)自qSB-9J85和qSB-9MH63，區(qū)間對(duì)比發(fā)現(xiàn)，初步定位區(qū)間并不與qSB-9Tq的存在區(qū)間一致。因此，第9號(hào)染色體是否存在多個(gè)抗性QTL，還是初步定位的區(qū)間有誤，事實(shí)上只有一個(gè)抗性QTL，且其存在區(qū)間與qSB-9Tq的一致，這些問題都還尚未明確，值得深入研究。 譚彩霞等研究表明qSB-9Tq能輕紋枯病病級(jí)1.0-1.5級(jí)，但其采用的研究群體是特青與Lemont的回交BC3F2材料，此世代群體的遺傳背景與Lemont還不夠相似，這將影響qSB-9Tq抗性效應(yīng)的精確評(píng)價(jià)。有必要采用遺傳背景一致的分析群體進(jìn)一步確定qSB-9Tq抗性效應(yīng)。
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