基于連鎖與連鎖不平衡作圖解析粳稻稻瘟病抗性遺傳位點(diǎn)

基于連鎖與連鎖不平衡作圖解析粳稻稻瘟病抗性遺傳位點(diǎn)水稻是重要的糧食作物,稻瘟病是水稻主產(chǎn)區(qū)發(fā)生最嚴(yán)重的病害之一,培育抗病新品種是防治稻瘟病最經(jīng)濟(jì)、有效的方法。然而在實(shí)際生產(chǎn)中抗性品種會(huì)因新的稻瘟病菌生理小種的出現(xiàn)而導(dǎo)致感病,因此,不斷地尋找新的抗源、發(fā)掘新的抗病位點(diǎn),將有助于提高育種效率。所以深入研究水稻抗稻瘟病的遺傳機(jī)制,挖掘抗病基因(QTL)及抗病載體材料,有利于推動(dòng)水稻抗稻瘟病分子輔助育種,加快水稻抗病育種進(jìn)程。連鎖分析和關(guān)聯(lián)分析是剖析復(fù)雜性狀遺傳基礎(chǔ)的兩種重要方法,兩種方法結(jié)合應(yīng)用有助于復(fù)雜數(shù)量性狀的遺傳解析,能夠提高QTL的檢測(cè)效率,使檢測(cè)結(jié)果更為全面、可靠。粳稻栽培品種是稻瘟病抗性育種中最核心的種質(zhì)資源。為此,本研究以東農(nóng)415與麗江新團(tuán)黑谷雜交衍生的RIL群體和227份粳稻栽培品種構(gòu)成的自然群體為試驗(yàn)材料,利用連鎖分析和關(guān)聯(lián)分析檢測(cè)與水稻苗期和分蘗期稻瘟病抗性相關(guān)的QTL位點(diǎn),并挖掘抗性優(yōu)異等位變異及相應(yīng)的載體材料,同時(shí)進(jìn)行雜交組合的預(yù)測(cè),以期為粳稻抗稻瘟病的分子標(biāo)記輔助育種和種質(zhì)創(chuàng)新提供理論依據(jù)。主要結(jié)果如下:(1)利用7個(gè)中國(guó)鑒別品種對(duì)130個(gè)稻瘟病菌株進(jìn)行鑒定,結(jié)果共鑒定出7個(gè)群38個(gè)生理小種,鑒出率達(dá)29.23%。其中ZA群和ZD群為優(yōu)勢(shì)種群,所占比例為43.85%和33.85%;優(yōu)勢(shì)小種為ZD5、ZD7、ZA53、ZA61、ZA55和ZA21,出現(xiàn)頻率分別為21.54%、9.23%、8.46%、6.92%、6.15%和5.38%,總頻率為59.23%,說(shuō)明上述6個(gè)優(yōu)勢(shì)小種在黑龍江省稻瘟病菌群體中占據(jù)著主導(dǎo)地位。東農(nóng)415對(duì)35個(gè)生理小種表現(xiàn)出抗性水平,抗譜達(dá)92.11%。從38個(gè)生理小種中優(yōu)選出產(chǎn)孢好、致病力穩(wěn)定的生理小種ZA5和ZD5用于后續(xù)稻瘟病抗性QTL分析。(2)在苗期和分蘗期,分別對(duì)RIL群體和自然群體接種后7d和14d的病害級(jí)別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析表明,各性狀基本符合正態(tài)分布,呈現(xiàn)典型的數(shù)量性狀遺傳模式。t檢驗(yàn)結(jié)果表明,2個(gè)供試群體7d和14d的病害級(jí)別差異極顯著。(3)RIL群體利用123個(gè)SSR標(biāo)記構(gòu)建遺傳連鎖圖,該連鎖圖覆蓋12條染色體的2217.4cM。每個(gè)標(biāo)記之間的平均遺傳距離為18.0cM。采用完備區(qū)間作圖法對(duì)苗期和分蘗期的稻瘟病抗性進(jìn)行了QTL分析。在苗期,2個(gè)生理小種在2014和2015年2年中共鑒定出29個(gè)QTL,分布在水稻的第1、2、4、5、6、7、9和11染色體的23個(gè)區(qū)間內(nèi),其中與ZA57d和14d病害級(jí)別相關(guān)的QTL有5和8個(gè);與ZD57d和14d病害級(jí)別相關(guān)的QTL有6和10個(gè);有13個(gè)苗期稻瘟病抗性QTL在2年內(nèi)均被檢測(cè)到。在分蘗期,2個(gè)生理小種在2年中共鑒定出31個(gè)QTL,分布在第1、2、4、5、6、7、8、9和11條染色體的22個(gè)區(qū)間內(nèi),其中與ZA57d和14d病害級(jí)別相關(guān)的QTL有9和6個(gè);與ZD57d和14d病害級(jí)別相關(guān)的QTL有9和7個(gè);13個(gè)分蘗期稻瘟病抗性QTL在2年內(nèi)均被檢測(cè)到。(4)利用153個(gè)SSR標(biāo)記對(duì)227份供試材料DNA進(jìn)行擴(kuò)增,共檢測(cè)出多態(tài)性條帶580條,變化范圍為2~8條;群體結(jié)構(gòu)分析表明,供試群體被分為2個(gè)亞群;54.7%的材料間親緣關(guān)系系數(shù)為0;LD衰減大約發(fā)生在23cM的遺傳距離處。(5)利用153個(gè)SSR標(biāo)記通過(guò)MLM模型對(duì)苗期和分蘗期稻瘟病抗性相關(guān)的性狀進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。在苗期,兩年共檢測(cè)27個(gè)SSR位點(diǎn),累積40次顯著關(guān)聯(lián)(P<0.05),分布除第3、9和10染色體外的9條染色體上,其中與ZA57d和14d病害級(jí)別相關(guān)聯(lián)的標(biāo)記位點(diǎn)有11和9個(gè);與ZD57d和14d病害級(jí)別相關(guān)聯(lián)的標(biāo)記位點(diǎn)有8和12個(gè)。有14個(gè)苗期稻瘟病抗性位點(diǎn)在兩年均被檢測(cè)到;在分蘗期,兩年共檢測(cè)32個(gè)SSR位點(diǎn),累積47次顯著關(guān)聯(lián)(P<0.05),分布除第3和8染色體外的10條染色體上,其中與ZA57d和14d病害級(jí)別相關(guān)聯(lián)的標(biāo)記位點(diǎn)有11和11個(gè);與ZD57d和14d病害級(jí)別相關(guān)聯(lián)的標(biāo)記位點(diǎn)有12和13個(gè)。有14個(gè)分蘗期稻瘟病抗性位點(diǎn)在兩年均被檢測(cè)到。通過(guò)相同標(biāo)記和比較圖譜發(fā)現(xiàn),苗期和分蘗期分別有21和18個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)與本研究或前人連鎖分析檢測(cè)到QTL位點(diǎn)的側(cè)翼標(biāo)記相同或者位于其區(qū)間內(nèi)。(6)對(duì)經(jīng)連鎖分析(本研究及前人研究)驗(yàn)證或在2年中穩(wěn)定被檢測(cè)到的SSR標(biāo)記位點(diǎn)進(jìn)一步進(jìn)行抗稻瘟病優(yōu)異等位變異的挖掘。在苗期,共鑒定出43個(gè)抗稻瘟病優(yōu)異等位變異,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個(gè)抗性等位變異同時(shí)與2個(gè)或2個(gè)以上性狀相關(guān)聯(lián);在分蘗期,共鑒定出33個(gè)抗稻瘟病優(yōu)異等位變異,其中RM1254-147bp、RM208-179bp、RM208-185bp、RM224-168bp、RM24475-287bp、RM24475-292bp、RM265-112bp、RM480-235bp等8個(gè)抗性等位變異同時(shí)與2個(gè)或2個(gè)以上性狀相關(guān)聯(lián)。(7)根據(jù)苗期和分蘗期227份粳稻材料所含優(yōu)異等位變異數(shù)目,把227個(gè)種質(zhì)資源進(jìn)行分組,計(jì)算各組(含有相同數(shù)目?jī)?yōu)異等位基因)的平均病情值,發(fā)現(xiàn)含有優(yōu)異等位基因數(shù)目越多,其稻瘟病抗性水平越高。為此,本研究根據(jù)材料所含優(yōu)異等位變異不同,以組合聚合最多優(yōu)異等位基因?yàn)樵瓌t,同時(shí)結(jié)合表型數(shù)據(jù)(對(duì)2個(gè)菌株均表現(xiàn)抗病),預(yù)測(cè)了改良粳稻苗期和分蘗期稻瘟病