水稻白叶枯病抗性基因研究进展

刘全胜 (湖南省岳阳市种子繁育推广中心,湖南 岳阳 414000)

水稻白叶枯病抗性基因研究进展

刘全胜 (湖南省岳阳市种子繁育推广中心,湖南 岳阳 414000)

白叶枯病是水稻的一种重要病害。目前已有30多个水稻白叶枯抗性基因被鉴定。简述了白叶枯病抗性基因的克隆与定位研究进展，并介绍了几种具有重要利用价值的抗性基因的应用及今后的发展前景与注意问题。

白叶枯病; 抗性基因; 基因克隆; 基因定位

水稻白叶枯病是一种世界性的重要细菌病害。水稻白叶枯病是由Xanthomonasoryzaepv.oryzae(Xoo)引起的一种维管束病害。病原菌通常经伤口或水孔等进入寄主维管束，沿维管束传播，再在木质部中大量繁殖，最后蔓延至整个植株，导致病害不断扩大和加重[1]。

据报道，水稻白叶枯病每年给亚洲地区带来至少60%的水稻产量损失。据国际水稻中心统计，日本近年约有300 000～400 000 hm2的水稻受到该病害的危害，在发病较重的地区产量损失达20%～50%。在印度，每年有数百万公顷的水稻发病，产量损失达6%～60%。在中国，除新疆、甘肃等尚未发现外,南北各稻区均有发生[2]。

1 水稻对白叶枯病的抗性

水稻白叶枯病(Bacterial blight, BB)病原菌随着抗病基因的利用和布局，其群体遗传结构也随之发生变化，促使新、老毒性基因不断交替。国内外大量研究证实了水稻白叶枯病原菌群体遗传结构的亚群之间存在明显的地区差别。通过植病学家提供白叶枯病病菌群体变化的连续观察信息，掌握本国或地区致病型(小种)优势菌群的分布和消长情况，才能进行抗病基因合理部署和交叉利用，或采用基因累加系、创造品种抗性遗传多样性或基因屏障，实现合理利用和延长抗病基因的寿命[5]。方中达等[4]根据从全国收集到的835个菌株在5个最基本的鉴别品种上的致病反应，将中国白叶枯病病原菌划分为7个致病型，北方粳稻区多为II和I型,南方籼稻区以IV型为主，还有少量V型，长江流域主要为II和IV型。从20世纪60年代末，国际水稻所(IRRI)充分发挥其遗传评价和利用计划中多学科协作的作用，用当时流行的各种白叶枯病菌系对广泛收集的各国品种进行鉴定，从而鉴定出6个白叶枯病菌生理小种和100多个抗源。

对应于众多的白叶枯病生理小种，水稻对白叶枯病的抗性遗传上也多种多样。从群体遗传角度，抗病性分为垂直抗性和水平抗性2类，而根据生产上应用可分为单基因抗性和多基因抗性。单基因抗性主要是显性抗性由于其可以提供明显的抗感界限，便于对后代进行选择，所以最容易进入育种程序，但主要问题是单基因可能由于病原菌新小种的出现而被克服。迄今已鉴定出Xa1、Xa2,...,Xa26等主效抗性基因，其中大多数为显性。垂直抗性能抵抗一个或几个病原小种，又称专化性抗性。单基因抗性一般都是比较强的抗性。水平抗性又叫小种非专化性抗性，一般由微效多基因或称数量性状位点(QTL)控制，其效应较小，抗病性易受环境条件影响。由于水平抗性对病原菌不同小种都表现抗性，抗病性不是特异性的，故抗性较为稳定持久。

2 水稻白叶枯病抗性基因的克隆

由于不同国家地区所用的鉴别系统和菌系不同，其鉴定的抗性基因缺乏可比性。为此，日本和IRRI从1982年开始合作，采用统一的方案，利用近等基因系建立了一套国际水稻白叶枯病单基因鉴别系统,对早期命名的21个白叶枯病抗性基因进行整理和统一鉴定[6]。目前经国际注册确认和期刊报道的水稻白叶枯抗性基因共有31个。Ogawa等[7]采用菲律宾小种1、2、3、4、6等5个代表菌株鉴定BJ1群品种的抗性基因,发现了新的抗性基因xa13。Taura等[8]分析了菲律宾白叶枯病鉴定品种TN1对菲律宾小种5的抗性,从而发现了Xa14。Ogawa等[9]分析了日本品种阿苏稔(Asaminori)对日本小种Ⅱ(代表菌株H8313)的成株抗性，表明其抗性由一对新的显性基因Xa17控制。Yamamoto等[10]发现IR24、Milyang23和丰锦(Toyonishiki)在孕穗期对2个缅甸白叶枯病菌株BM8417和BM8429具有抗性，其抗性由一对新的显性基因Xa18控制。Sidhu等[11,12]曾分析了DV85、DV86和DZ78 3个孟加拉品种对菲律宾小种1的代表菌株PXO61的抗性后，认为其抗性受2对基因控制，1对是控制全生育期抗性的隐性基因Xa，另1对是孕穗成株期抗病的显性基因xa7。Mir等[13]用菲律宾小种1～6鉴定出DV86、DV85、Aus 295等品种在全生育期对小种1、2、3、4和6 5个小种都抗病。Khush等[14]进一步用小种6将这3个品种与携有xa13的品种BJ1进行等位性测试，F2群体呈7抗∶9感的分离比，与xa13不等位，并独立遗传，该新基因被命名为xa24(t)。Xa25(t)是IRRI的Amante-Bordeos等[15]通过种间杂交、胚拯救(embryo rescue)和回交等手段，将四倍体小粒野生稻(O.minuta,BBCC)的白叶枯病抗性导入栽培稻IR31914-45-3-2而获得的BC2F4株系78-1所携带的抗性基因。xa21是第1个从野生稻中被克隆出来的重要功能基因[16]，是当时惟一含有2个结构域的新一类抗性基因，具有的广谱抗性，也是研究得最深入的白叶枯病抗性基因。

近年来，采用形态标记和分子标记已把几个白叶枯病抗性基因定位在染色体上，其中Xa-1，Xa-2和Xa-12定位在第4号染色体短臂上[17]，Xa-3，Xa-4，Xa-10和Xa-21定位在第11号染色体短臂上[18]，xa-5定位在第5号染色体上[19]，xa-13定位在第8号染色体上[20]，Xa-7和Xa-23定位在第11号染色体上[21,22]。

3 抗性基因的应用

抗病基因的鉴定、定位和克隆迅速发展极大地促进了水稻抗白叶枯病分子育种研究。已鉴定了30个类型丰富的抗白叶枯病基因，拓宽了抗性遗传改良基因源，为基因轮换、累加提供了选择基础。Xa1、Xa3、Xa4、xa5、xa13和Xa21都曾被应用于抗病育种中[23,24]。Xa1和Xa3在日本和韩国的应用都有效地控制了白叶枯菌的危害，但后来都因新的致病小种的出现而丧失了抗性。Xa4的抗性谱较广，曾应用于抗性水稻的培育,亚洲许多国家大面积应用携有Xa4基因的品种，目前我国主要栽培品种中大多数都含有该基因，但由于病原菌小种的进化,该基因已丧失了抗性[24]。现在最具有育种价值的是Xa21，主要是因为Xa21对水稻白叶枯菌具有广谱抗性，并具有较强的转育效应[25]。但Xa21正在我国广泛利用，其抗性尚处在高峰状态，需要注意推广地区的菌群变化情况。Xa23是个十分优异的抗性基因，正是因为它具有高度抗性，未来遭遇致病菌群的袭击是不可避免的，不宜集中利用。有些来自特定生态环境的抗性基因，长期与当地白叶枯病菌群协同进化，形成了优异的抗性。从全局出发，应与植物病理学家密切合作，针对性地将Xa21与Xa23、Xa22(t)、Xa7、xa5、xa13、Xa24等抗病基因进行轮换利用和合理布局，利用在高峰期的Xa23/Xa21这些优异的抗病基因,及时、因地制宜地逐步累加其他新的抗病基因。

[1]何元强.水稻白叶枯病的研究进展[J].广西农学报,2004,6:1～4.

[2]阮辉辉.水稻抗白叶枯病基因的鉴定、定位和克隆进展[J].生物技术通讯,2008,3(19):463～467.

[3]方中达,许志刚,过崇俭,等.中国水稻白叶枯病菌致病型的研究[J].植物病理学报,1990,20(2)：81～88.

[4]钱 君.水稻白叶枯病抗性遗传基础研究进展[J].云南农业大学学报,2004,4(16):313～316.

[5]章 琦.水稻白叶枯病抗性基因鉴定进展及其利用[J].中国水稻科学,2005,19(5):453～459.

[6]Ogawa T.Methods and strategy for monitoring racedistribution and identification of resistance genes to bacterial leaf blight (Xanthomonascampestispv.oryzae)in rice[J].JARQ,1993,27:71～80.

[7]Ogawa T,Lin L,Tabien R E,etal.A new recessive gene for resistance to bacterial blight of rice[J].Rice Genet Newsl,1987,4:98～100.

[8]Taura S,Ogawa T,Tabien R E,etal.The specific reaction of Taizhung Native to Philippine races of bacterial blight and in heritance of resistance to race 5(PXO 112)[J].Rice Genet Newsl,1987,4:101～102.

[9]Ogawa T,Yamamoto T.Resistance gene of rice cultivar, Asominori to bacterial blight of rice[J].Jpn J Breeding,1989,39(suppl 1):196～197.

[10]Yamamoto T,Ogawa T.Inheritance of resistance in rice cultivars,Toyonishiki,Milyang23 and IR24 to Myanmar isolates of bacterial leaf blight pat hogen[J].J A RQ,1990,24:74～77.

[11]Sidhu G S, Khush G S, Mew T W.Genetic analysis of bacterial blight resistance in seventy-four cultivars of rice,OryzaesativaL[J].Theor Appl Genet,1978, 53：105～111.

[12]Sidhu G S, Khush G S, Mew T W.Genetic analysis of resistance to bacterial blight in seventy cultivars of rice,OryzasativaL from Indonesia[J].Crop Improv,1979, 6(1)：19～25.

[13]Mir G N, Khush G S.Genetics of resistance to bacterial blight in rice cultivar DV86[J].Crop Res,1990, 3(2):194～198.

[14]Khush G S, Angeles E R.A new gene for resistance to race 6 of bacterial blight in rice,OryzasativaL[J].Rice Genet Newsl,1999, 16：92～93.

[15]Amante-Bordeos A, Sitch L A, Nelson R,etal.Transfer of bacterial blight and blast resistance from the tetraploid wild rice,Oryza minutato cultivated rice,Oryzasativa[J].Theor Appl Genet,1998, 84：345～354.

[16]Song W Y, Wang G L, Ronald P,etal.A receptor kinase-like protein encoded by the rice disease resistance geneXa-21[J].Science,1995, 270：1804～1806.

[17]Yoshimura S,Yoshimura A,Saito A,etal.RFLP analysis of introgressed chromosomal segments in three near-isogenic lines of rice for bacterial blight resistance genes,Xa-1,Xa-3 andXa-4 [J].Jpn J Gene,1992, 67：29～37.

[18]Ronald P C,Albano B,Tabien R,etal.Genetics and physical analysis of the rice bacterial blight disease resistance locus,X21[J].Mol Cen Genet,1992,236:113～120.

[19]]Blair M W,Mccouch S R.Microsatellite and sequence-tagged site markers diagnostic for the rice bacterial leaf blight resistance geneXa-5[J].Theor Appl Genet,1997,95:174～184.

[20]Zhang G,Angeles E R,Abenes M L P,etal.RAPD and RFLP mapping for the bacterial blight resistance genexa-13 in rice[J].Theor Appl Genet,1996,93:65～70.

[21]章 琦,赵炳宇,赵开军,等.普通野生稻的抗水稻白叶枯病(Xanthomonasoryzaepv.oryzae)新基因Xa23(t)的鉴定和分子标记定位[J].作物学报, 2000,26:536～542.

[22]王建设,朱立宏,张红生,等.利用RFLP标记定位水稻白叶枯病基因Xa-7(初报) [J].南京农业大学学报,1996,19(3):125～129.

[23]Yoshimura S,Yamanouchi U,Kurata N,etal.Identification of a YAC clone carrying theXa1 allele,a bacterial blight resistance gene in rice[J].Theor Appl Genet,1996,93:117～122.

[24]章 琦.中国抗白叶枯病基因的利用与策略[J].植物保护学报,1995,22(3):241～246.

[25]白 辉,李莉云,刘国振.水稻抗白叶枯病基因Xa21的研究进展[J].遗传,2006,28(6):745～753.

S435.111.4+7

A

1673-1409(2009)02-S0012-03

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2009.02.005

2009-04-21

刘全胜(1968-)，男，湖南岳阳人，农艺师，主要研究方向为水稻栽培技术.