应用RAPD标记快速鉴定水稻的抗稻瘟病基因

稻瘟病是水稻的一种主要病害.由于稻瘟病菌(Pyricularia oryzae Cuv.)生理小种的多样性和小种致病性的不断变化,使得选育抗谱广、抗性稳定的水稻品种成为一大难题.转育(或选择)含多个抗性基因的品种是解决这一问题的有效途径.然而,不同的抗病基因对某个生理小种的反应可能完全一致,因此,传统的靠接种进行观察选择很难达到选择多个抗性基因的目的.此外,直接进行人工接种,显然受到时间和环境的影响,因而选择的准确性不高.     

利用QTL定位分析水稻的稻瘟病抗性基因

水稻对稻瘟病小种的抗性常表现为多基因的数量性状, 而众多易变稻瘟病小种的存在, 使得水稻的抗性研究进展缓慢. 为了探讨抗性基因座的分布及相互作用, 选择20个稻瘟病生理小种, 接种源于ZYQ8/JX17的双单倍体分离群体, 利用Cartographer QTL作图软件, 鉴定出124个抗性QTL, 分别位于12条染色体72个标记区间100个位置上. 其中小种HB97-36-1鉴定出16个QTL, 1个小种未鉴定出任何抗性基因座, QTL对表型变异的贡献率介于3.52%~68.64%之间. 有82个QTL (66.13%) 的抗病等位基因源于抗病亲本ZYQ8, 42个QTL(33.87%) 的抗病等位基因源于感病亲本JX17. 多数鉴定的抗性QTL分布于已定位的主效基因附近, 其中位于第1, 2, 8, 10和12染色体上的基因座较为集中, 分布呈簇状. 比较基因座的位置发现, 1个抗性基因座可以对几个不同的生理小种表现抗性, 但抗性的效率不同.     

豌豆种传花叶病毒抗病基因sbm-1的RAPD标记

与抗病性状连锁的DNA标记对抗病后代的选择和抗病基因的克隆提供了非常有用的工具。豌豆种传花叶病毒(PSbMV)是由种子,并经蚜虫非持久性传播的病毒,有3个株系:P-1,L及P-4,其中以P-1株系分布最广。系列研究表明:4个隐性基因控制着对3个株系的抗性,其中sbm-1对P-1,sbm-2及sbm-3对L及其相关的L-1,而sbm-4则对P-4。1993年新西兰的Timmerman首次报道了sbm-1的RFLP(restriction fragment length polymorphism)标记,但遗传距离较大,为8cM。本研究根据BSA(bullked segregant analysis)方法,鉴定了与sbm-1连锁的RAPD(random amplified polymorphic DNA)标记。     

大豆中NBS类抗病基因同源序列的分离与鉴定

植物抗病原克隆研究对于植物抗病育种和抗病机制的理解具有重要意义。根据预测结构域可将已知植物抗病基因分为4类,其中以NBS（nucleotide binding site)结构域为主。NBS结构域包括P环（激酶1a)、激酶2a和激酶3a。这为利用同源技术克隆植物抗病基因提供了可能。根据烟草抗花叶病毒N基因和拟南芥抗丁香假单孢杆菌RPS2基因设计兼并引物,从大豆抗花叶病毒品种科丰1号的基因组中扩增获得358个克隆,鉴定出4个能读的且与抗病基因NBS结构域同源的片段：KNBS1,KNBS2,KNBS3和KNBS4.Southern杂交表明NBS类抗病基因在大豆中为多拷贝家族;RFLP分析将KNBS4定位于F连锁群,而NBS2则与大豆抗花叶病毒基因Rsa的SCAR标记同位于J连锁群。Northern分析表明KNBS2类在大豆的根、茎和叶中为低丰度组成型表达,这为最终克隆大豆抗病基因打下了基础。     

抗小麦黄花叶病毒转基因小麦的获得及病毒诱导的基因沉默

利用Act1启动子和除草剂选择标记bar基因，构建了含有小麦黄花叶病毒外壳蛋白基因的植物表达载体，采用基因枪法导和小麦品系，经PCR和PCR－RFLP对转基因小麦T0代及T1代进行检测后，对阳性植株的后代株系（T2代）进行田间抗病性检测。结果表明，外源基因可以在后代中遗传，并且其中一个转基因株系的后代(P8-T2)对小麦黄花叶病毒呈现高度抗性，经Westernblot和RT－PCR检测发现，抗病转基因小麦体内外壳蛋白基因在病毒感染后的表达水平出现明显下降，认为所获得转基因小麦的抗性是由病毒诱导的基因沉默引起的。     

玉米大斑病抗性基因Ht2的精细定位

精细定位玉米大斑病抗性基因Ht2对于图位克隆该基因和探讨玉米基因组中抗病基因的分布规律及分子标记辅助选择有重要意义。以大斑病的感病自交系“获白”为母本，抗病自交系“77Ht2”为父本，构建了F2作图群体。通过RFLP分析知，Ht2基因定位在第8染色体的UMC89和BNL2．369之间，与BNL2．369相距0．9cM。然后选用在该区域的SSR标记进行了加锁分析，确定了SSR标记UMC1202，BNLG1152，UMC1149与Ht2基因紧密连锁，其中UMC1149与Ht2基因的距离为7．2cM。利用BSA法从450个RAPD引物的扩增产物中筛选出7个可能与Ht2基因连锁的标记，并将其中单拷贝标记转换为SCAR标记。连锁分析表明，一个SCAR标记（定名为SD－06633）距Ht2基因0．4cM。在此基础上，构建了Ht2基因所在区域的分子标记连锁图。     

两个来源于野生稻的抗褐飞虱新基因的分子标记定位

选用抗源来自药用野生稻（Oryza offcinalis Wall)的抗褐飞虱品系B5为父本,与感虫品种台中本地1号（TN1）杂交,随机选取167个F2单株构成定位群体。运用RFLP技术,采用集团分离分析法（bulked segregant analysis,BSA),对水稻抗褐飞虱基因进行分子标记定位。于第3和第4染色体找到与抗褐飞虱基因连锁的RFLP标记。构建了连锁标记附近区域的RFLP遗传连锁图谱,对这两个抗位点进行了QTL（quantitative trait locus)分析,将这两个抗褐飞虱基因分别定位于第3染色体的G1318和R1925,第4染色体的C820和S11182之间。与已报道的水稻抗褐飞虱基因位点相比较,表明这两个抗褐飞虱基因是新的抗性位点。抗褐飞虱基因新位点的发现和分子标记的建立,为水稻抗虫分子标记辅助育种和抗褐飞虱基因克隆打下了良好基础。     

水稻抗病基因同源序列的克隆、定位及其表达

根据已知植物抗病基因的保守区域设计引物,从抗稻瘟病水稻品种种窄叶青８号第１链ｃＤＮＡ和基因组ＤＮＡ中扩增出３个与植物抗病基因同源的序列：Ｏｓｒ１,Ｏｓｒ２和Ｏｓｒ３,三者核苷酸水平的同源性在９８％以上。     

来自长穗偃麦草的抗小麦条锈病基因的定位

对一套小麦_长穗偃麦草二体代换系进行了条锈病抗性鉴定、抗性遗传和生化分析 .结果表明 ,长穗偃麦草携带有新的抗小麦条锈病基因 ,位于 3E染色体上 ,在小麦背景中呈显性遗传 ,暂定名为YrE .长穗偃麦草编码的酯酶_5结构基因位于 3E染色体上 ,暂命名为Est_E5 .F2 群体分析发现Est_E5与抗病基因YrE呈共分离 ,表明Est_E5是检测 3E染色体及其携带的抗条锈病基因较理想的生化标记位点 .单体代换系 3A/3E和 3D/3E中 3E染色体通过自交的传递率显著高于 3B/3E中 3E通过自交的传递率 ,可能与E基因组和小麦A ,B ,D基因组的遗传分化程度有关 .     

水稻抗白叶枯病基因Xa-4的精细定位及其共分离分子标记

利用Ｘａ－４的近等基因系ＩＲ２４和ＩＲＢＢ４构建Ｆ_２群体,通过抗性鉴定筛选出感病植株,利用水稻高密度图谱上的分子标记和候选抗病基因片段进行分析,构建了抗白叶枯病基因Ｘａ－４的遗传图谱,并获得了与 Ｘａ－４共分离的分子标记 ＲＳ１３．构建的遗传图谱还包含另外５个紧密连锁的分子标记,其中１个是ＰＣＲ标记,４个是国际通用的水稻高密度图谱上的ＲＦＬＰ标记．为图位克隆Ｘａ－４打下了基础,也为分子标记辅助选择育种提供了有效的分子标记。     

来自长穗偃麦草的抗小麦条锈病基因的定位

对一套小麦－长穗偃麦草二体代换系进行了条锈病抗性鉴定,抗性遗传和生化分析,结果表明,长穗偃麦草携带有新的抗小麦条锈病基因,位于３Ｅ染色体上,在小麦背景中呈显性遗传,暂定名为ＹｒＥ,长穗偃麦草编码的酯酶－５结构基因位于３Ｅ染色体上,暂命名为Ｅｓｔ－Ｅ５．Ｆ２群体分析发现Ｅｓｔ－Ｅ５与抗病基因ＹｒＥ呈共分离,表明Ｅｓｔ－Ｅ５是检测３Ｅ染色体及其携带的抗条锈病基因较理想的生化标记位点。     

玉米抗纹枯病QTL分子标记定位

用抗玉米纹枯病自交系CML270和感病自交系478的(CML270×478)×CML270 BC_1∶2群体共322个株系为作图和定位群体, 构建了125个SSR标记位点的遗传连锁图谱, 覆盖玉米基因组1939.0 cM, 平均图距15.5 cM. 采用复合区间定位分析, 检测到玉米纹枯病抗病指数主效QTL位点3个, 2个位于第1染色体, 1个位于第7染色体上, 它们分别能解释表型变异的18%~20%; 控制株高的QTL位点7个, 分别位于第3~6染色体上, 控制“穗位高”的QTL位点5个, 分别位于第3, 4, 6染色体上. 自交系CML270玉米纹枯病抗性主效QTL真实存在, 抗性与植株高度遗传上不存在连锁关系, 为玉米纹枯病分子标记辅助选择(MAS)和抗性基因分离与克隆提供了技术和材料支撑.     

水稻受稻瘟病菌诱导基因的分离和克隆

利用一对抗瘟性近等基因系(Near-isogenic lines, NILs)H7R(抗病)和H7S(感病),经稻瘟病菌小种早期诱导,提取RNA,进行mRNA差异显示(Differential display,DD)分析.在获得多个DD片段的基础上,经PCR重扩增、Sourthern杂交粗筛及Northern blotting进一步鉴定.阳性片段克隆于PGEM-T载体,经序列测定,国际联网查询,已获得两个受稻瘟病菌诱导的水稻新基因cDNA片段克隆. 在我国,Magnaporthe grisea是水稻稻瘟病的主要病害菌,由于生理小种的复杂性,抗病品种的抗性丧失已成为传统育种的一大难题.国际上对采用基因工程改良水稻的抗瘟性越来越重视并已成了各国竞争的热点.然而期望通过RFLP基因定位,并借助图谱克隆抗瘟性基因尚需多年的工作和大量的投入.此外,对于水稻与稻瘟病菌之间“基因对基因”的互作在分子水平上尚缺乏了解.本研究采用了本实验室完善的mRNA差异显示技术体系,在国际上首次用DD方法,鉴定和克隆受稻瘟病菌诱导的新的水稻抗瘟性和防卫反应候选基因.     

水稻萍乡显性核不育基因的定位

水稻基因互作型显性核不育材料萍乡核不育株是来自水稻保持系萍乡可育株的突变型,用萍乡核不育株、萍乡可育株与不含对萍乡核不育有恢复能力的互作基因的常规品种测６４聚合杂交得到的［（萍乡核不育株×测 ６４）Ｆ_(１不育)×萍乡可育株］ Ｆ_１和［萍乡核不育株×（萍乡可育株×测６４） Ｆ_１］ Ｆ_１作为分离群体,利用分子标记将该核不育基因定位于第１０染色体的微卫星标记ＲＭ２２８和ＲＭ２５８之间;进一步发现距离该核不育基因 ２．６ｃＭ的 ＲＦＬＰ标记 Ｇ２１５５．该基因暂定名为 Ｍ_(ｓ－ｐ)．     

表达雪花莲凝集素(GNA)的转基因水稻纯系抗褐飞虱

利用基因枪法将含有潮霉素抗性基因pht,gusA报告基因和雪花莲外源凝集素基因gna的2个质粒（pWRG1515和pRSSGNA1)共转化粳稻品种鄂宜105号和鄂晚5号种子胚诱导的愈伤组织。从轰击的329块愈伤中共再生出61株独立转基因植株。PCR／Southern blot分析显示,79％的转基因植株含有所有3个外源基因。Western blot分析发现,48株含gna基因的转基因植株中有36株（75％）在不同水平上表达了GNA,GNA最高表达量占总可溶性蛋白的0．5％,遗传分析证实外源基因在转基因后代植株中大多以孟德尔方式遗传。从其R1代为3：1孟德尔分离方式遗传的后代R2代植株中,鉴定出含有并表达所有3个外源基因的5个独立转基因植株纯系。褐飞虱生物鉴定和喂养试验表明,转基因纯系对褐飞虱具有显著的抑制作用,具体表现为降低褐飞虱存活率和繁殖力、延缓褐飞虱发育进度及减少褐飞虱进食量,即表达GNA的转基因水稻纯系对褐飞虱具有抗性作用。     

水稻“抗癌”新因子bsr-d1

稻瘟病被称为水稻"癌症",严重危害水稻的产量和品质,应用广谱持久抗稻瘟病基因是抵御稻瘟病侵害最有效的方法之一。利用全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)结合重组自交系遗传群体共相关分析,从广谱持久高抗稻瘟病水稻材料"地谷"中鉴定并获得了一个广谱抗病遗传位点bsr-d1。bsr-d1通过调控过氧化氢酶基因的表达调节H_2O_2的积累,从而影响水稻的稻瘟病抗性。bsr-d1提高稻瘟病抗性的同时,对水稻产量和品质影响不明显,因此在水稻抗病育种中具有广阔的应用前景。     

稻瘟病菌新无毒基因AvrPi7的遗传及物理作图

稻瘟病是目前最具毁灭性的作物病害之一. 本研究通过由田间菌株CHL346和CHL42杂交得到的189个子囊孢子菌株构建的分离群体, 在亲本菌株CHL346中鉴定到了与水稻稻瘟病抗性基因Pi7对应的无毒基因AvrPi7. 为了确定AvrPi7位点的染色体位置, 本研究开发了一套基于稻瘟病菌测序菌株70-15全基因组序列的121个微卫星(simple sequence repeat, SSR)标记. 利用这些SSR标记对AvrPi7位点进行了连锁分析. 结果表明, 位于第1染色体的8个SSR标记与该无毒基因连锁, 其中2个最近的侧翼标记MS1-9和MS1-15分别距离AvrPi7位点3.2和16.4 cM. 为了进一步完成该位点的精细作图, 在MS1-9和MS1-15的侧翼区域进一步开发了8个SSR标记和3个候选无毒基因(candidate avirulence gene, CAG)标记. 通过对这些标记的连锁分析, AvrPi7位点被界定于标记MS1-21和MS1-22之间1.6 cM的区域内, 并与标记CAG2共分离. 为了构建该无毒位点的物理图谱, 通过生物信息学分析(bioinformation analysis, BIA), 将与该基因连锁的分子标记分别着陆于参考菌株70-15的超重叠群(supcontig)上. AvrPi7位点最终被界定在标记MS1-21和MS1-22之间的75 kb区段内. 本研究的结果对于进一步了解真菌中普遍存在的重组不平衡和部分二倍体等现象, 以及对该基因进行克隆及其功能研究具有重要意义.     

大豆花叶病毒抗性基因Rsa的分子标记

大豆花叶病毒病危害严重,世界大豆产区的均有发生,以广谱抗源材料科丰１号为母本,感病品种南农１１３８－２为父本配制杂交组合,针对南方强毒株系Ｓａ进行了抗病性遗传学分析。通过接种鉴定亲本,Ｆ１,Ｆ２和Ｆ３代的抗性表现,Ｘ＾２测验结果表明,对Ｓａ的抗性是由单显性基因Ｒｓａ决定的采用ＢＳＡ法,利用ＲＡＰＤ技术在抗感染池间寻找多态性标记。     

水稻抗白叶枯病基因Xa—4的精细定位及其共分离分子标记

利用Ｘａ－４的近等基因系ＩＲ２４和ＩＲＢＢ４构建Ｆ２群体,通过抗性鉴定筛选出感病植株,利用水稻高密度图谱上的分子标记和候选抗病基因片段进行分析,构建了抗白叶枯病基因Ｘａ－４的遗传图谱,并获得了与Ｘａ－４共分离的分子标记ＲＳ１３。构建的遗传图谱还包含另外５个紧密边锁的分子标记,其中 １个是ＰＣＲ标记,４个是国际通用的水稻高密度图谱上的ＲＦＬＰ标记。为图位克隆Ｘａ－４打下的基础,也为分子标记辅助选择育     

与Gm-6和Pi-5(t)连锁的栽培稻BAC克隆在药用野生稻中的FISH定位

用栽培稻遗传图第4连锁群中与抗稻瘿蚊和抗稻瘟病基因, Gm-6和Pi-5(t)连锁的RFLP标记RG214和RZ565及其筛选出来的2个BAC克隆作探针, 对药用野生稻荧光原位杂交. 供试探针均被定位于第4染色体长臂, 百分距分别为74.18±2.62, 52.33±3.78, 72.33±2.62和54.50± 5.43, 信号检出率为8.3%, 9.8%, 52.70%和61.2%. BAC克隆和RFLP标记探针杂交位置几乎一致, 说明在栽培稻和野生稻中RFLP标记RG214和RZ565都在同一BAC克隆的大插入片段中, 药用野生稻与抗性基因Gm-6和Pi-5(t)的同源顺序就在第4染色体信号出现的相应位置. 在未封阻的情况下, 药用野生稻多个染色体上具有信号, 这表明药用野生稻和栽培稻的Cot1DNA重复顺序也在一定的程度上具有同源性. 药用野生稻第4染色体是根据Jena等(1994)和RFLP杂交的结果确定的, 并讨论了栽培稻BAC克隆对药用野生稻原位杂交物理作图的可行性等问题.