Improvement of Disease-resistance of Restorer Rice Lines by Transducing Genes Pi9 onto Sanming Dominant Male Sterile Lines
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摘要:目的 将广谱抗稻瘟病基因Pi9导入恢复系双抗明占，以提高其组合抗病能力。方法 通过构建Pi9基因的三明显性核不育系载体作中间“架桥”，结合分子标记辅助选择，每个回交世代选择有Pi9标记基因带型的显性核不育株与双抗明占回交，至BC4F1代筛选获得检测有Pi9标记基因带型可育株自交纯合Pi9基因，获得卸载了核不育基因的双抗明占抗病近等基因系。结果 获选的6个改良系经田间抗性鉴定有5个抗稻瘟病能力得到显著提升，进行配合力测验及农艺性状比较分析，改良系Y25-1一般配合力表现最好，抗病能力强，主要农艺性状与双抗明占相近，可作为抗病的双抗明占推广应用。结论 通过水稻三明显性核不育系作中间“架桥”，导入Pi9基因可有效提高双抗明占及其组合抗稻瘟病能力。Abstract:Objective To transfer the broad-spectrum rice blast resistance gene, Pi9, to the restorer line Shuangkangmingzhan for improving its disease resistance.Method The Sanming dominant male sterile line, a carrier of the Pi9 gene, was used as the intermediate “bridge” for the gene transduction experiment. Using the molecular marker assistance selection method, from each backcross generation the male sterile plants with Pi9 marker genotype were selected to backcross- mate with Shuangkangmingzhan until the self-homozygous Pi9 gene marker in the fertile plant was detected. Then, from the selected plant in the BC4F1 generation of the Shuangkangmingzhan disease-resistant isogenic line, the target sterile gene was obtained.Result Of the 6 improved lines selected, 5 were identified by the field resistance verification with significantly improved resistance to rice blast. The combining abilities and agronomic traits of the lines were compared and analyzed to show that the improved line Y25-1 possessed the best general combining ability with a strong blast resistance. Since its main agronomic traits were similar to those of Shuangkangmingzhan, it could conceivably be considered a surrogate of the disease-resistant Shuangkangmingzhan for breeding purpose.Conclusion For an improved blast resistance on rice, the successful transferring Pi9 gene from Shuangkangmingzhan onto Y25-1 through the use of the Sanming dominant male sterile line as an intermediate “bridge” provided a new venue for the breeding.
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Keywords:
- rice /
- Sanming dominant male sterility /
- carrier /
- transduction /
- Pi9 /
- Shuangkangmingzhan
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0 引言
【研究意义】恢复系双抗明占具有配合力好、米质优、抗稻瘿蚊等优点，用其育成的谷优明占（国审稻2010039）、赣优明占（琼审稻2010012、闽审稻2011004、滇审稻2012017）、泸优明占（闽审稻2013007）均表现突出，稻米品质特别是食味品质佳，长期以来深受消费者欢迎。应用多年后，因稻瘟病菌生理小种多样性和易变化性，其抗稻瘟病能力逐渐减弱，生产上容易感病。通过基因手段增强双抗明占抗性持久能力以提高其配制组合稻瘟病抗性是避免其杂交组合稻瘟病流行有效、安全、环保的有力措施[1]。【前人研究进展】随着分子生物学及应用的迅速发展，新的抗稻瘟病基因不断被发掘，特别是已克隆了的持久抗性Pi9、Pi2、Pi33、Pigm等主效
基因，在水稻不同遗传背景中能有效提高持久抗性[2-5]，引起育种家普遍关注。前人应用回交转育方法将Pi9基因导入水稻不同恢复系遗传背景增强其稻瘟病抗性，取得一定成效[6-9]。但在育种方法上还是依照传统回交转育方法，避免不了母本人工去雄的环节，增加人力物力。在传统回交方法转导目的基因育种中，受多种因素影响，获得后代种子数经常出现不足，还存在因人工去雄不够彻底导致母本部分自交结实，以及后代群体中混有少回交一次的个体等问题，严重时减缓世代进程或降低转育效率。若能以不育系为母本作中间架桥，同时不影响恢复基因背景恢复进程，提高了转导效率[10-11]。【本研究切入点】以三明显性核不育基因作为遗传载体，结合分子标记辅助选择转导Pi9基因，在回交转育过程中以不育株作中间“桥梁”构建双抗明占轮回亲本回交群体，每个回交世代便可省去人工去雄这个技术环节，并分离出近一半可育株供系谱选育。三明显性核不育系败育形态在田间易于识别，后代不育株与可育株符合1∶1分离，大约各占一半，借助其作遗传载体，每个回交世代以显性不育株作母本，避免出现假杂种，减轻鉴定工作量，又不影响恢复基因背景恢复进程。【拟解决的关键问题】本研究拟通过自主建立的双抗明占显性核不育近等基因系，便捷、高效地把广谱抗稻瘟病Pi9基因导入恢复系双抗明占中，提高双抗明占的持久抗性，从而提高其杂交组合的抗稻瘟病能力。 1. 材料与方法
1.1 试验材料
抗源供体亲本：75-1-127（Pi9）。受体亲本：三明显性核不育水稻（SMDGMS）。轮回亲本：恢复系双抗明占。配合力测验不育系：赣香A、泸香618A、T108S、明1A。
1.2 试验方法
1.2.1 分子标记辅助选育双抗明占抗病近等基因系过程
以75-1-127（Pi9）为父本，与三明显性核不育系杂交，完成三明显性核不育基因与Pi9基因聚合。收种种植F1群体，选长势好的不育株１株与双抗明占回交，收种种植获得BC1F1群体。分子标记选用与Pi9基因紧密连锁的分子标记PB9-1（正反向引物序列分别为：5′-TAGACTCCTTCCAAGTTTGACT-3′，5′-TGTGATTTTCAGAATTTTCGT-3′）进行PCR扩增检测抗病基因，扩增反应体系参照赵鹏等[12]的方法进行。筛选含Pi9基因带型且形态偏向双抗明占不育株与恢复系双抗明占回交，混收种子种植，连续回交至4代，获得双抗明占三明显性核不育抗病近等基因系。此时，可育株为Pi9基因杂合型，自交后Pi9基因纯合，获得双抗明占抗病改良系。上述群体构建方法在本课题组前期研究方法[13]上加以改进，因之前研究获得株系HP304等经配合力测验，特别在产量性状上显著不如原双抗明占。因此本研究通过重新构建新群体，便在回交转导过程中扩大BC1F1、BC2F1群体单株个体数，以期提高性状偏向双抗明占的不育单株出现几率，同样只回交4次，获得遗传背景恢复比之前更理想株系，尽量不影响获得株系特别是产量性状上的配合力。
1.2.2 改良系与双抗明占稻瘟病抗性评价
田间自然诱发抗性鉴定试验在上杭茶地稻瘟病重病区进行。按随机区组设计，设2个重复，共16个小区，每个小区插植100株。 2016年6月23日播种，7月15日移栽，密植规格16 cm×20 cm，四周种当地诱发品种。主要偏施N肥。于7月10日调查苗瘟的发病情况，8月15日调查叶瘟发病情况，10月16日调查穗颈瘟发病情况。苗瘟、叶瘟在感病对照品种发病达7级以上时调查。各小区取发病最重的10株作为调查对象，每株调查发病最重叶片，取发病最重的3株平均值作评价依据；穗瘟在黄熟初期调查不少于100穗发病最重的稻穗作评价依据。调查方法、病级分级标准及抗性综合评价按国家农业行业标准NY/T2646-2014[14]执行。
苗叶瘟病级GLB=∑(NDL×GDL)/TNL。
式中，GLB为苗叶瘟病级，NDL为各级病叶数，GDL为各病级代表值，TNL为调查总叶数。
穗瘟损失率（级）GLRP=∑(NDP×GDP)/TNP。
式中，GLRP为穗瘟损失率（级），NDP为各级病穗数，GDP为各级损失率病级，TNP为调查总穗数。
1.2.3 改良系与双抗明占配合力评价
2016年在三明市农业科学院琅口试验基地试验田进行试验。原始双抗明占和获得的6个改良系分别与赣香A、泸香618A、T108S、明1A进行不完全双列杂交（NCLL），各组合田间种植完全随机区组安排，3次重复，共84个小区。于6月21日播种，7月15日移栽，株行距20 cm×24 cm，穴栽一粒谷，每个小区种植8行，每行种植10株，采用大田常规管理技术。观察记载各组合的株叶形态等特征和抽穗期。成熟后，在每个小区中随机选取3株有代表性植株风干考种，考查株高、穗长、有效穗数、每穗总粒数、每穗实粒数、结实率、千粒重、单株产量等产量性状。
1.2.4 改良系与双抗明占主要农艺性状比较分析
2016年冬在海南种植原始双抗明占及6个改良系，随机区组设计，3次重复。于11月26日播种，12月23日移栽，株行距20 cm×20 cm，穴栽一粒谷，每个小区种植10行，每行种植10株，共计21个小区。成熟时每小区取3株有代表性单株考察株高、各节间长度、茎粗、剑叶长宽、倒二叶长宽、有效穗、穗长、每穗总粒数、每穗实粒数、结实率、千粒重等主要农艺性状。
1.3 数据分析
数据采用Microsoft Excel 2003进行整理，运用DPS7.05软件进行统计分析。
2. 结果与分析
2.1 回交世代群体分离比例
在导入抗病基因回交过程中，各回交世代BC1F1、BC2F1、BC3F1群体种植株数分别为401株、423株、160株（表1）。各群体抽穗后，不同单株间出现育性分离，不育株表现包颈明显，开花时花丝和花药细小，花药不开裂，在高温和低温自然环境下花药败育形态保持原状，与群体内正常可育株区别明显[10]。经田间调查和分子标记检测，结果显示BC1F1、BC2F1、BC3F1每个世代三明显性核不育株含有Pi9标记株数、不含Pi9标记株数、可育株含有Pi9标记株数、不含Pi9标记株数分离比符合1∶1∶1∶1， X 2测验值分别为2.621、1.255、2.159(X 2 0.05，3=7.815)，表明三明显性核不育基因与Pi9基因遗传上表现自由组合独立分配规律，用三明显性核不育基因作中间架桥转导Pi9基因是一种理想的回交转育育种方法。
表 1 三明显性核不育基因与Pi9基因不同回交世代分离比例Table 1. Separation rate of Sanming dominant male sterile gene and Pi9 in backcross generations回交世代
Backcross generationPi9不育株数
Pi9 sterile plantspi9不育株数
pi9 sterile plantsPi9可育株数
Pi9 fertile plantspi9可育株数
pi9 fertile plants期望分离比
Expectation separation ratioX 2 P0.05 BC1F1 94 111 105 91 1∶1∶1∶1 2.621 7.815 BC2F1 102 108 99 114 1∶1∶1∶1 1.255 7.815 BC3F1 34 45 37 44 1∶1∶1∶1 2.159 7.815 注：X 20.05，3=7.815 2.2 双抗明占抗病改良系选育
三明显性核不育系与75-1-127（Pi9）杂交，种植F1群体各单株都含有Pi9基因，处于杂合状态。因此选其中1个不育株与双抗明占杂交，种植复交F1群体，利用与Pi9基因紧密连锁分子标记PB9-1检测筛选含有Pi9标记带型显性核不育株5个单株与双抗明占进行回交，混合种植BC1F1群体共401株（表1），检测出含有Pi9标记带型（杂合型）不育单株94株。从中选取5个农艺性状偏向双抗明占单株继续回交。种植BC2F1群体，经分子标记检测从102株含有Pi9标记带型（杂合型）不育株中选5个农艺性状偏向双抗明占单株继续回交，混合种植BC3F1群体。回交至BC4F1代选择含有Pi9标记带型且农艺性状接近双抗明占可育株种子种植BC4F2群体，分子标记检测筛选含有Pi9标记带型单株，结合田间性状考察，获得形态接近双抗明占25个单株。经自交，分株系种植BC4F3，分子标记检测BC4F3中5个群体Pi9标记基因型无分离，表明这5个株系Pi9基因为纯合。从中选出优良单株20株分株种植，最终获得株系性状整齐一致导入系6个，编号分别为：Y14-1、Y17-1、Y18-1、Y22-1、Y25-1、Y28-1。
2.3 改良系稻瘟病抗性评价
2016年，获得的6个株系在上杭茶地稻瘟病重病区田间自然诱发抗性鉴定，结果（表2）表明，改良系中，Y17-1株系表现中感，抗性与双抗明占相当，其他5个株系，Y14-1与Y22-1抗性综评为中抗，Y25-1、Y28-1、Y18-1抗性综评为抗。对照感病品种鉴定结果综评为高感，双抗明占为中感。可见导入Pi9基因能显著提高双抗明占稻瘟病抗性能力。株系间抗性水平出现差异是因Pi9基因的抗性表达还受遗传背景的影响，至于Y17-1株系可能在回交过程中检测出现假阳性，实际并未导入Pi9基因使抗病能力与双抗明占相当。双抗明占抗性能力优于对照是因自身还含有其他抗病基因，导入Pi9基因后通过基因累加与互作导致抗病能力得到显著提升。
表 2 双抗明占与改良株系的稻瘟病抗性表现Table 2. Blast resistances of Shuangkangmingzhan and selected plants亲本
Parent苗瘟
Seeding Blast叶稻瘟
Leaf Blast穗颈瘟
Panicle Blast抗性综评
Comprehensive evaluationⅠ Ⅱ 最高级别
LevelⅠ Ⅱ 最高级别
LevelⅠ Ⅱ 最高级别
Level发病率
Prevalence/%级别
Level发病率
Prevalence/%级别
Level发病率
Prevalence/%级别
Level发病率
Prevalence/%级别
Level发病率
Prevalence/%级别
Level发病率
Prevalence/%级别
Level双抗明占
Shuangkang
mingzhan8 4 7 4 4 7 4 5 4 4 11 5 12 5 5 MS Y14-1 5 4 8 4 4 2 3 3 4 4 7 3 8 3 3 MR Y17-1 7 4 6 4 4 3 4 5 4 4 17 5 14 5 5 MS Y18-1 4 3 2 3 3 0 0 0 0 0 3 1 4 1 1 R Y22-1 17 5 24 6 6 4 3 3 4 4 3 1 2 1 1 MR Y25-1 6 4 5 4 4 0 0 0 0 0 4 1 5 1 1 R Y28-1 3 3 2 3 3 0 0 0 0 0 2 1 3 1 1 R 感病对照
Control75 9 78 9 9 56 7 63 7 7 76 9 85 9 9 HS 注：MS：中感，HS：高感，MR：中抗，R：抗。
Note: MS-medium sensitive, HS-highly sensitive, MR-medium resistant, R-resistant.2.4 改良系的一般配合力分析
6个改良系和原始双抗明占以及4个不育系杂交，后代配合力分析结果（表3）显示，各性状一般配合力（GCA）的效应值变幅为：株高−4.19～6.56、抽穗期−3.65～2.75、有效穗−14.77～14.22、每穗实粒数−9.09～16.54、每穗总粒数−4.25～14.90、结实率−6.25～4.54、千粒重−6.14～11.25、单株产量−15.35～33.66。6个改良系的GCA效应值结果显示，有4个株系株高的GCA效应值高于双抗明占，而抽穗期GCA效应值均小于双抗明占，杂种后代均表现比双抗明占相应组合偏向早熟，而有效穗GCA效应值除Y25-1株系高于双抗明占外，其他株系有效穗一般配合力不如双抗明占。穗总粒数除Y14-1株系GCA效应值高外，其他5个株系GCA效应值低于双抗明占，同时结实率GCA效应值也有所降低。可以看出双抗明占在抽穗期、有效穗、结实率和单株产量的GCA效应值较大。Y18-1在千粒重和株高的GCA效应值稍大，Y25-1在有效穗、千粒重和单株产量的GCA效应值稍大，Y14-1在每穗实粒数和每穗总粒数的GCA效应值较大。从配合力综合表现上看，Y25-1株系一般配合力在所有改良系中表现最好，在多个性状上有较突出的贡献，与双抗明占一般配合力表现最为接近。
表 3 亲本农艺性状的一般配合力的相对效应Table 3. Relative effect of general combining ability on agronomic traits of 11 parents亲本
Parent株高
Plant height抽穗期
Heading date单株有效穗
Effective panicle每穗实粒数
Grains per panicle每穗总粒数
Spikelets per panicle结实率
Seed setting rate千粒重
1 000-grain weight单株产量
Grain yield per plant赣香 A Ganxiang A 6.56 2.75 14.22 6.44 1.84 4.54 11.25 33.66 泸香618A Luxiang 618A −4.19 −3.65 −4.35 −9.09 −3.05 −6.25 −1.51 −15.35 T108S 1.55 0.34 −6.54 −1.00 1.83 −2.76 −6.14 −13.76 明1A Ming 1A −3.92 0.56 −3.33 3.64 −0.61 4.47 −3.60 −4.55 双抗明占 Shuangkang
mingzhan−0.09 0.73 9.03 0.96 0.00 1.59 −1.64 9.46 Y14-1 0.00 0.04 −14.77 16.54 14.90 0.56 −0.72 1.86 Y17-1 −0.55 −0.55 0.84 −4.01 −4.25 0.56 0.36 −2.19 Y18-1 1.07 −0.74 −2.49 −2.82 −3.77 1.02 1.93 −4.80 Y22-1 0.26 0.24 −5.81 −0.61 −0.67 0.33 −1.08 −6.74 Y25-1 0.08 0.24 10.82 −7.38 −3.66 −3.70 0.80 2.57 Y28-1 −0.77 0.04 2.38 −2.67 −2.56 −0.36 0.35 −0.16 2.5 改良系与双抗明占主要农艺性状比较分析
通过6个改良系与双抗明占在17个主要农艺性状的比较结果（表4）显示，所有改良系与双抗明占在剑叶长、宽，倒二叶长，穗长，第4节间长，茎粗6个性状上均无显著差异，而每穗总粒数则基本显著高于双抗明占，但结实率均有所降低。株系Y25-1在株高、倒二叶宽、第三节间长与双抗明占存在显著差异；表现植株更高，第三节间长伸长，倒二叶宽度变小，但产量主要构成因素与双抗明占无显著差异。说明改良系在提高抗性的同时，有些农艺性状也受不同程度影响，综合考虑Y25-1株系已基本恢复双抗明占遗传背景，可作为双抗明占的替代系。至于Pi9基因除抗性外是否还会影响其他农艺性状表达，有待进一步研究。
表 4 改良系及双抗明占主要农艺性状表现Table 4. Agronomic traits of improved lines and Shuangkangmingzhan亲本 Parent 双抗明占
Shuangkang
mingzhanY14-1 Y17-1 Y18-1 Y22-1 Y25-1 Y28-1 株高 Plant height/cm 100.3±1.2 c 104.6±0.8 a 100.0±2.1 c 101.3±0.6 bc 100.5±1.9 c 104.9±0.3 a 103.3±0.5 ab 剑叶长 Flag leaf length/cm 24.0±4.4 a 19.7±2.3 a 19.7±3.4 a 20.7±3.5 a 21.0±1.5 a 19.3±2.2 a 21.4±0.5 a 剑叶宽 Flag leaf width/cm 1.7±0.1 a 1.7±0.1 a 1.6±0.1 a 1.7±0.1 a 1.6±0.1 a 1.6±0.1 a 1.7±0.2 a 倒二叶长 Inverted second leaf length/cm 35.8±4.7 a 32.5±4.1 a 31.5±4.9 a 30.6±1.6 a 31.8±3.5 a 32.5±3.5 a 33.4±1.0 a 倒二叶宽 Inverted second leaf width/cm 1.4±0.1 a 1.3±0.1 ab 1.2±0.1 b 1.2±0.1 b 1.2±0.1 b 1.2±0.1 b 1.3±0.1 ab 穗长 Panicel length/cm 24.9±0.9 a 24.8±1.3 a 25.7±0.9 a 24.6±0.7 a 24.5±1.0 a 25.6±0.9 a 25.0±1.4 a 第1节间长 Length of the first internode/cm 1.7±0.3 b 3.0±0.3 a 3.2±1.0 a 2.8±0.4 ab 2.0±0.4 ab 2.5±0.3 ab 2.6±0.4 ab 第2节间长 Length of the second internode/cm 6.9±1.5 b 11.0±1.0 a 9.2±0.6 ab 8.3±0.9 b 8.6±2.1 ab 8.1±1.5 b 8.2±1.7 b 第3节间长 Length of the third internode/cm 10.2±0.2 b 12.7±0.1 a 12.7±0.4 a 12.9±0.6 a 12.4±1.2 a 12.8±0.3 a 12.6±0.6 a 第4节间长 Length of the fourth internode/cm 18.5±1.0 a 19.2±1.4 a 18.7±0.5 a 19.0±0.4 a 19.4±0.6 a 19.2±1.2 a 19.4±0.8 a 第5节间长 Length of the fifth internode/cm 36.9±3.2 a 34.5±0.8 ab 32.9 ±3.0 b 34.4±0.8 ab 34.2±1.1 ab 34.6±0.5 ab 34.6±0.6 ab 茎粗 Stem diameter/cm 0.57±0.1 a 0.55±0.1 a 0.57±0.1 a 0.53±0.1 a 0.53±0.1 a 0.57±0.1 a 0.53±0.1 a 单株有效穗 Effective panicle/穗 11.1±0.3 a 8.9±0.7 cd 9.0±0.4 cd 9.4±0.3 bc 8.9±0.3 cd 10.2±0.3 ab 8.2±0.7 d 每穗总粒数 Spikelets per panicle/粒 156.7±3.2 cd 163.1±1.6 b 168.5±2.3 a 158.6±0.7 c 151.7±0.9 e 153.0±1.3 de 172.4±2.4 a 每穗实粒数 Grains per panicle/粒 130.6±0.9 a 128.3±1.1 a 130.7±1.7 a 128.3±1.0 a 116.6±1.8 b 128.4±1.5 a 127.8±0.7 a 结实率 Seed setting rate/% 83.5±1.7 a 79.5±1.8 bc 77.5±1.1 c 80.5±0.9 b 77.4±1.0 c 84.6±0.8 a 74.4±0.6 d 千粒重1 000-grain weight/g 24.73±0.1 a 24.50±0.2 ab 23.94±0.1 cd 24.21±0.1 bc 23.70±0.1 d 24.36±0.2 b 23.91±0.1 cd 注：同行数据后不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。
Note: Data with different lowercase letters on a same line indicate significant difference at P＜0.05.2.6 改良系抗病双抗明占（Y25-1）及组合应用评价
明1优明占（明1A/ Y25-1）参加2017—2018年云南省杂交籼稻品种试验，两年平均产量10.98 t·hm−2，比对照增产0.92%。2018年生产试验，平均产量10.02 t·hm−2，比对照增产2.16%。抗病性鉴定：稻瘟病综合抗性指数3.29，穗瘟损失率最高级3，高抗白叶枯病、中抗纹枯病、抗稻曲病。米质达部标优质3级标准。2019年通过云南省农作物品种审定委员会审定（滇审稻2019025）。
3. 讨论与结论
本研究以三明显性核不育基因作载体转导Pi9基因，获得5个比双抗明占抗病能力显著改善导入系，其中Y25-1株系的农艺性状和一般配合力与双抗明占基本一致，具有替代双抗明占进行推广应用的潜在价值。通过三明显性核不育基因系转导目的基因，最终要“过河拆桥”，所得可育株应完全卸掉显性核不育基因，所以作为理想载体，所选目的基因应与三明显性核不育基因之间无连锁，遵循独立分配遗传规律，才易于实现快速恢复原有遗传背景。性状分离比结果显示，三明显性核不育基因与Pi9基因遗传上遵守自由组合独立分配遗传规律。Qu等[2]通过RFLP标记定位Pi9基因在水稻6号染色体上；杨泽茂等[15]利用SSR和INDEL标记，将三明显性核不育基因定位于8号染色体两INDEL标记ZM30和ZM9之间。前人研究从分子水平上揭示它们分属两个不同连锁群，与本试验观察结果相一致。而从改良系结实率一般配合力来看，大部分改良系恢复力与原双抗明占无显著区别，显性核不育基因在所得改良系中均彻底分离出去，不遗留对恢复力的影响。
依照传统的回交转导目的基因育种方法，通常在回交过程中出现部分自交，种植下一代群体混有少回交一代单株，造成进程缓慢降低效率。本试验转育方法优越性是选用不育株作母本可避免出现自交，保证下一代都是回交后种子，提高育种效率。株系Y17-1田间抗病能力与原双抗明占相当，可能是因为所选Pi9基因连锁标记与目标基因并未完全共分离，出现假阳现象，实际并未导入Pi9基因。前人研究认为当连锁标记与目的基因遗传距离小于0.9cM时，准确率100%，随着越来越多抗稻瘟病主效基因的克隆，根据基因自身序列设计特异性分子标记与目标基因共分离[16-18]，能有效提高筛选准确率。因此，利用该转导方法结合选用共分离标记，今后可进一步提高选育效率。
三明显性核不育基因系通过异交结实的种子下一代可育株与不育株符合1∶1分离，所构建抗病不育系自身就是轮回选择高效育种新体系，并可不断导入其他抗病基因聚合多抗基因。也可选择不育株进行大量回交，构建转导目的基因上万个体的大群体，理论上回交二至三代便可得到遗传背景与轮回亲本相近导入系，通过“空间换时间”快速达到改良目的。
致谢：本研究得到福建省上杭茶地农技站陈进周农技员的大力支持和帮助，特此致谢！
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表 1 三明显性核不育基因与Pi9基因不同回交世代分离比例
Table 1 Separation rate of Sanming dominant male sterile gene and Pi9 in backcross generations
回交世代
Backcross generationPi9不育株数
Pi9 sterile plantspi9不育株数
pi9 sterile plantsPi9可育株数
Pi9 fertile plantspi9可育株数
pi9 fertile plants期望分离比
Expectation separation ratioX 2 P0.05 BC1F1 94 111 105 91 1∶1∶1∶1 2.621 7.815 BC2F1 102 108 99 114 1∶1∶1∶1 1.255 7.815 BC3F1 34 45 37 44 1∶1∶1∶1 2.159 7.815 注：X 20.05，3=7.815 
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表 2 双抗明占与改良株系的稻瘟病抗性表现
Table 2 Blast resistances of Shuangkangmingzhan and selected plants
亲本
Parent苗瘟
Seeding Blast叶稻瘟
Leaf Blast穗颈瘟
Panicle Blast抗性综评
Comprehensive evaluationⅠ Ⅱ 最高级别
LevelⅠ Ⅱ 最高级别
LevelⅠ Ⅱ 最高级别
Level发病率
Prevalence/%级别
Level发病率
Prevalence/%级别
Level发病率
Prevalence/%级别
Level发病率
Prevalence/%级别
Level发病率
Prevalence/%级别
Level发病率
Prevalence/%级别
Level双抗明占
Shuangkang
mingzhan8 4 7 4 4 7 4 5 4 4 11 5 12 5 5 MS Y14-1 5 4 8 4 4 2 3 3 4 4 7 3 8 3 3 MR Y17-1 7 4 6 4 4 3 4 5 4 4 17 5 14 5 5 MS Y18-1 4 3 2 3 3 0 0 0 0 0 3 1 4 1 1 R Y22-1 17 5 24 6 6 4 3 3 4 4 3 1 2 1 1 MR Y25-1 6 4 5 4 4 0 0 0 0 0 4 1 5 1 1 R Y28-1 3 3 2 3 3 0 0 0 0 0 2 1 3 1 1 R 感病对照
Control75 9 78 9 9 56 7 63 7 7 76 9 85 9 9 HS 注：MS：中感，HS：高感，MR：中抗，R：抗。
Note: MS-medium sensitive, HS-highly sensitive, MR-medium resistant, R-resistant.
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表 3 亲本农艺性状的一般配合力的相对效应
Table 3 Relative effect of general combining ability on agronomic traits of 11 parents
亲本
Parent株高
Plant height抽穗期
Heading date单株有效穗
Effective panicle每穗实粒数
Grains per panicle每穗总粒数
Spikelets per panicle结实率
Seed setting rate千粒重
1 000-grain weight单株产量
Grain yield per plant赣香 A Ganxiang A 6.56 2.75 14.22 6.44 1.84 4.54 11.25 33.66 泸香618A Luxiang 618A −4.19 −3.65 −4.35 −9.09 −3.05 −6.25 −1.51 −15.35 T108S 1.55 0.34 −6.54 −1.00 1.83 −2.76 −6.14 −13.76 明1A Ming 1A −3.92 0.56 −3.33 3.64 −0.61 4.47 −3.60 −4.55 双抗明占 Shuangkang
mingzhan−0.09 0.73 9.03 0.96 0.00 1.59 −1.64 9.46 Y14-1 0.00 0.04 −14.77 16.54 14.90 0.56 −0.72 1.86 Y17-1 −0.55 −0.55 0.84 −4.01 −4.25 0.56 0.36 −2.19 Y18-1 1.07 −0.74 −2.49 −2.82 −3.77 1.02 1.93 −4.80 Y22-1 0.26 0.24 −5.81 −0.61 −0.67 0.33 −1.08 −6.74 Y25-1 0.08 0.24 10.82 −7.38 −3.66 −3.70 0.80 2.57 Y28-1 −0.77 0.04 2.38 −2.67 −2.56 −0.36 0.35 −0.16
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表 4 改良系及双抗明占主要农艺性状表现
Table 4 Agronomic traits of improved lines and Shuangkangmingzhan
亲本 Parent 双抗明占
Shuangkang
mingzhanY14-1 Y17-1 Y18-1 Y22-1 Y25-1 Y28-1 株高 Plant height/cm 100.3±1.2 c 104.6±0.8 a 100.0±2.1 c 101.3±0.6 bc 100.5±1.9 c 104.9±0.3 a 103.3±0.5 ab 剑叶长 Flag leaf length/cm 24.0±4.4 a 19.7±2.3 a 19.7±3.4 a 20.7±3.5 a 21.0±1.5 a 19.3±2.2 a 21.4±0.5 a 剑叶宽 Flag leaf width/cm 1.7±0.1 a 1.7±0.1 a 1.6±0.1 a 1.7±0.1 a 1.6±0.1 a 1.6±0.1 a 1.7±0.2 a 倒二叶长 Inverted second leaf length/cm 35.8±4.7 a 32.5±4.1 a 31.5±4.9 a 30.6±1.6 a 31.8±3.5 a 32.5±3.5 a 33.4±1.0 a 倒二叶宽 Inverted second leaf width/cm 1.4±0.1 a 1.3±0.1 ab 1.2±0.1 b 1.2±0.1 b 1.2±0.1 b 1.2±0.1 b 1.3±0.1 ab 穗长 Panicel length/cm 24.9±0.9 a 24.8±1.3 a 25.7±0.9 a 24.6±0.7 a 24.5±1.0 a 25.6±0.9 a 25.0±1.4 a 第1节间长 Length of the first internode/cm 1.7±0.3 b 3.0±0.3 a 3.2±1.0 a 2.8±0.4 ab 2.0±0.4 ab 2.5±0.3 ab 2.6±0.4 ab 第2节间长 Length of the second internode/cm 6.9±1.5 b 11.0±1.0 a 9.2±0.6 ab 8.3±0.9 b 8.6±2.1 ab 8.1±1.5 b 8.2±1.7 b 第3节间长 Length of the third internode/cm 10.2±0.2 b 12.7±0.1 a 12.7±0.4 a 12.9±0.6 a 12.4±1.2 a 12.8±0.3 a 12.6±0.6 a 第4节间长 Length of the fourth internode/cm 18.5±1.0 a 19.2±1.4 a 18.7±0.5 a 19.0±0.4 a 19.4±0.6 a 19.2±1.2 a 19.4±0.8 a 第5节间长 Length of the fifth internode/cm 36.9±3.2 a 34.5±0.8 ab 32.9 ±3.0 b 34.4±0.8 ab 34.2±1.1 ab 34.6±0.5 ab 34.6±0.6 ab 茎粗 Stem diameter/cm 0.57±0.1 a 0.55±0.1 a 0.57±0.1 a 0.53±0.1 a 0.53±0.1 a 0.57±0.1 a 0.53±0.1 a 单株有效穗 Effective panicle/穗 11.1±0.3 a 8.9±0.7 cd 9.0±0.4 cd 9.4±0.3 bc 8.9±0.3 cd 10.2±0.3 ab 8.2±0.7 d 每穗总粒数 Spikelets per panicle/粒 156.7±3.2 cd 163.1±1.6 b 168.5±2.3 a 158.6±0.7 c 151.7±0.9 e 153.0±1.3 de 172.4±2.4 a 每穗实粒数 Grains per panicle/粒 130.6±0.9 a 128.3±1.1 a 130.7±1.7 a 128.3±1.0 a 116.6±1.8 b 128.4±1.5 a 127.8±0.7 a 结实率 Seed setting rate/% 83.5±1.7 a 79.5±1.8 bc 77.5±1.1 c 80.5±0.9 b 77.4±1.0 c 84.6±0.8 a 74.4±0.6 d 千粒重1 000-grain weight/g 24.73±0.1 a 24.50±0.2 ab 23.94±0.1 cd 24.21±0.1 bc 23.70±0.1 d 24.36±0.2 b 23.91±0.1 cd 注：同行数据后不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。
Note: Data with different lowercase letters on a same line indicate significant difference at P＜0.05.
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[1] 王军, 赵婕宇, 许扬, 等. 水稻稻瘟病抗性基因Bsr-d1功能标记的开发和利用 [J]. 作物学报, 2018, 44(11):1612−1620. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2018.01612 WANG J, ZHAO J Y, XU Y, et al. Development and application of functional markers for rice blast resistance gene bsr-d1 in rice [J]. Acta Agronomica Sinica, 2018, 44(11): 1612−1620.(in Chinese) DOI: 10.3724/SP.J.1006.2018.01612
[2] QU S H, LIU G F, ZHOU B, et al. The broad-spectrum blast resistance gene Pi9 encodes a nucleotide-binding site–leucine-rich repeat protein and is a member of a multigene family in rice [J]. Genetics, 2006, 172(3): 1901−1914. DOI: 10.1534/genetics.105.044891
[3] 刘士平, 李信, 汪朝阳, 等. 基因聚合对水稻稻瘟病的抗性影响 [J]. 分子植物育种, 2003, 1(1):22−26. DOI: 10.3969/j.issn.1672-416X.2003.01.003 LIU S P, LI X, WANG Z Y, et al. Gene pyramiding to increase the blast resistance in rice [J]. Molecular Plant Breeding, 2003, 1(1): 22−26.(in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.1672-416X.2003.01.003
[4] BERRUYER R, ADREIT H, MILAZZO J, et al. Identification and fine mapping of Pi33, the rice resistance gene corresponding to the Magnaporthe grisea avirulence gene ACE1 [J]. Theoretical and Applied Genetics, 2003, 107(6): 1139−1147. DOI: 10.1007/s00122-003-1349-2
[5] 张礼霞, 王林友, 范宏环, 等. 利用Pigm基因改良粳稻保持系的稻瘟病抗性研究 [J]. 核农学报, 2017, 31(3):424−431. DOI: 10.11869/j.issn.100-8551.2017.03.0424 ZHANG L X, WANG L Y, FAN H H, et al. Study on improving rice blast resistance of Japonica maintainer line by introducing pigm gene [J]. Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2017, 31(3): 424−431.(in Chinese) DOI: 10.11869/j.issn.100-8551.2017.03.0424
[6] 向小娇, 张建, 郑天清, 等. 应用分子标记技术改良京作1号的稻瘟病抗性 [J]. 植物遗传资源学报, 2016, 17(4):773−780. XIANG X J, ZHANG J, ZHENG T Q, et al. Improving blast resistance of Jingzuo1 using molecular marker technique [J]. Journal of Plant Genetic Resources, 2016, 17(4): 773−780.(in Chinese)
[7] 文绍山, 高必军. 利用分子标记辅助选择将抗稻瘟病基因Pi-9(t)渗入水稻恢复系泸恢17 [J]. 分子植物育种, 2012, 10(1):42−47. DOI: 10.3969/mpb.010.000042 WEN S S, GAO B J. Introgressing blast resistant gene Pi-9(t) into elite rice restorer Luhui17 by marker-assisted selection [J]. Molecular Plant Breeding, 2012, 10(1): 42−47.(in Chinese) DOI: 10.3969/mpb.010.000042
[8] 肖武名, 孙大元, 王慧, 等. 分子标记选育稻瘟病和白叶枯病双抗种质 [J]. 华北农学报, 2014, 29(1):203−207. DOI: 10.7668/hbnxb.2014.01.036 XIAO W M, SUN D Y, WANG H, et al. MAS breeding for rice accessions showing resistance to blast and bacterial blight [J]. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 2014, 29(1): 203−207.(in Chinese) DOI: 10.7668/hbnxb.2014.01.036
[9] 陈建民, 付志英, 权宝权, 等. 分子标记辅助培育双抗稻瘟病和白叶枯病杂交稻恢复系 [J]. 分子植物育种, 2009, 7(3):465−470. CHEN J M, FU Z Y, QUAN B Q, et al. Breeding hybrid rice restoring line with double resistance to rice blast and bacterial blight by marker-assisted selection [J]. Molecular Plant Breeding, 2009, 7(3): 465−470.(in Chinese)
[10] 黄显波, 田志宏, 邓则勤, 等. 水稻三明显性核不育基因的初步鉴定 [J]. 作物学报, 2008, 34(10):1865−1868. DOI: 10.3321/j.issn:0496-3490.2008.10.026 HUANG X B, TIAN Z H, DENG Z Q, et al. Preliminary identification of a novel Sanming dominant male sterile gene in rice (Oryza sativa L.) [J]. Acta Agronomica Sinica, 2008, 34(10): 1865−1868.(in Chinese) DOI: 10.3321/j.issn:0496-3490.2008.10.026
[11] 陆光远, 张学昆, 李桂英, 等. 应用群体改良法选育高产优质抗病油菜新品种 [J]. 中国油料作物学报, 2012, 34(6):575−581. LU G Y, ZHANG X K, LI G Y, et al. Breeding of high yield, double low and disease resistant rapeseed cultivars by population improvement [J]. Chinese Journal of Oil Crop Sciences, 2012, 34(6): 575−581.(in Chinese)
[12] 赵鹏, 冯冉冉, 肖巧珍, 等. 聚合抗褐飞虱基因bph20(t)和bph21(t)及抗稻瘟病基因Pi9水稻株系筛选 [J]. 南方农业学报, 2013, 44(6):885−892. DOI: 10.3969/j:issn.2095-1191.2013.6.885 ZHAO P, FENG R R, XIAO Q Z, et al. Pyramiding brown planthopper genes, bph20(t)and bph21(t), and rice blast resistant gene Pi9 in rice (Oryza sativa L.) [J]. Journal of Southern Agriculture, 2013, 44(6): 885−892.(in Chinese) DOI: 10.3969/j:issn.2095-1191.2013.6.885
[13] 唐江霞, 林成豹, 黄显波, 等. 以三明显性核不育水稻为载体转导水稻抗稻瘟病基因Pi-9 [J]. 福建农业学报, 2013, 28(9):849−853. DOI: 10.3969/j.issn.1008-0384.2013.09.003 TANG J X, LIN C B, HUANG X B, et al. Transduction of rice blast resistance gene Pi-9 using Saming dominant genic male as the vector [J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2013, 28(9): 849−853.(in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.1008-0384.2013.09.003
[14] 中华人民共和国农业部. 水稻品种试验稻瘟病抗性鉴定与评价技术规程[S]. 北京: 中国农业出版社, 2015. [15] 杨泽茂, 谢小芳, 黄显波, 等. 水稻“三明”显性核不育基因的定位 [J]. 遗传, 2012, 34(5):615−620. YANG Z M, XIE X F, HUANG X B, et al. Mapping of Sanming dominant genic male sterility gene in rice [J]. Hereditas, 2012, 34(5): 615−620.(in Chinese)
[16] 刘开强, 伍豪, 颜群, 等. 水稻抗稻瘟病基因Pi1的特异性分子标记开发及利用 [J]. 西南农业学报, 2016, 29(6):1241−1244. LIU K Q, WU H, YAN Q, et al. Development and application of specific marker of blast resistance gene Pi1 in rice [J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences, 2016, 29(6): 1241−1244.(in Chinese)
[17] 华丽霞, 汪文娟, 陈深, 等. 抗稻瘟病Pi2/9/z-t基因特异性分子标记的开发 [J]. 中国水稻科学, 2015, 29(3):305−310. DOI: 10.3969/j.issn.1001-7216.2015.03.010 HUA L X, WANG W J, CHEN S, et al. Development of specific DNA markers for detecting the rice blast resistance gene alleles Pi2/9/z-T [J]. Chinese Journal of Rice Science, 2015, 29(3): 305−310.(in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.1001-7216.2015.03.010
[18] TIAN D G, CHEN Z J, CHEN Z Q, et al. Allele-specific marker-based assessment revealed that the rice blast resistance genes Pi2 and Pi9 have not been widely deployed in Chinese indica rice cultivars [J]. Rice, 2016, 9: 19. DOI: 10.1186/s12284-016-0091-8
-
期刊类型引用(4)
1. 陈贤锡，唐江霞. 优质杂交稻雅5优明占高产制种技术. 福建稻麦科技. 2023(01): 8-10 . 
百度学术
2. 叶仰东，唐江霞，林成豹，邓则勤，梁水金，苏荣理，黄显波. 绿色优质两系杂交稻B两优164的选育. 福建农业学报. 2022(01): 17-24 . 本站查看
3. 谢旺有，陈锦文，谢少和，陈惠清，王天生，余文昌，侯凯强. 抗稻瘟病基因Pi9导入籼稻恢复系泉恢039的应用研究. 福建农业学报. 2022(10): 1266-1274 . 本站查看
4. 叶仰东，黄显波，邓则勤，林成豹，唐江霞，苏荣理，梁水金. 高产香型杂交水稻新组合明2优明占. 杂交水稻. 2021(02): 108-110 . 百度学术
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