高抗稻瘟病品种粤标5号的遗传背景及农艺性状分析

付魏魏 何秀英 刘维 程永盛 卢东柏 林菲 廖耀平 陈钊明 陈粤汉 王玲

摘 要 粤标5号是应用分子标记技术育成的抗病优质水稻新品种，应用水稻12条染色体的237对SSR标记对该品种的遗传背景进行分析，结果发现：93个标记在亲本间有明显的多态性，多态性比例为39.2%；在各染色体上，基因型来自轮回亲本的比例为30.0%～100.0%，来自供体亲本的比例为0.0～70.0%；除染色体1和9外，该品种在其它染色体上均与轮回亲本存在不同程度的差异位点，背景回复率为83.3%，低于理论回复率。此外，对粤标5号的农艺性状分析表明，该品种有多个性状介于双亲之间，但在每穗粒数、结实率、千粒重、粒型等与轮回亲本存在极显著差异。研究结果将为水稻抗病分子育种提供参考依据。

关键词 水稻；品种；遗传背景；农艺性状

中图分类号 S511 文献标识码 A

稻瘟病是广东水稻的主要病害之一，选育抗病品种是控制该病害最经济有效的途径。随着现代生物技术的发展，越来越多抗病基因被鉴定和克隆，为分子标记辅助选择培育抗病新品种奠定了良好的基础[1]。迄今，已鉴定的稻瘟病主效抗病基因超过84个，成簇地分布于除第3染色体外的所有水稻染色体上（http：//www.ricedata.cn/）。近年来，基因聚合育种在水稻抗病育种中取得了较好的进展。如柳武革等[2-3]育成携带抗病基因Pi1的不育系吉丰A和携带抗病基因Pi1、Pi2的不育系安丰A，2011年通过广东省技术鉴定；Jiang等[4]应用分子标记辅助选择将稻瘟病抗性基因Pi1、Pi2、D12聚合于三系杂交稻保持系Jin 23B中，获得稻瘟病抗性改良的Jin 23B；孙大元等[5]通过回交及自交，并结合分子标记辅助选择，育成携带稻瘟病抗性基因Pi46的杂交水稻恢复系航恢1173。

粤标5号是利用分子标记辅助选择技术与常规水稻育种技术相结合的方法，将稻瘟病广谱抗病基因Pi2聚合于广东主栽品种粤丰占，经回交和自交加代育成的高抗稻瘟病的水稻新品种，并于2015年通过广东省品种审定，品种审定编号为“粤审稻2015031”（http：//www.gdrice.cn/）。该品种高抗稻瘟病，丰产性较好，米质达国标优质1级、省标优质1级，抗倒性强，适合广东及华南稻区作双季稻种植。为了阐明该品种获得的分子基础，本研究均匀地选取水稻12条染色体的SSR标记对粤标5号的遗传背景进行分析，同时比较该品种与双亲主要农艺性状的差异，以期为有效地利用分子标记辅助选择培育抗病新品种提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

粤丰占为广东省的优质稻主栽品种，2003年通过国家品种审定，丰产性好，米质较优，但不抗稻瘟病（http：//www.ricedata.cn/）；C101A51是携带稻瘟病广谱抗病基因Pi2的单基因系，由国际水稻研究所构建[6]；粤标5号是本课题组与华南农业大学资源环境学院合作利用以上2个亲本材料育成的高抗稻瘟病水稻新品种，粤丰占为轮回亲本，C101A51为基因供体亲本。

1.2 方法

1.2.1 遗传背景分析 （1）SSR分子标记。根据Temnykh[7]和Gramene网站（http：//www.gramene.org）公布的标记，按照一定的距离从水稻12条染色体上选取237个SSR标记用于遗传背景分析，并用MapChart 2.1软件将这些标记绘于水稻染色体上（图1）。

（2）DNA提取及PCR反应。采取新鲜的水稻叶片，用CTAB法提取样本DNA。引物序列由上海英骏生物技术有限公司合成。15 μL PCR反应体系中含有：1.0 μL的样本DNA溶液，1.5 μL的10×PCR buffer，0.5 μL的10 mmol/L dNTPs，10 μmol/L的正负引物各0.5 μL，0.5 μL rTaq DNA聚合酶（5 U/μL），其余由ddH2O补足。反应程序：95 ℃ 预变性3 min；95 ℃变性30 s，55～60 ℃退火30 s，72 ℃延伸1 min，35个循环；72 ℃延伸7 min（注：退火温度因引物碱基含量而异）。扩增产物在6%的变性聚丙烯酰胺凝胶上电泳，随后银染显色观察。

（3）背景恢复率。采用Hospital等[8]提出的方法估算回复率：G（g）=[L+X（g）]/（2L），其中G（g）为在g代的遗传背景回复率，X（g）为在回交g代表现为轮回亲本带型的分子标记数量，L为所分析的分子标记数量。理论上的遗传背景恢复率计算：G（g）=1-（1/2）g+1，其中g为回交世代。

1.2.2 农艺性状调查 2015年在广东省农业科学院大丰实验基地，按随机区组设计，3次重复，每重复插5行，每行20株，规格20.0 cm×16.7 cm。常规肥水管理。田间调查抽穗期、有效穗、株高，成熟后取中间10 株考种穗长、穗粒数、结实率、千粒重、粒型、单株产量等农艺性状。

1.3 数据处理

数据分析采用Excel和SPSS统计软件。

2 结果与分析

2.1 品种选育双亲的多态性

选用覆盖水稻全基因组的237对SSR引物对粤标5号品种选育双亲粤丰占、C101A51进行多态性分析，结果发现，93个标记在亲本间具有明显的多态性，多态性的比例为39.2%。多态性标记除1、12染色体偏少外，比较均匀地分布于水稻12条染色体上。图1是用MapChart 2.1软件将本研究用于遗传背景分析的237个SSR标记绘于水稻染色体中，加“_”的标记在双亲间具有多态性。染色体分析的总长度为1749.3 cM，标记间的平均长度7.4 cM，各染色体的多态性标记数平均为7.8个（表1）。

2.2 粤标5号的遗传背景分析

2.2.1 基因型分析情况 用亲本间多态性的分子标记分析粤标5号的遗传背景，根据带型确定基因型。图2分别是染色体1的SSR标记RM583、染色体3的标记RM7和RM218、染色体6的标记RM527、染色体8的标记RM331和染色体11的标记RM206的PCR扩增电泳图。从图中可以看出，在多态性位点粤标5号的基因型分别与亲本粤丰占，或C101A51相同。

表1列出了利用多态性SSR标记解析粤标5号的基因型情况。从水稻12条染色体的分析看，粤标5号基因型来自轮回亲本粤丰占位点的比例为30.0%～100.0%，来自供体亲本C101A51位点的比例为0.0～70.0%。由此可见，该品种的基因型主要来自于轮回亲本粤丰占。染色体间比较，在染色体1和9，粤标5号基因型100%来自于轮回亲本粤丰占；在染色体2～8、染色体10～12，双亲的基因型在粤标5号中都各占一定的比例，如在染色体8中双亲的基因型各占50%，在染色体3中基因型来自粤丰占的位点比例最少，仅为30.0%，来自C101A51的比例为70.0%。

3.2.2 遗传背景回复率 粤标5号选育经历了4次回交和5次自交加代，轮回亲本为粤丰占，基因供体亲本为C101A51。本研究在应用分子标记进行遗传背景分析时，用“1”和“2”分别表示亲本粤丰占、C101A51的基因型（表2）。在检测的93个多态性位点中，粤标5号与粤丰占相同的位点数为62，与C101A51相同有位点（即差异位点）为31。除染色体1和9外，粤标5号在其它染色体上均与轮回亲本粤丰占存在不同程度的差异位点。根据Hospital等[8]提出的方法估算，粤标5号的背景回复率为83.3%，低于理论回复率96.9%。

3.3 粤标5号的农艺性状分析

对粤标5号和其双亲的主要农艺性状分别进行田间调查和取样考种，结果见表3。粤标5号的播始历期为73 d，与轮回亲本粤丰占一样；株高为96.5 cm，介于双亲之间；单株有效穗数7.9、穗长23.1 cm，均高于双亲；每穗粒数137.2，高于亲本C101A51，但显著低于亲本粤丰占；结实率81.3%和千粒重23.2 g，均高于或极显著高于双亲；粒型为3.1与单株产量19.9 g，介于双亲之间。根据单株产量，按每666.7 m2种植水稻2.4万株计，平均产量可估算为477.6 kg/666.7 m2。由此可见，粤标5号有多个农艺性状介于双亲之间，但在每穗粒数、结实率、千粒重、粒型等与轮回亲本存在极显著差异，在株高、结实率、粒型、单株产量等与供体亲本存在显著或极显著差异。

4 讨论与结论

粤标5号是一个高抗稻瘟病、米质优、丰产性较好的水稻新品种，其品种选育的轮回亲本为籼稻粤丰占，抗病基因供体亲本为单基因系C101A51。稻瘟病抗病基因Pi2来源于南美籼稻5173[9]，携带Pi2的单基因系C101A51是国际水稻研究所以籼稻CO39为受体创建的[6]，因此，C101A51亦为籼稻。在本研究结果中，从水稻12条染色体均匀地选取了237对SSR标记对粤标5号的亲本粤丰占与C101A51进行多态性分析，筛选到93个多态性标记，多态性比例仅为39.2%，亲本间的多态性不高，这个结果应该与粤丰占和C101A51均为籼稻有关。

分子标记辅助育种目前主要应用于2个方面：一方面，多应用于回交育种，利用外源有利基因改良现有品种；另一方面，用于基因聚合，利用与目标基因共分离或紧密连锁的分子标记将数个基因聚合到一个品种中，使品种在多个方面同时得到改良[10]。本研究品种粤标5号的选育是应用分子标记辅助选择与系谱选育相结合的方法，经4次回交、5次自交加代选育而成。该品种聚合了稻瘟病广谱抗病基因Pi2，抗病基因型纯合，病区及接种鉴定均表现为高抗稻瘟病。因此，分子标记与传统的育种技术相结合可提高品种的选育效率，是目前水稻抗病育种技术发展的一个重要方向。

在应用回交育种技术进行分子标记辅助选择时，通常会存在这样的现象：如果回交代数多，则选育材料与轮回亲本过于相象，遗传差异小，育成材料综合性状难于取得较大突破；如果回交代数少，则育种群体的遗传差异大，目标性状改良的难度高。因此，应用回交方法进行品种选育时，回交的代数应适度，建议以回交3～4代为宜。粤标5号的选育经历了4次回交，在品种选育过程中，除应用紧密连锁的分子标记筛选目标抗性基因外，对检测到携带抗病基因的株系，加强了农艺性状的筛选。从本研究的结果分析可得，该品种有多个性状如每穗粒数、结实率、千粒重、粒型等与轮回亲本存在显著差异，遗传背景回复率低于理论值。但粤标5号综合性状好，不仅聚合了目标的抗病基因，表现为高抗稻瘟病，且米质达国标优质1级、株高适中、穗较长，结实率高，丰产性较好。本研究的分析结果将为水稻抗病分子育种提供参考依据。

参考文献

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