基于连锁与连锁不平衡作图解析粳稻稻瘟病抗性遗传位点

基于连锁与连锁不平衡作图解析粳稻稻瘟病抗性遗传位点水稻是重要的粮食作物,稻瘟病是水稻主产区发生最严重的病害之一,培育抗病新品种是防治稻瘟病最经济、有效的方法。然而在实际生产中抗性品种会因新的稻瘟病菌生理小种的出现而导致感病,因此,不断地寻找新的抗源、发掘新的抗病位点,将有助于提高育种效率。所以深入研究水稻抗稻瘟病的遗传机制,挖掘抗病基因(QTL)及抗病载体材料,有利于推动水稻抗稻瘟病分子辅助育种,加快水稻抗病育种进程。连锁分析和关联分析是剖析复杂性状遗传基础的两种重要方法,两种方法结合应用有助于复杂数量性状的遗传解析,能够提高QTL的检测效率,使检测结果更为全面、可靠。粳稻栽培品种是稻瘟病抗性育种中最核心的种质资源。为此,本研究以东农415与丽江新团黑谷杂交衍生的RIL群体和227份粳稻栽培品种构成的自然群体为试验材料,利用连锁分析和关联分析检测与水稻苗期和分蘖期稻瘟病抗性相关的QTL位点,并挖掘抗性优异等位变异及相应的载体材料,同时进行杂交组合的预测,以期为粳稻抗稻瘟病的分子标记辅助育种和种质创新提供理论依据。主要结果如下:(1)利用7个中国鉴别品种对130个稻瘟病菌株进行鉴定,结果共鉴定出7个群38个生理小种,鉴出率达29.23%。其中ZA群和ZD群为优势种群,所占比例为43.85%和33.85%;优势小种为ZD5、ZD7、ZA53、ZA61、ZA55和ZA21,出现频率分别为21.54%、9.23%、8.46%、6.92%、6.15%和5.38%,总频率为59.23%,说明上述6个优势小种在黑龙江省稻瘟病菌群体中占据着主导地位。东农415对35个生理小种表现出抗性水平,抗谱达92.11%。从38个生理小种中优选出产孢好、致病力稳定的生理小种ZA5和ZD5用于后续稻瘟病抗性QTL分析。(2)在苗期和分蘖期,分别对RIL群体和自然群体接种后7d和14d的病害级别进行统计分析表明,各性状基本符合正态分布,呈现典型的数量性状遗传模式。t检验结果表明,2个供试群体7d和14d的病害级别差异极显著。(3)RIL群体利用123个SSR标记构建遗传连锁图,该连锁图覆盖12条染色体的2217.4cM。每个标记之间的平均遗传距离为18.0cM。采用完备区间作图法对苗期和分蘖期的稻瘟病抗性进行了QTL分析。在苗期,2个生理小种在2014和2015年2年中共鉴定出29个QTL,分布在水稻的第1、2、4、5、6、7、9和11染色体的23个区间内,其中与ZA57d和14d病害级别相关的QTL有5和8个;与ZD57d和14d病害级别相关的QTL有6和10个;有13个苗期稻瘟病抗性QTL在2年内均被检测到。在分蘖期,2个生理小种在2年中共鉴定出31个QTL,分布在第1、2、4、5、6、7、8、9和11条染色体的22个区间内,其中与ZA57d和14d病害级别相关的QTL有9和6个;与ZD57d和14d病害级别相关的QTL有9和7个;13个分蘖期稻瘟病抗性QTL在2年内均被检测到。(4)利用153个SSR标记对227份供试材料DNA进行扩增,共检测出多态性条带580条,变化范围为2~8条;群体结构分析表明,供试群体被分为2个亚群;54.7%的材料间亲缘关系系数为0;LD衰减大约发生在23cM的遗传距离处。(5)利用153个SSR标记通过MLM模型对苗期和分蘖期稻瘟病抗性相关的性状进行关联分析。在苗期,两年共检测27个SSR位点,累积40次显著关联(P<0.05),分布除第3、9和10染色体外的9条染色体上,其中与ZA57d和14d病害级别相关联的标记位点有11和9个;与ZD57d和14d病害级别相关联的标记位点有8和12个。有14个苗期稻瘟病抗性位点在两年均被检测到;在分蘖期,两年共检测32个SSR位点,累积47次显著关联(P<0.05),分布除第3和8染色体外的10条染色体上,其中与ZA57d和14d病害级别相关联的标记位点有11和11个;与ZD57d和14d病害级别相关联的标记位点有12和13个。有14个分蘖期稻瘟病抗性位点在两年均被检测到。通过相同标记和比较图谱发现,苗期和分蘖期分别有21和18个标记位点与本研究或前人连锁分析检测到QTL位点的侧翼标记相同或者位于其区间内。(6)对经连锁分析(本研究及前人研究)验证或在2年中稳定被检测到的SSR标记位点进一步进行抗稻瘟病优异等位变异的挖掘。在苗期,共鉴定出43个抗稻瘟病优异等位变异,其中RM208-179bp、RM208-185bp、RM213-139bp、RM213-145bp、RM265-112bp、RM27940-107bp、RM28033-111bp、RM530-170bp、RM84-105bp和RM84-115bp等10个抗性等位变异同时与2个或2个以上性状相关联;在分蘖期,共鉴定出33个抗稻瘟病优异等位变异,其中RM1254-147bp、RM208-179bp、RM208-185bp、RM224-168bp、RM24475-287bp、RM24475-292bp、RM265-112bp、RM480-235bp等8个抗性等位变异同时与2个或2个以上性状相关联。(7)根据苗期和分蘖期227份粳稻材料所含优异等位变异数目,把227个种质资源进行分组,计算各组(含有相同数目优异等位基因)的平均病情值,发现含有优异等位基因数目越多,其稻瘟病抗性水平越高。为此,本研究根据材料所含优异等位变异不同,以组合聚合最多优异等位基因为原则,同时结合表型数据(对2个菌株均表现抗病),预测了改良粳稻苗期和分蘖期稻瘟病