鄧 釗 江 南 符辰建 嚴天澤 符星學 胡小淳 秦 鵬,2 劉珊珊 王 凱,3,* 楊遠柱,2,3,*

隆兩優(yōu)與晶兩優(yōu)系列雜交稻的稻瘟病抗性基因分析

鄧 釗1,2,**江 南1,2,**符辰建1嚴天澤1符星學1胡小淳1秦 鵬1,2劉珊珊1王 凱1,3,*楊遠柱1,2,3,*

1農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南方水稻品種創(chuàng)制重點實驗室 / 抗病蟲水稻育種湖南省工程實驗室/ 袁隆平農(nóng)業(yè)高科技股份有限公司, 湖南長沙 410128;2湖南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院, 湖南長沙 410128;3湖南雜交水稻研究中心 / 雜交水稻國家重點實驗室, 湖南長沙 410125

隆科638S與晶4155S是袁隆平農(nóng)業(yè)高科技股份有限公司于2014年培育出的抗病優(yōu)質(zhì)高配合力中秈型兩用核不育系。本研究對2015—2019年通過國家審定的隆兩優(yōu)和晶兩優(yōu)系列雜交稻品種區(qū)試稻瘟病抗性評價數(shù)據(jù)進行分析, 并利用基于KASP技術開發(fā)的針對16個稻瘟病抗性基因的標記組合, 對隆兩優(yōu)和晶兩優(yōu)系列雜交稻品種進行基因型檢測, 以期為隆兩優(yōu)和晶兩優(yōu)系列雜交稻品種的布局和進一步改良提供理論依據(jù)。結果表明, 隆兩優(yōu)和晶兩優(yōu)系列雜交稻品種, 中抗至高抗稻瘟病的比例達43.92%, 綜合抗性指數(shù)和穗瘟最高損失率均值分別為3.3和4.7; 品種攜帶3～7個抗性基因, 平均攜帶5.1個抗性基因;和基因在品種中的檢出頻率較高, 達到50%以上, 其中的檢出頻率達到100%, 而、、和基因未被檢出; 隨著抗性基因數(shù)量的增加, 品種的綜合抗性指數(shù)與穗瘟最高損失率均值都呈現(xiàn)整體下降趨勢。據(jù)此提出, 將基因?qū)胫谅】?38S與晶4155S中, 可進一步提升其組合的稻瘟病抗性。

稻瘟病; 抗性基因; KASP; 雜交稻; 育種

由子囊真菌()引起的稻瘟病是極具毀滅性的水稻病害之一, 俗稱“水稻癌癥”, 是影響水稻高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的主要限制性因素。稻瘟病在全球85個水稻種植國家和地區(qū)發(fā)生, 對全球糧食安全造成嚴重威脅[1-2]。長期實踐證明, 培育和推廣抗稻瘟病品種是防治稻瘟病最經(jīng)濟、環(huán)保和有效的措施[3]。在20世紀60年代, 世界各國科學家開始廣泛開展水稻稻瘟病抗性遺傳、基因發(fā)掘和利用研究, 迄今為止, 報道的主效稻瘟病抗性基因已超過100個, 其中有35個抗性基因被克隆[4]。隨著分子生物學的快速發(fā)展和高通量基因分型技術的進步, 極大地促進了抗性基因在水稻抗稻瘟病育種中的應用。

雜交水稻是我國具有原創(chuàng)性的重大科技創(chuàng)新成果, 為保障全球的糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展作出了巨大貢獻[5]。目前, 已大規(guī)模商業(yè)化的雜交水稻主要包括三系法和兩系法[6-7]。與三系法相比, 兩系法雜交水稻簡化了生產(chǎn)程序, 雜種優(yōu)勢利用不受恢保關系的限制, 配組自由, 可克服細胞質(zhì)負效應, 有利于選配強優(yōu)勢組合[8]。截至2018年, 有超過1300個兩系雜交稻品種通過省級以上審定, 年推廣面積約550萬公頃[7,9]。隆科638S和晶4155S是袁隆平農(nóng)業(yè)高科技股份有限公司(以下簡稱“隆平高科”)利用矮稈抗倒優(yōu)質(zhì)軟米早秈不育系核心種質(zhì)(湘陵628S)改良骨干中秈兩用不育系(C815S和Y58S)[10-12], 采用“自然環(huán)境和人工環(huán)境雙重壓力選擇法”對后代篩選, 經(jīng)湖南長沙、海南陵水兩地穿梭種植, 利用自主開發(fā)的基于擴增阻滯突變系統(tǒng)PCR (Amplification Refractory Mutation System PCR, ARMS-PCR)技術的分子標記, 對稻瘟病抗性基因和稻米品質(zhì)關鍵基因進行逐代檢測和選擇, 最終培育出的早秈遺傳背景為主的抗病優(yōu)質(zhì)高配合力中秈兩用核不育系[13-14]。隆科638S和晶4155S因分別聚合有抗稻瘟病基因+與+, 表現(xiàn)出一定的稻瘟病抗性。為提高測交篩選效率, 我們對包括隆科638S和晶4155S在內(nèi)的當前骨干兩系不育系、恢復系和常規(guī)稻品種, 進行了基于全基因組簡化重測序數(shù)據(jù)的雜種優(yōu)勢群劃分, 通過雜交水稻雙親“強優(yōu)勢種群間配組、抗性基因互補、品質(zhì)基因一致”的分子設計配組技術體系的研創(chuàng)與應用, 再經(jīng)規(guī)范化、標準化測試, 選育出一批抗病優(yōu)質(zhì)廣適高產(chǎn)的隆兩優(yōu)與晶兩優(yōu)系列雜交稻新品種, 通過審定并迅速成為我國南方稻區(qū)雜交水稻主栽品種。

KASP (Kompetitive Allele-Specific PCR)技術, 即競爭性等位基因特異性PCR, 是一種基于SNP的新型基因分型技術。KASP技術具有高轉(zhuǎn)化率、高準確性、低成本、簡單快捷以及靈活等特點[15], 已被廣泛用于作物質(zhì)量控制分析、基因和QTL的遺傳定位、大規(guī)模等位基因型篩選以及分子標記輔助育種[16-21]。在水稻中, 品質(zhì)、抗性、育性等性狀相關基因的功能SNP和InDel被轉(zhuǎn)化成KASP分子標記[22-24], 為育種提供了高效的選擇工具。本研究基于KASP技術, 開發(fā)了針對16個已知稻瘟病抗性基因的特異分子標記組合, 并利用這組KASP標記對隆兩優(yōu)和晶兩優(yōu)系列雜交稻品種攜帶的稻瘟病抗性基因進行檢測, 結合區(qū)試稻瘟病抗性評價數(shù)據(jù), 分析抗性基因分布、基因數(shù)量與抗性的關系, 以期為隆兩優(yōu)與晶兩優(yōu)系列雜交稻品種的合理布局和進一步改良奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

通過國家審定的隆兩優(yōu)與晶兩優(yōu)系列雜交稻品種93個(148次) (附表1)。其中, 用于稻瘟病抗性基因分析的73個國審品種及其60個親本, 共計133份(附表1), 用于稻瘟病抗性基因KASP標記驗證的水稻材料30份(附表3), 所有材料種子均由隆平高科提供。

1.2 稻瘟病抗性評價

隆兩優(yōu)和與晶兩優(yōu)系列雜交稻品種稻瘟病抗性評價數(shù)據(jù), 均來源于國家水稻數(shù)據(jù)中心(http://www.ricedata.cn/variety/index.htm, 附表1)。其中, 稻瘟病綜合抗性指數(shù)為2年數(shù)據(jù)均值。

1.3 稻瘟病抗性基因KASP標記

在水稻基因組上存在諸多變異, 其中有影響基因功能的變異位點, 有基因特異性或稀有的變異位點, 通過對這些位點的不同等位變異設計標記可以有效實現(xiàn)對基因的特定等位基因型進行檢測。在本研究中針對等16個稻瘟病抗性基因, 通過文獻信息挖掘, 獲取稻瘟病抗性基因功能變異位點或共分離標記位點[25-26], 或利用NCBI (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/)數(shù)據(jù)庫獲取水稻抗性基因位點序列, 并進行blast分析, 獲取基因特異性SNP或InDel變異位點, 同時利用水稻變異數(shù)據(jù)庫RiceVarMap v2.0 (http://ricevarmap.ncpgr.cn/)[27]分析變異位點不同等位型分布頻率以及進行共分離位點挖掘, 選取目標基因特有或稀有的變異位點作為候選標記位點, 最終每個基因獲得2～3個候選變異位點進行KASP標記開發(fā)。針對已搜集標記位點, 利用Python軟件包primer3-py進行KASP引物設計, 經(jīng)篩選驗證獲得優(yōu)選KASP標記(表1)。

1.4 DNA提取與抗性基因分型

取水稻幼苗期葉片, TPS法提取基因組DNA。以FLU-ARMS 2×PCR Mix (廣州固德生物技術有限公司)為KASP擴增試劑, 利用Gene Matrix高通量基因分型系統(tǒng)(成都瀚辰光翼科技有限責任公司)進行基因型檢測: 以Matrix Arrayer反應板制備儀自動化構建PCR體系, 利用Matrix Cycler高通量水浴熱循環(huán)儀進行PCR擴增, PCR擴增采用Touchdown反應條件: 95℃預變性15 min; 95℃變性10 s, 65～57℃退火并延伸60 s, 進行10個循環(huán)反應, 每個退火與延伸反應溫度降低0.8℃; 95℃變性10 s、57℃退火并延伸60 s, 進行26個循環(huán)反應。完成PCR擴增后在Matrix Scanner高速熒光掃描儀上進行熒光檢測, 最后利用Matrix Master軟件進行基因分型。

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用Microsoft Excel 2019對研究中獲得各類數(shù)據(jù)進行整理和作圖。使用Python軟件中statsmodels包進行線性回歸分析。

2 結果與分析

2.1 隆兩優(yōu)與晶兩優(yōu)系列雜交稻品種稻瘟病抗性

截至2019年, 共有隆兩優(yōu)與晶兩優(yōu)系列雜交稻新品種107個(205次)通過省級以上審定。其中, 93個(148次)品種通過國家審定(附表1)。由于各省稻瘟病抗性鑒定和評價標準不一致, 因此本研究僅針對國家審定品種的稻瘟病抗性進行分析。這些品種中抗以上(穗瘟損失率最高級≤3級)的品種比例達到43.92%, 其中隆兩優(yōu)系列為38.20%, 晶兩優(yōu)系列為52.54%, 而同期國家審定的其他兩系雜交水稻中抗以上品種的比例僅為12.35% (圖1-A)。從不同生態(tài)區(qū)域看, 武陵山區(qū)審定的7個品種均達到中抗及以上水平(圖1-B), 綜合抗性指數(shù)均值為1.8, 穗瘟損失率最高級均值為1.3; 華南稻區(qū)審定的32個品種, 中抗及以上比例為65.63%, 綜合抗性指數(shù)均值為3.5, 穗瘟損失率最高級均值為4.2; 長流中下游稻區(qū)審定的品種數(shù)量最多, 達到78個, 中抗及以上比例為38.46%, 綜合抗性指數(shù)均值為3.3, 穗瘟損失率最高級均值為5.1; 長江上游稻區(qū)審定了31個品種, 中抗及以上比例為22.58%, 為4個生態(tài)區(qū)域中最低, 并且沒有表現(xiàn)為抗的品種, 綜合抗性指數(shù)均值為3.4, 穗瘟最高損失率均值為5.0。

2.2 稻瘟病抗性基因KASP分子標記設計與分型效果驗證

基于KASP技術, 針對16個稻瘟病抗性基因設計開發(fā)了一組KASP標記。為驗證KASP標記的有效性, 選取30份水稻材料(包括部分已知抗性基因的供體)進行基因型分型檢測和全基因組重測序, 以驗證KASP標記的實用性。結果顯示, 稻瘟病抗性基因KASP標記組合可有效區(qū)分不同材料攜帶稻瘟病抗性基因的基因型, 與重測序結果完全一致(附表3)。以和基因為例, Pi2-KASP和Pi9-KASP標記能將攜帶基因的3份材料華占、矮華絲苗、南秀軟占以及攜帶基因的材料75-1-127與不攜帶2個抗性基因的材料進行區(qū)分(圖2)。

2.3 隆兩優(yōu)與晶兩優(yōu)系列雜交稻品種中稻瘟病抗性基因類型、數(shù)量與分布

利用稻瘟病抗性基因分型KASP標記組合, 對73個隆兩優(yōu)與晶兩優(yōu)系列雜交稻品種及其親本進行了檢測(附表1)。隆科638S和晶4155S分別攜帶有+與+抗性等位型, 與選育過程中的分子標記輔助選擇聚合結果相一致。因不育系均含有, 因此在73個雜交稻品種中的檢出頻率為100% (圖3-A)。和在父本中的檢出頻率也較高, 分別達71.2%和70.0%。、、和抗性等位型在父母本與雜交稻品種中均未檢出。與在雜交稻品種中的檢出頻率也較低, 僅為9.6%。

圖1 隆兩優(yōu)與晶兩優(yōu)系列雜交稻品種稻瘟病抗性分析

Fig.1 Blast resistance of Longliangyou and Jingliangyou hybrid rice varieties

A: 隆兩優(yōu)與晶兩優(yōu)系列雜交稻品種與同期審定的其他兩系雜交稻品種抗性比例。B: 隆兩優(yōu)與晶兩優(yōu)系列雜交品種在不同生態(tài)區(qū)域抗性水平分布頻率。

A: percentage of resistant Longliangyou, Jingliangyou and other two-line system hybrid rice varieties.B: distribution frequency of resistant levels of Longliangyou and Jingliangyou hybrid rice varieties in different ecological regions.

圖2 Pi2-KASP (A)與Pi9-KASP (B)分子標記的驗證

(圖3)

A: 抗性基因在隆兩優(yōu)和晶兩優(yōu)系列雜交稻品種中的分布。B: 隆兩優(yōu)和晶兩優(yōu)系列雜交稻品種中抗性基因的數(shù)量。C: 在不同生態(tài)區(qū)域?qū)彾ǖ穆蓛?yōu)和晶兩優(yōu)系列雜交稻品種中抗性基因的數(shù)量。

A: distribution of resistance genes in Longliangyou and Jingliangyou hybrid rice varieties.B: number of resistance genes in Longliangyou and Jingliangyou hybrid rice varieties.C: number of resistance genes in Longliangyou and Jingliangyou hybrid rice varieties certified in different ecological regions.

隆科638S和晶4155S各攜帶2個稻瘟病抗性基因, 父本攜帶2～6個抗性基因。雜交稻組合攜帶3～7個抗性基因(圖3-B), 其中攜帶5個基因的品種最多, 有32個(占比43.8%); 攜帶3個基因的品種最少, 僅4個; 有6個品種攜帶有7個基因, 分別為晶兩優(yōu)1212、隆兩優(yōu)1377、隆兩優(yōu)1308、隆兩優(yōu)7810、隆兩優(yōu)1111和隆兩優(yōu)1212。從生態(tài)區(qū)域分析, 武陵山區(qū)與長江上游稻區(qū)審定的品種攜帶抗性基因數(shù)量相對較多, 平均為5.57個和5.48個(圖3-C); 華南與長江中下游稻區(qū)審定的品種攜帶基因數(shù)量相對較少,平均為5.31個和5.13個。

2.4 抗性基因數(shù)量與稻瘟病抗性關系

隆兩優(yōu)和晶兩優(yōu)系列雜交稻隨著聚合抗性基因數(shù)量的增加, 綜合抗性指數(shù)與穗瘟最高損失率平均值都呈現(xiàn)整體下降趨勢(圖4), 攜帶3個基因的品種綜合抗性指數(shù)和穗瘟最高損失率均值分別為3.7和5.5, 而攜帶7個基因的品種則降低至2.8和3.6。對隆兩優(yōu)和晶兩優(yōu)系列雜交稻攜帶的抗病基因數(shù)與綜合抗性指數(shù)平均值、穗瘟最高損失率平均值分別進行回歸分析, 發(fā)現(xiàn)攜帶的的抗病基因數(shù)多少與綜合抗性指數(shù)平均值、穗瘟最高損失率平均值的決定系數(shù)2分別為0.7735和0.7846, 且均達到統(tǒng)計顯著水平(值分別為0.050和0.045) (圖4), 表明綜合抗性指數(shù)平均值、穗瘟最高損失率平均值與攜帶的抗病基因數(shù)均極顯著相關。同時另外值得注意的是, 攜帶5個基因的品種綜合抗性指數(shù)和穗瘟最高損失率平均值均低于6個基因的品種, 這可能與某些廣譜抗性基因在品種中是否分布有關, 作為在育種實踐中應用較為廣泛的廣譜抗性基因, 在攜帶5個基因的品種中的分布頻率較高, 達到82.5%, 而6個基因的品種中的分布頻率為66.7%。

3 討論

3.1 隆兩優(yōu)與晶兩優(yōu)系列雜交稻品種稻瘟病抗性水平總體較強

隆科638S和晶4155S在培育過程中, 有目的性地進行稻瘟病抗性基因MAS聚合和稻瘟病病圃的表型脅迫篩選, 旨在提升不育系的稻瘟病抗性。隆科638S和晶4155S分別聚合有+與+基因, 選育的雜交稻品種抗性水平較強, 通過國家審定的隆兩優(yōu)與晶兩優(yōu)系列雜交稻品種中抗及以上品種的比例達到38.20%和52.54%, 顯著高于同期國家審定的其他兩系雜交稻品種(中抗稻瘟病品種比例僅12.35%)。分子標記檢測、嚴格的表型篩選和精準測配, 可大大提升測配效率和選育強優(yōu)勢抗性品種的幾率。

3.2 聚合雙親多個抗性基因是提高雜交稻品種抗性的有效途徑

由于稻瘟菌生理小種的多樣性且快速和頻繁變異, 單基因的品種抗性容易喪失, 利用雜交稻雙親配組的設計優(yōu)勢, 合理聚合抗性基因是培育持久廣譜抗性雜交稻的有效途徑[28-29]。雜交稻雙親攜帶不同抗性基因, 可實現(xiàn)雜交組合聚合更多基因的目的。在本研究中, 我們基于“雙親抗性基因互補”配組原則, 即選擇至少攜帶或或等主效抗病基因的父本, 與攜帶、的隆科638S和攜帶、的晶4155S進行配組, 使培育的隆兩優(yōu)、晶兩優(yōu)品種至少聚合3個及以上抗稻瘟病基因[(母本:+/+) + (父本://+n)], 其中有6個品種聚合7個抗性基因。我們的研究發(fā)現(xiàn)隨著抗性基因數(shù)量的增加, 稻瘟病抗性呈現(xiàn)整體上升趨勢。此外, 攜帶不同抗譜的抗性基因, 是拓寬水稻抗譜的有效手段之一, 可在一定程度上提高雜交水稻品種的適應性[30]。晶兩優(yōu)534等7個隆兩優(yōu)和晶兩優(yōu)雜交稻品種通過4個生態(tài)區(qū)域的國家審定, 它們攜帶了5～7個抗性基因, 平均為5.4個, 綜合抗性指數(shù)均值為2.8, 穗瘟損失率最高級均值為3.2。然而, 導入過多抗性基因, 會帶來育種時間、成本和技術難度的增加。因此, 在親本選育過程中, 增加對抗譜較廣抗性基因的使用, 減少或放棄對抗譜較窄的抗性基因, 父母本導入不同抗性基因, 可提升多基因聚合的效率和效果。然而, 攜帶基因數(shù)量不是影響抗性的唯一因素, 遺傳背景、基因組合類型以及基因之間的互作均會影響最終的抗性[31-36]。如Xiao等[33- 34]發(fā)現(xiàn)聚合與基因的株系抗性水平低于僅攜帶單個基因的株系, 而聚合與基因株系抗性頻率低于僅攜帶基因的株系。因此, 我們在抗性基因聚合育種時, 需要加強對育種材料的抗性評估, 以便選出最優(yōu)的基因組合。另一方面, 抗性基因之間分子互作機制有待進一步解析, 以便為指導抗性育種提供理論依據(jù)。

圖4 抗性基因數(shù)量與稻瘟病抗性間的關系

3.3 進一步提升隆科638S與晶4155S稻瘟病抗性

雖然隆科638S與晶4155S均攜帶了2個抗性基因, 但是、和的抗譜相對較窄, 抗性水平相對較低, 有進一步提升空間。Xing等[37]研究發(fā)現(xiàn)、和對182個湖南省稻瘟菌生理小種的抗性頻率分別為12.6%、39.6%和61.5%, 而的抗性頻率在24個抗性基因中最高, 達到91.6%。Yang等[38]研究發(fā)現(xiàn)、和對163個廣東省稻瘟菌生理小種的抗性頻率僅為0.6%、12.3%和23.3%。未來可考慮通過增加抗性基因數(shù)量, 尤其是引入廣譜抗性基因, 來進一步提升雜交稻品種的稻瘟病抗性以及應對稻瘟菌生理小種變異帶來的抗性喪失的風險。例如,基因在本研究的供試雜交稻品種的親本中未被檢測到, 而在Xiao等[30]研究中發(fā)現(xiàn), 在我國54個優(yōu)異雜交稻品種中,基因也未被檢出, 該基因具有潛在應用價值。因此, 可考慮將基因?qū)胫谅】?38S與晶4155S中, 進一步提升其組合的稻瘟病抗性。

4 結論

隆兩優(yōu)與晶兩優(yōu)系列雜交稻品種稻瘟病抗性來源于多個主效基因聚合效應, 多基因聚合可以有效增強品種抗稻瘟病能力。本研究結果為隆兩優(yōu)與晶兩優(yōu)系列雜交稻品種后續(xù)布局以及進一步改良提供了理論依據(jù)。

附表 請見網(wǎng)絡版: 1) 本刊網(wǎng)站http://zwxb. chinacrops.org/; 2) 中國知網(wǎng)http://www.cnki.net/; 3)萬方數(shù)據(jù)http://c.wanfangdata.com.cn/Periodical- zuowxb.aspx。

[1] Ou S H.Rice Disease, 2nd edn.Kew, Eng.: Commonwealth Mycological Institute, 1985.pp 109–201.

[2] Kato H.Rice blast disease., 2001, 12: 23–25.

[3] Miah G, Rafii M Y, Ismail M R, Puteh A B, Rahim H A, Asfaliza R, Latif M.Blast resistance in rice: a review of conventional breeding to molecular approaches., 2013, 40: 2369–2388.

[4] Meng X, Xiao G, Telebanco-Yanoria M J, Siazon P M, Padilla J, Opulencia R, Bigirimana J, Habarugira G, Wu J, Li M, Wang B, Lu G D, Zhou B.The broad-spectrum rice blast resistance () geneencodes a novelprotein unique from., 2020, 13: 1–15.

[5] 胡培松.雜交水稻產(chǎn)業(yè)發(fā)展與技術創(chuàng)新.中國農(nóng)業(yè)科技導報, 2010, 12(2): 17–23.

Hu P S.Development and technological innovation of hybrid rice industry., 2010, 12(2): 17–23 (in Chinese with English abstract).

[6] 武小金, 張克明.雜交水稻發(fā)展的現(xiàn)狀與前景.農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究, 1996, 17(4): 234–236.

Wu X J, Zhang K M.Current status and prospects of hybrid rice development., 1996, 17(4): 234–236 (in Chinese with English abstract).

[7] 牟同敏.中國兩系法雜交水稻研究進展和展望.科學通報, 2016, 35: 3761–3769.

Mou T M.The research progress and prospects of two-line hybrid rice in China., 2016, 35: 3761–3769 (in Chinese with English abstract).

[8] 龍彭年.中國兩系法雜交水稻研發(fā)成就和發(fā)展策略.世界農(nóng)業(yè), 2002, (8): 36–38.

Long P N.The research achievements and development strategies of two-line hybrid rice in China., 2002, (8): 36–38 (in Chinese with English abstract).

[9] 鄂志國, 程本義, 孫紅偉, 汪玉軍, 朱練峰, 林海, 王磊, 童漢華, 陳紅旗.近40年我國水稻育成品種分析.中國水稻科學, 2019, 33: 523–531.

E Z G, Cheng B Y, Sun H W, Wang Y J, Zhu L F, Lin H, Wang L, Tong H N, Chen H Q.Analysis on Chinese improved rice varieties in recent four decades., 2019, 33: 523–531 (in Chinese with English abstract).

[10] 符辰建, 秦鵬, 胡小淳, 宋永幫, 孫振彪, 楊遠柱.水稻溫敏核不育系湘陵628S的選育.中國農(nóng)業(yè)科技導報, 2010, 12(6): 90–97.

Fu C J, Qin P, Hu X C, Song Y B, Sun Z B, Yang Y Z.Breeding of thermo-sensitive genic male sterile line Xiangling 628S., 2010, 12(6): 90–97 (in Chinese with English abstract).

[11] 唐文邦, 陳立云, 肖應輝, 劉國華, 鄧化冰.水稻兩用核不育系C815S的選育與利用.湖南農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版), 2007, 22(2): 49–53.

Tang W B, Chen L Y, Xiao Y H, Liu G H, Deng H B.Breeding and utilization of dual-purpose genic male sterile rice C815S.(Nat Sci Edn), 2007, 22(2): 49–53 (in Chinese with English abstract).

[12] 鄧啟云.廣適性水稻光溫敏不育系Y58S的選育.雜交水稻, 2005, 20(2): 15–18.

Deng Q Y.Breeding of widely adaptable photo-thermo-sensitive sterile line Y58S., 2005, 20(2): 15–18 (in Chinese).

[13] 符辰建, 胡小淳, 符星學, 秦鵬, 王凱, 黎琛子, 吳挺飛, 劉珊珊, 楊遠柱.優(yōu)質(zhì)抗病高配合力中秈兩用核不育系隆科638S的選育及應用.中國稻米, 2021, 27(3): 61–66.

Fu C J, Hu X C, Fu X X, Qin P, Wang K, Li C Z, Wu T F, Liu S S, Yang Y Z.Breeding and application of mid-season thermo- sensitive sterile line Longke 638S with good grain quality, blast resistance and high combining ability., 2021, 27(3): 61–66 (in Chinese with English abstract).

[14] 符辰建, 胡小淳, 秦鵬, 符星學, 孫振彪, 楊廣, 王凱, 楊遠柱.抗病優(yōu)質(zhì)高配合力中秈型兩用核不育系隆科晶4155S的選育及應用.雜交水稻, 2021, 36(4): 18–24.

Fu C J, Hu X C, Qin P, Fu X X, Sun Z B, Yang G, Wang K, Yang Y Z.Breeding and application of mid-season thermo-sensitive sterile line Jing 4155S with blast resistance, good grain quality and high combining ability., 2021, 36(4): 18–24 (in Chinese with English abstract).

[15] Semagn K, Babu R, Hearne S, Olsen M.Single nucleotide polymorphism genotyping using Kompetitive Allele Specific PCR (KASP): overview of the technology and its application in crop improvement., 2014, 33: 1–14.

[16] Ertiro B T, Ogugo V, Worku M, Das B, Olsen M, Labuschagne M, Semagn K.Comparison of Kompetitive Allele Specific PCR (KASP) and genotyping by sequencing (GBS) for quality control analysis in maize., 2015, 16: 908.

[17] Pham A T, Harris D K, Buck J, Hoskins A, Serrano J, Abdel-Haleem H, Cregan P, Song Q, Roger Boerma H, Li Z.Fine mapping and characterization of candidate genes that control resistance toK.Hara in two soybean germplasm accessions., 2015, 10: e0126753.

[18] Mackay I J, Bansept-Basler P, Barber T, Bentley A R, Cockram J, Gosman N, Greenland AJ, Horsnell R, Howells R, O’Sullivan D M, Rose GA.An eight-parent multiparent advanced generation inter-cross population for winter-sown wheat: creation, properties, and validation., 2014, 4: 1603–1610.

[19] Leal-Bertioli S C M, Cavalcante U, Gouvea E G, Ballén-Taborda C, Shirasawa K, Guimar?es P M, Jackson S A, Moretzsohn M C.Identification of QTLs for rust resistance in the peanut wild speciesand the development of KASP markers for marker-assisted selection.:, 2015, 5: 1403–1413.

[20] Steele K A, Quinton-Tulloch M J, Amgai R B, Dhakal R, Khatiwada S, Vyas D, Heine M, Witcombe J R.Accelerating public sector rice breeding with high-density KASP markers derived from whole genome sequencing ofrice., 2018, 38: 38.

[21] Yang G, Chen S, Chen L, Sun K, Huang C, Zhou D, Huang Y, Wang J, Liu Y, Wang H, Chen Z, Guo T.Development of a core SNP arrays based on the KASP method for molecular breeding of rice., 2019, 12: 1–18.

[22] Yang G, Chen S, Chen L, Gao W, Huang Y, Huang Y, Huang C, Zhou D, Wang J, Liu Y, Huang M, Xiao W, Wang H, Guo T, Chen Z.Development and utilization of functional KASP markers to improve rice eating and cooking quality through MAS breeding., 2019, 215: 66.

[23] Qi Y, Wang L, Song J, Ma G, Wang J.Development and utilization of the functional co-dominant KASP marker for thermo- sensitive genic male sterility in rice., 2021, https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-260801/v1.

[24] Sang S, Wang J, Zhou J, Cao M, Wang Y, Zhang J, Ji S, Zhang W.Development and application ofPi-kco-dominant marker for rice blast resistance gene., 2021, 12: 1–9.

[25] Kitazawa N, Shomura A, Mizubayashi T, Ando T, Nagata K, Hayashi N, Takahashi A, Yamanouchi U, Fukuoka S.Rapid DNA-genotyping system targeting ten loci for resistance to blast disease in rice., 2019, 69: 68–83.

[26] Ashkani S, Rafii M Y, Shabanimofrad M,Ghasemzadeh A, Ravanfar S A, Latif M A.Molecular progress on the mapping and cloning of functional genes for blast disease in rice (L.): current status and future considerations., 2016, 36: 353–367.

[27] Zhao H, Yao W, Ouyang Y D, Yang W N, Wang G W, Lian X M, Xing Y Z, Chen L L, Xie W B.RiceVarMap: a comprehensive database of rice genomic variations., 2015, 43(D1): D1018–1022.

[28] 陳羽.揚稻6號背景下不同稻瘟病廣譜抗性基因聚合效應研究.揚州大學碩士學位論文, 江蘇揚州, 2016.

Chen Y.Polymer Effect of Different Broad-spectrum Blast Resistance Genes under the Background of YD6.MS Thesis of Yangzhou University, Yangzhou, Jiangsu, China, 2016.pp 22–54 (in Chinese with English abstract).

[29] 張長偉, 鄭家奎, 蔣開鋒, 朱永川, 萬先齊.雜交水稻葉瘟抗性雜種優(yōu)勢的遺傳分析.植物病理學報, 2000, 30: 7–12.

Zhang C W, Zheng J K, Jiang K F, Zhu Y C, Wan X Q.Genetic analysis for heterosis of resistance to leaf blast in hybrid rice., 2000, 30: 7–12 (in Chinese with English abstract).

[30] Xiao G, Yang J, Zhu X, Wu J, Zhou B.Prevalence of ineffective haplotypes at the rice blast resistance () gene loci in Chinese elite hybrid rice varieties revealed by sequence-based molecular diagnosis., 2020, 13: 6.

[31] Tabien R E, Li Z, Paterson A H, Marchetti M A, Stansel J W, Pinson S R M, Park W D.Mapping of four major rice blast resistance genes from ‘Lemont’ and ‘Teqing’ and evaluation of their combinatorial effect for field resistance., 2000, 101: 1215–1225.

[32] Hittalmani S, Parco A, Mew T V, Zeigler R S, Huang N.Fine mapping and DNA marker-assisted pyramiding of the three major genes for blast resistance in rice., 2000, 100: 1121–1128.

[33] Xiao N, Wu Y, Pan C, Yu L, Chen Y, Liu G, Li Y, Zhang X, Wang Z, Dai Z, Liang C, Li A.Improving of rice blast resistances inby pyramiding majorgenes., 2017, 7: 1918.

[34] Xiao N, Wu Y, Wang Z, Li Y, Pan C, Zhang X, Yu L, Liu G, Zhou C, Ji H, Huang N, Jiang M, Dai Z, Li A.Improvement of seedling and panicle blast resistance in Xian rice varieties followingintrogression., 2018, 38: 142.

[35] Wu Y, Xiao N, Chen Y, Yu L, Pan C, Li Y, Zhang X, Huang N, Ji H, Dai Z, Chen X, Li A.Comprehensive evaluation of resistance effects of pyramiding lines with different broad-spectrum resistance genes againstin rice (L.)., 2019, 12: 11.

[36] Ning X, Yunyu W, Aihong L.Strategy for use of rice blast resistance genes in rice molecular breeding., 2020, 27: 263–277.

[37] Xing J, Jia Y, Peng Z, Shi Y, He Q, Shu F, Zhang W, Zhang Z, Deng H.Characterization of molecular identity and pathogenicity of rice blast fungus in Hunan province of China., 2017, 101: 557–561.

[38] Yang J, Chen S, Zeng L, Chen Y, Li Y, Chen Z, Li C, Zhu X.Race specificity of major rice blast resistance genes toisolates collected fromrice in Guangdong, China., 2008, 15: 311–318.

Analysis of blast resistance genes in Longliangyou and Jingliangyou hybrid rice varieties

DENG Zhao1,2,**, JIANG Nan1,2,**, FU Chen-Jian1, YAN Tian-Zhe1, FU Xing-Xue1, HU Xiao-Chun1, QIN Peng1,2, LIU Shan-Shan1, WANG Kai1,3,*, and YANG Yuan-Zhu1,2,3,*

1Key Laboratory of Southern Rice Innovation & Improvement, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Hunan Engineering Laboratory of Disease and Pest Resistant Rice Breeding, Yuan Longping High-Tech Agriculture Co., Ltd., Changsha 410128, Hunan, China;2College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, Hunan, China;3State Key Laboratory of Hybrid Rice, Hunan Hybrid Rice Research Center, Changsha 410125, Hunan, China

Longke 638S and Jing 4155S, developed by Yuan Longping High-Tech Agriculture Co., Ltd.in 2014, were two thermo-sensitive genic male sterile (TGMS) lines with disease resistance, high grain quality and combining ability for producing mid-seasonhybrid rice.In this study, we analyzed the blast resistance evaluation data from the regional trials of the Longliangyou and Jingliangyou hybrid rice varieties approved by the state from 2015 to 2019.Meanwhile, to provide theoretical basis for distribution and further improvement of these hybrid rice varieties, a genotyping panel containing 16 rice blast resistance () genes based on KASP (Kompetitive Allele-Specific PCR) technology was developed and used for molecular detection of these hybrid rice varieties.The results showed that 43.92% of Longliangyou and Jingliangyou hybrid rice varieties conferred moderate resistance to high resistance to blast disease.The mean value of integrated disease index (IDI) and highest scale of panicle blast severity (HSPBS) was 3.3 and 4.7, respectively.These hybrid rice varieties carried different number ofgenes, ranging from 3 to 7.The average number ofgenes in each variety was 5.1.The distribution frequency of the five genes including,,,, andwere higher by more 50%, among which, it was 100% forgene.In contrast,,,, andgenes were not detected in Longliangyou and Jingliangyou hybrid rice varieties.With the increase of the number ofgenes in the varieties, the mean values of IDI and HSPBS were generally decreased.In conclusion, we suggested that introduction ofinto Longke 638S and Jing 4155s might lead to the further improvement of blast resistance of Longliangyou and Jingliangyou hybrid rice varieties.

rice blast; resistance gene; KASP; hybrid rice; breeding

2021-01-18;

2021-09-09;

2021-10-12.

10.3724/SP.J.1006.2022.12002

通信作者(Corresponding authors):楊遠柱, E-mail: yzhuyah@163.com; 王凱, E-mail: wk8587@163.com

**同等貢獻(Contributed equally to this work)

鄧釗, E-mail: dengzhao@lpht.com.cn; 江南, E-mail: jiangnan1984731@126.com

本研究由國家重點研發(fā)計劃項目(2018YFD0100900), 雜交水稻國家重點實驗室(湖南雜交水稻研究中心)開放課題基金(2018KF03), 國家自主創(chuàng)新示范區(qū)專項(2018XK2005)和湖南省科技創(chuàng)新計劃項目(2018NK1020)資助。

This study supported by the National Key Research and Development Project (2018YFD0100900), the State Key Laboratory of Hybrid Rice (Hunan Hybrid Rice Research Center) Open Project Fund (2018KF03), the National Independent Innovative Demonstration Zone Project (2018XK2005), and the Science and Technology Innovation Program of Hunan (2018NK1020).

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20211012.1418.002.html