分子标记辅助选育抗稻瘟病水稻新品种中科盐8号

宛柏杰， 张梦龙， 岳红亮， 刘 凯， 赵绍路， 朱静雯， 代金英， 严国红， 王爱民， 朱国永， 唐红生， 孙明法

(江苏沿海地区农业科学研究所，江苏盐城 224000)

稻瘟病是水稻上的主要病害之一，近年来，其危害面积和程度呈现不断上升趋势，对水稻高产稳产有严重的阻碍。由于稻瘟病菌不同生理小种的变化，品种抗性可能会随着推广时间的增加出现降低，因此，防治稻瘟病最经济有效的方法就是不断地选育和利用抗病品种。目前已经鉴定出100多个稻瘟病抗性基因，其中主效稻瘟病抗性基因约有24个，在水稻不同的染色体上均有分布。-位于水稻第12号染色体上，是最早被克隆的主效抗稻瘟病基因之一，编码1个长度为928个氨基酸的细胞质膜受体蛋白。Bryan等研究发现，抗病基因-编码的产物可以和稻瘟病菌中对应无毒基因表达的产物相互作用，引发植物的抗病反应，使水稻对稻瘟病菌产生抗病性，这符合基因对基因的假说。王军等研究认为，在江苏省粳稻种植区域，稻瘟病抗性基因-和-具有良好的抗性表现和应用价值，并且-基因已经在稻瘟病抗性育种中得到应用。邹拓等研究发现，在冀东稻区水稻中含有抗稻瘟病基因-，对稻瘟病菌抗性也起到主效作用。王小秋等对江苏省近年来育成的水稻新品种进行稻瘟病抗性基因检测发现，-基因在材料中的分布频率在45%以上，并且含有“+-”基因组合的材料，稻瘟病抗性较好，对改良江苏省粳稻稻瘟病抗性具有重要的育种应用价值，并且还发现在检测的品种中，其携带抗病基因数量与抗病性没有达到显著相关性，说明在水稻稻瘟病抗病育种中，需要应用主效基因或组合，而不是简单的增加抗病基因的数量。邢运高等对黄淮稻区早熟水稻品种(系)的稻瘟病抗性与抗性基因相关性进行分析，结果表明，携带抗性基因-的材料，2019、2020年抗性比例分别为42.6%、49.2%，说明抗性基因-在黄淮稻区有较好的应用。在系谱选育过程中，利用分子标记辅助选择技术，将主效抗稻瘟病基因导入到一个品种中，改良品种的稻瘟病抗性，可以增加品种对稻瘟病抗性的持久性。

本研究以大面积推广品种徐稻3号为母本、水稻中间材料盐99-77为父本进行杂交育种。利用分子标记辅助选择改良徐稻3号水稻品种的抗病性，在后代中选育出抗稻瘟病、产量高、米质优的水稻新品种——中科盐8号，于2021年通过国家品种审定委员会审定(审定编号：国审稻20210391)，创制了新的抗稻瘟病种质资源。

1 材料与方法

1.1 试验材料

徐稻3号为徐州农业科学研究所水稻室育成的优质高产粳稻品种；盐99-77(携带稻瘟病抗性基因-)为江苏沿海地区农业科学研究所选育的水稻中间材料，以及徐稻3号/盐99-77配置的杂交种，用于稻瘟病分子标记检测的F代家系编号为W1～W30。

1.2 稻瘟病抗性鉴定

由江苏省农业科学院植物保护研究所提供供试菌株，接种方法参照水稻品种试验稻瘟病抗性鉴定与评价技术规程，接种后30 d左右进行病情调查，稻瘟病鉴定标准见表1。

表1 稻瘟病鉴定标准

1.3 Pi-ta的标记检测

参考朱勇良等的方法提取DNA。抗稻瘟病基因-引物设计参照陈锋等的方法(表2)，引物由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。

表2 稻瘟病抗病基因检测引物信息

2 结果与分析

2.1 抗性基因Pi-ta PCR扩增检测

对F代选育的30个品系进行稻瘟病抗性基因-PCR检测。徐稻3号作为阴性对照，盐 99-77 作为阳性对照。从图1可以看出，其中有16个水稻株系成功扩增出1 042 bp的条带，表明其中16个株系含有-抗病基因，14个水稻株系不含有-抗病基因，含有抗病基因的株系分别为 W1～W7、W16、W18～W20、W25～W29，抗病基因出现的频率为53.3%。

2.2 稻瘟病接种鉴定

采用人工接种的方法，对亲本徐稻3号、盐 99-77 以及选育的30个水稻F株系进行穗颈瘟人工接种鉴定，部分水稻株系接种稻瘟病菌后发病表现见图2。由图2、 表3可知， 徐稻3号表现为中感(病级为5级)，盐99-77表现为中抗(病级为3级)，30份试验材料中达到中抗的材料有8份、中感的材料有10份、感的材料有10份，高感的材料有2份。含有-抗病基因的材料，抗性等级都达到中感或中抗，达到中抗等级的材料，都含有-抗病基因。接种抗性表现为感病和高感的材料，都不含有-抗病基因。说明-抗病基因对提高水稻稻瘟病抗性起到一定的积极作用。

表3 F7株系接种鉴定与基因检测结果

2.3 中科盐8号选育过程

2008年夏，在江苏省盐城市南洋试验农场用徐稻3号与盐99-77杂交配组，获杂交种35粒，后经过盐城市和海南省三亚市3年5代异地选择，2012年在F代通过分子标记辅助选择和稻瘟病接种鉴定，筛选出优良单株进入鉴定圃，2015年鉴定的606号表现突出，2016进入大区品比试验，命名为盐稻15606，2017—2018年进行多点品比试验，表现出优质、高产、多抗等特点。2019—2020年以盐稻15606名称推荐参加国家黄淮海粳稻区域试验和生产试验，2021年报审国家品种审定委员会审定，定名为中科盐8号。中科盐8号系江苏沿海地区农业科学研究所、中国科学院遗传与发育生物学研究所合作，育成的优质高产多抗常规中粳稻新品种，选育过程见图3。

2.4 抗病、优质、高产水稻新品种中科盐8号的农艺性状

中科盐8号于2019年推荐参加连云港农业科学院组织的国家黄淮海粳稻区域试验，全生育期155.2 d，比对照徐稻3号晚熟2.0 d，主要农艺性状2年区试综合表现为有效穗数318.0万穗/hm，株高100.2 cm，穗长16.8 cm，总粒数150.8 粒/穗，结实率 86.4%，千粒质量 26.4 g。中科盐8号成熟期田间抗病性表现见图4。2019—2020年江苏省农业科学院植物保护研究所稻瘟病鉴定(表4)，天津市农业科学院稻瘟病鉴定(表5)，2年稻瘟病抗性平均综合指数分别为2.0和3.5级，穗瘟损失率最高级3级。主要米质指标2年综合表现：整精米率65.2%，垩白度3.2%，透明度1级，直链淀粉含量15.1%，胶稠度74 mm，碱消值7.0%，达到农业行业标准NY/T 593—2021《食用稻品种品质》3级(表6)，米质表现见图5。2019年中科盐8号参加试验，

表4 中科盐8号与对照稻瘟病抗性比较(南京)

表5 中科盐8号 与对照稻瘟病抗性比较(天津)

表6 中科盐8号 与对照品种稻米品质比较

平均产量为10 250.55 kg/hm，比对照徐稻3号增产5.33%；2020年续试，平均产量10 152.30 kg/hm，比对照徐稻3号增产6.93%；2年区域试验平均产量10 201.50 kg/hm，比对照徐稻3号增产6.12%；2020年生产试验，平均产量10 189.65 kg/hm，比对照徐稻3号增产6.36%(表7)。

表7 中科盐8号与对照品种产量比较

3 讨论与结论

随着现代分子生物学的不断发展，水稻育种将逐渐从常规田间经验育种向分子智慧育种转变。分子标记辅助选择技术可以快速和准确地筛选出含有目的基因的植株，加快育种的效率。通过常规杂交育种的方法，将含有抗病基因的材料与高产优质的品种进行杂交，得到的后代通过不断地与改良亲本进行回交，在后代材料中筛选出与回交亲本性状相似的材料，再利用分子标记辅助选择技术检测材料中是否含有抗病基因，就可以筛选到含有抗病基因的高产优质水稻新材料。范方军等利用水稻抗病基因-研究其与穗颈瘟的相关性，得到穗颈瘟的发病程度与稻瘟病抗性基因-存在显著正相关。戴小军等对水稻资源中抗性基因、、以及的分布进行研究，并对含有不同抗性基因材料的抗性反应进行相关性分析，结果表明，当材料中含有主效基因，并且同时含有-，其稻瘟病抗性表现为抗病。王军等利用标记辅助选择并结合多年田间选育和抗性鉴定，成功将3个抗病基因导入到高产品种中。

由于稻瘟病病菌生理小种会不断的发生变异，抗病品种会随着稻瘟病生理小种的变化，抗性逐渐减退，甚至可能丧失。因此，广谱抗稻瘟病基因的挖掘越来越重要，近年来，从水稻品种谷梅四号中成功克隆到广谱抗稻瘟病基因，并且基因已经在水稻抗病育种中得到应用。Li等研究发现，在水稻地方品种地谷中含有广谱抗稻瘟病基因，其抗病机制是通过抑制相关基因的表达，增加水稻细胞中HO的富集，来提高水稻的抗稻瘟病能力。除了挖掘和利用广谱抗稻瘟病单基因外，通过基因聚合育种实现水稻品种持久抗病也是目前关注的重点。陈红旗将稻瘟病抗性基因、和，通过多次回交与标记选择聚合在一起，以此来提高材料抗稻瘟病的持久性。柳武革等将和基因导入到三系不育系荣丰A中，选育出的新不育系和不同恢复系配组，其后代均表现出良好的稻瘟病抗性和丰产性。本研究利用携带稻瘟病抗性基因-的水稻中间材料盐99-77为父本，与大面积推广品种徐稻3号为母本进行杂交育种，改良徐稻3号水稻品种的抗病性，将抗病基因-成功导入到高产优质品种徐稻3号中，选育出优质、高产、抗病新品种中科盐8号。虽然本研究仅仅利用了一个抗稻瘟病基因-，但由于-是主效抗病基因，在后代含有-基因的材料抗病性都表现不会太差，也有可能后代抗性表现好的材料，同时含有其他的未被检测的抗病基因。综上所述，通过在传统育种过程中，利用主效抗病基因改良稻瘟病抗性，可以快速选育出抗病品种。