基于PARMS技术的稻瘟病抗性基因分子标记研究及其在江苏太湖稻区的应用.pdf
《基于PARMS技术的稻瘟病抗性基因分子标记研究及其在江苏太湖稻区的应用.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于PARMS技术的稻瘟病抗性基因分子标记研究及其在江苏太湖稻区的应用.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、江西农业学报 2023,35(08):2328ActaAgriculturaeJiangxiDOI:10.19386/ki.jxnyxb.2023.08.004基于PARMS技术的稻瘟病抗性基因分子标记研究及其在江苏太湖稻区的应用宋云生,曹鹏辉,于雅洁,乔中英,朱勇良,谢裕林,袁彩勇,董明辉*(江苏太湖地区农业科学研究所,江苏 苏州 215000)摘 要:以江苏太湖稻区的206份水稻育种高代稳定材料为研究对象,基于PARMS技术开发并应用了针对抗稻瘟病基因(Pi2、Pib、Pita、Pik)的分子标记,通过对水稻材料的基因型进行鉴定,分析了稻瘟病抗性基因在太湖稻区的分布情况,并进一步探讨了抗性
2、基因与田间诱发穗颈瘟抗病性表现的关系。结果表明,抗性基因Pib、Pita和Pik在供试材料中分布广泛,检出率分别为98.06%、85.44%和40.29%,而Pi2基因的检出率则较低,仅为26.70%。在抗性基因组合中,以“Pib+Pita”组合材料最多,占比84.47%;3个基因组合中以“Pib+Pita+Pik”的材料最多,占比34.47%。由田间抗病性鉴定结果可知,多基因聚合对稻瘟病的抵抗力明显增强,同时存在2个基因“Pib+Pita”的中抗级别以上材料48份,存在3个基因“Pi2+Pita+Pik”的中抗级别以上材料47份。相关性分析表明,Pib和Pik基因与穗颈瘟的抗性呈(极)显著正
3、相关,而Pi2和Pita基因的相关性不显著。本研究结果对于制定江苏太湖地区更有效的稻瘟病防治策略,以及进一步研究抗病品种选育具有重要的理论意义和较大的应用价值。关键词:PARMS技术;稻瘟病;抗性基因;分子标记;太湖稻区 中图分类号:S435.11 文献标志码:A 文章编号:1001-8581(2023)08-0023-06Molecular Marker of Rice Blast Resistance Genes Based on PARMS Technology and Its Application in Taihu Lake Rice Area of Jiangsu SONGYun-
4、sheng,CAOPeng-hui,YUYa-jie,QIAOZhong-ying,ZHUYong-liang,XIEYu-lin,YUANCai-yong,DONGMing-hui*(JiangsuTaihuAreaInstituteofAgriculturalSciences,Suzhou215000,China)Abstract:Atotalof206high-generationstablematerialsforricebreedinginTaihuLakericeareaofJiangsuweretakenastheresearchobjects.BasedonPARMStechn
5、ology,molecularmarkersweredevelopedandappliedinthericeblastresistancegenes(Pi2,Pib,PitaandPik).Byidentifyingthegenotypesofthericematerials,weanalyzedthedistributionofriceblastresistancegenesintheTaihuLakericeareaandfurtherexploredtherelationshipbetweenresistancegenesandfieldinducedpanicleneckblastre
6、sistance.TheresultsshowedthatresistancegenesPib,Pita,andPikwerewidelydistributedinthetestedmaterials,withdetectionratesof98.06%,85.44%and40.29%,respectively,whilethedetectionrateofthePi2genewasrelativelylow,only26.70%.Amongthecombinationsofresistancegenes,the“Pib+Pita”combinationwasthehighest,accoun
7、tingfor84.47%.Forthecombinationsofthreegenes,the“Pib+Pita+Pik”sampleswerethemost,accountingfor34.47%.Fielddiseaseresistanceidentificationrevealedasignificantenhancementinriceblastresistanceduetotheaggregationofmultiplegenes.Thenumberofmoderatelyresistantmaterialscontainingthetwogenes“Pib+Pita”reache
8、d48,andthatcontainingthethreegenes“Pi2+Pib+Pita”was47.ThecorrelationanalysisshowedthatthePibandPikweresignificantlypositivelycorrelatedwithpanicleneckblastresistance,whilethePi2andPitawerenotsignificantlycorrelatedwithpanicleneckblastresistance.Thisresearchholdssignificanttheoreticalimportanceandpra
9、cticalvalueforformulatingmoreeffectivericeblastcontrolstrategiesintheTaihuLakeareaofJiangsuandforfurtherstudiesondisease-resistantvarietyselection.Key words:PARMStechnology;Riceblast;Resistancegene;Molecularmarker;TaihuLakericearea收稿日期:2023-05-13基金项目:江苏省种业振兴揭榜挂帅项目(JBGS 2021 039);江苏省重点研发计划(BE2022335)
10、;苏州市科技计划项目(SNG201904);江苏太湖地区农业科学研究所科研基金项目(21008)。作者简介:宋云生(1983),男,江苏东海人,助理研究员,博士,主要从事水稻育种与栽培技术研究。*通信作者:董明辉。江 西 农 业 学 报35 卷240 引言水稻(Oryza sativaL.)是全球最为重要的粮食作物之一,尤其在我国其产量和稳定性对国家粮食安全和经济稳定具有至关重要的作用1。然而,水稻的产量和品质往往受到各种病害的严重威胁,其中稻瘟病(Magnaporthe oryzae)对水稻的影响尤为显著2。近年来,江苏太湖稻区的稻瘟病发生频率和严重程度均有上升的趋势3,给当地水稻生产带来了
11、重大压力,而抗病品种的利用是抵抗稻瘟病灾害风险最直接、最有效的方法,因此,对稻瘟病抗病育种的研究成为太湖稻区水稻研究的重要内容。在稻瘟病的防治中,利用抗性基因对水稻品种进行筛选和改良是一种有效的策略4。随着基因工程和生物技术的快速发展,已经成功克隆并研究了一系列抗稻瘟病基因5,如Pi1、Pi2、Pi9、Pia、Pib、Pik和Pita等。然而,由于不同水稻品种中抗性基因的分布、频率和效果存在较大差异6,如何准确、高效地在育种材料中识别和利用抗性基因,已经成为当前学者们的重要研究方向之一。相比于传统的育种方法,分子标记辅助育种7(Marker-AssistedSelection,MAS)有助于提
12、高育种的效率和精确性,利用抗性基因的分子标记,可以在育种过程中对目标基因进行追踪和筛选,从而实现快速、准确的育种进程。以往多项研究8-9已开发了一系列的分子标记,如SSR、AFLP、CAPS、SNP等分子标记在抗性基因的定位、鉴定和辅助选择育种等方面取得了显著的成果。作为一种独特的SNP-PCR分析技术,PARMS(Penta-PrimerAmplificationRefractoryMutationSystem,五引物扩增受阻突变体系)结合了1对通用荧光引物、1对SNP等位基因特异引物以及1条反向共用引物进行检测10,该技术无须对PCR扩增产物进行耗时的DNA电泳分析,简化了操作过程,同时保
13、持了较高的标记精确性,使得在大规模的育种项目中快速、准确地筛选和鉴定抗性基因成为可能。卿冬进等11采用PARMS技术成功开发了水稻Pigm基因的分子标记,通过对48份水稻亲本进行基因型鉴定,并结合田间抗性表型验证,证实了该技术的可靠性。伍豪等12研究表明,利用PARMS技术开发的分子标记可有效地运用于水稻抗病性分子标记辅助育种。然而,以往研究大多集中于单个抗性基因的分子标记开发和应用,对于多个抗性基因共同作用的研究相对较少,而且抗性基因的效果容易受到遗传背景和自然环境的影响13。因此,利用抗性基因进行水稻抗病性育种仍需要进一步研究和探索。江苏太湖稻区水稻种植历史悠久,品种变异类型多样、抗性基因
14、资源丰富14,开发和利用分子标记对于提升该地区水稻的抗性育种水平具有重要的现实意义。本研究以课题组多年筛选培育的水稻高代材料为主体,针对江苏太湖稻区的稻瘟病种类和病原菌特性15,基于PARMS技术对Pi2、Pib、Pita和Pik等4个基因的快速准确检测进行深入研究,分析以上抗性基因在供试水稻材料中的分布特征,并根据田间抗病性表现探讨其与抗性基因之间的关系,旨在为该地区抗稻瘟病水稻品种选育提供技术支持。1 材料与方法1.1 供试材料供试水稻材料为江苏太湖地区农业科学研究所筛选培育的高代稳定材料206份。供试菌株为2021年江苏省农业科学院植物保护研究所提供的代表性稻瘟病菌株(2021-3、20
15、21-43、2021-71、2021-150和2021-497)。由4个抗性基因分子标记开发的感病和抗病品种对照分别为嘉58和淮稻5号(Pi2)、南粳46和淮稻5号(Pib)、武运粳24和南粳46(Pita)、武运粳24和南粳46(Pik)。1.2 供试水稻材料穗颈瘟抗性鉴定穗颈瘟田间自然鉴定在江苏省常州市金坛试验基地进行。供试水稻材料和诱发品种(苏御糯、丽江黑谷)采用交错播种方式,在水稻分蘖阶段将稻瘟病菌样撒布在田间,于成熟期观察并记录穗颈瘟的发病情况,群体抗性分级标准如表1所示。水稻全生育期内不防治病害,虫害防治和水肥管理参照大田常规生产。表1 水稻穗颈瘟发病群体抗性分级标准级别发病率抗性
16、级别0级无病高抗1级病穗率低于5.0%抗3级病穗率达到5.1%10.0%中抗5级病穗率达到10.125.0中感7级病穗率达到25.1%50.0%感9级病穗率达到50.1%100.0%高感注:穗颈瘟发病率(%)=病穗数/调查总穗数100%。1.3 水稻叶片DNA提取与PCR扩增2021年8月对206份水稻材料叶片进行取样。8 期宋云生等:基于PARMS技术的稻瘟病抗性基因分子标记研究及其在江苏太湖稻区的应用25取长、宽约1cm的叶片置入深孔板中(96孔1.2mL),注入100 L0.3mol/L的氢氧化钠,进行50Hz磨样1min,研磨完成后以3000r/min离心1min,随后在沸水浴中处理1
17、min,加入400 L0.2mol/LTris-HCl混匀,再次进行沸水浴1min,水浴完成后以3000r/min离心1min,取上清液稀释1030倍,用于后续PCR扩增。参考卿冬进等11的研究方法对所选206份水稻材料进行PCR扩增,通过PARMS引物设计网站(http:/)设计等位基因特异引物和反向共用引物,详细的标记引物序列见表2,由武汉景肽生物科技有限公司负责合成引物。1.4 等位基因型分型鉴定PCR扩增完成之后,采用酶标仪(TECANinfi-niteM1000)读取扩增产物的荧光信号强度,使用snpdecoder在线软件( 数据处理使用Excel2016软件对试验数据进行处理和图表
18、绘制。采用SPSS21.0统计分析软件对水稻材料携带的抗性基因与其田间穗颈瘟抗性级别进行相关性分析。2 结果与分析2.1 分子标记开发利用稻瘟病抗性品种基因序列与感病品种等位基因的序列差异,设计针对水稻抗稻瘟病基因Pi2、Pib、Pita和Pik的4组共显性SNP分子标记,相应的分子标记名称分别为SYS-Pi2、SYS-Pib、SYS-Pita和SYS-Pik,其引物序列及荧光信号类型见表2。对每个基因都设计了1对通用荧光引物、1对SNP等位基因特异引物以及1条反向共用引物,以确保扩增出目标基因的SNP位点。表2 分子标记引物序列及荧光信号类型位置基因名称标记名称引物名称引物序列(5-3)荧光
19、信号等位基因型6-10432612Pi2SYS-Pi2SYS-Pi2-FgGAAGGTGACCAAGTTCATGCTCTCTGCCATGCAGAATGCAGFAMGSYS-Pi2-FtGAAGGTCGGAGTCAACGGATTCTCTGCCATGCAGAATGCATHEXTSYS-Pi2-RCAACCATTGAGCTTCAGCAAG/2-35115218PibSYS-PibSYS-Pib-FaGAAGGTGACCAAGTTCATGCTGATTTGGACATCTGGGTTCTCAFAMTSYS-Pib-FgGAAGGTCGGAGTCAACGGATTATTTGGACATCTGGGTTCTCGHEX
20、CSYS-Pib-RGGGGAACAAGTGGTGATATGG/12-10609769PitaSYS-PitaSYS-Pita-FcGAAGGTGACCAAGTTCATGCTCTCTTCCTATATCTCTTTAAAATATGTTTATACFAMCSYS-Pita-FgGAAGGTCGGAGTCAACGGATTCTCTTCCTATATCTCTTTAAAATATGTTTATAGHEXGSYS-Pita-RAGAGTATTTGCTTAGGAGTACGTGTC/11-27988778PikSYS-PikSYS-Pik-FtGAAGGTGACCAAGTTCATGCTCGTGAGGTGCATCTCAAA
21、GTTAGTFAMTSYS-Pik-FcGAAGGTCGGAGTCAACGGATTGTGAGGTGCATCTCAAAGTTAGCHEXCSYS-Pik-RGGTTATTGCTTCTGCCCCAT/其中,2条携带不同荧光信号的等位基因特异引物,将分别与PARMSmastermix中带FAM和HEX的荧光信号相互匹配。根据引物序列对比分析可知,预测PCR扩增后,以上引物能够有效地扩增目标基因的SNP位点,并通过检测2种荧光信号将抗病品种与感病品种的基因型区分开,以实现这4组分子标记的特异性。2.2 基因型检测利用开发设计的4组荧光分子标记检测206份水稻材料的基因型,于PCR扩增后经荧光扫描、数据
22、分析,得到FAM和HEX荧光信号的散点图(图1)。在供试水稻材料中,4组分子标记均能有效识别区分相应的SNP差异,表明分子标记开发成功。根据图1结果,汇总稻瘟病抗性基因在供试材料中的分布如图2所示。结合引物设计原理分析,发现在206份水稻材料中Pib抗性基因的检出率最高,达到了98.06%(202/206);其次为Pita和Pik基因,检出率分别为85.44%(176/206)和40.29%江 西 农 业 学 报35 卷26(83/206);Pi2基 因 的 检 出 率 则 较 低,为26.70%(55/206);而未检出以上抗性基因的材料仅1份。以上结果表明,多年的育种选择在很大程度上提高了
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 PARMS 技术 稻瘟病 抗性 基因 分子 标记 研究 及其 江苏 太湖 应用
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。