长江下游粳稻稻瘟病广谱抗性基因组合模式分析

[目的]基因聚合是实现水稻稻瘟病广谱抗性的有效途径之一.通过构建粳稻背景下不同双基因聚合系,利用长江下游粳型稻瘟病菌(Magnaporthe oryzea)菌株评价其抗性效应并解析其抗性效应产生的构成因子,为长江下游粳稻抗稻瘟病育种提供广谱抗性基因组合模式和种质资源.[方法]以粳稻07GY31为背景的Piz基因座不同复等位基因(Pigm、Pi40、Pi9、Pi2、Pizt和Piz)单基因系为核心,利用不完全NCⅠⅠ交配设计,分别与其他广谱抗性基因(Pi1、Pi54和Pi33)单基因系杂交,经分子标记辅助选择和农艺性状筛选,共构建18种不同基因组合的双基因聚合系.2019年利用长江下游粳稻种植区采集、分离的109个稻瘟病代表性菌株进行苗瘟、穗瘟人工接种鉴定及不同病圃的自然诱发鉴定,评价不同双基因聚合系的抗性效应,并分析双基因聚合系抗性效应的构成因子.[结果]Genotyping by sequencing(GBS)分析表明所构建的双基因聚合系均具有较高的背景恢复率,分布于97.08％(PPLPiz/Pi33)—99.08％(PPLPigm/Pi1).表明除了目标基因区域不同外,所有双基因聚合系的遗传背景几乎完全与受体亲本07GY31一致.同时人工接菌鉴定表明绝大部分双基因聚合系苗瘟和穗瘟抗性水平都优于单基因系.其中苗瘟抗性效应较好的聚合系分别为PPLPigm/Pi1、PPLPigm/Pi54、PPLPigm/Pi33、PPLPi9/Pi33、PPLPi9/Pi54、PPLPi40/Pi54、PPLPi40/Pi33、PPLPi40/Pi1、PPLPi9/Pi1,而穗瘟抗性效应较好的聚合系分别为PPLPigm/Pi1、PPLPigm/Pi54、PPLPigm/Pi33、PPLPi40/Pi33、PPLPi40/Pi54、PPLPi40/Pi1、PPLPizt/Pi33.不同抗性基因聚合后产生不同的效应,其中互补效应高且能有效表达是提高双基因聚合系苗瘟和穗瘟抗性的关键因子.双基因聚合系PPLPigm/Pi1、PPLPigm/Pi54和PPLPigm/Pi33在苗瘟和穗瘟的人工接种,以及在不同病圃的自然诱发鉴定中均表现稳定的广谱抗性,同时,农艺性状调查结果也表明这3个双基因聚合系的基本农艺性状与轮回亲本07GY31基本一致,因此,基因组合Pigm/Pi1、Pigm/Pi54和Pigm/Pi33是适于长江下游粳稻的广谱抗性基因组合模式.[结论]抗性基因的组合方式影响聚合系的抗性水平,互补效应高且能有效表达是粳型双基因聚合系抗性效应提高的关键因子.本研究构建的双基因聚合系及其抗性效应分析为长江下游广谱稻瘟病抗性粳稻品种的精准培育提供了种质资源和理论支撑.