基因渗入系对稻瘟病的抗性反应外文翻译资料

 2022-03-18 10:03

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基因渗入系对稻瘟病的抗性反应

B. Divya amp; S. Robin amp; R. Rabindran amp; H. Manjunath amp;P. Valarmathi amp; A. John Joel

摘要 爆发性疾病被认为是全球稻米生产的主要限制因素，因为其广泛的分布和破坏性。近等基因系（NILs）研究了不同抗稻瘟病基因与抗病和感病品种的抗瘟性。将这些基因型随机杂交以将抗病性转移至农艺优良的品种ADT 43，改良白色Ponni和BPT5204。在人工和自然的epiphytotic条件下均记录疾病反应，观察到对疾病发病率的差异性反应。在环境中ADT 43 / CT13432-3R，ADT 43 / C101A51和ADT 43 / C101LAC的F1s中观察到最小爆发发生率。由交叉组合ADT 43 / CT13432-3R开发的高级回交自交系也针对爆炸疾病进行了筛选。基因pyramided回交线表现出比易感基因型更高的抗性。在不同环境下在epiphytotic条件下测试的基因型中，具有基因组合Pi1 Pi2 Pi33 Pi54和Pi1 Pi2 Pi33的品系对胚病的高度抗性比具有单基因的品系表明这些非等位基因具有互补作用。当它单独或组合时以及同一基因存在于不同的遗传背景中时，观察到相同基因的抗性反应变化。本研究中开发的基因pyramided系可以作为稻米改良中的抗稻瘟病的优良供体，也可用作基因种族相互作用的基础研究。

关键词 大米，稻瘟病，稻瘟病菌，标记辅助育种，抗性筛选

介绍 水稻是帮助人类生存的最重要的谷类之一。大米起源于亚洲，现在在113个国家和除南极洲以外的所有大陆种植。稻米在亚洲的粮食安全中发挥着至关重要的作用，全球产量的90％和大米消费量的75％都来自亚洲国家。它占亚洲人口超过30亿的消耗热量的35-75％（FAOSTAT 2011）。大米消费者人数的增加，生活水平的提高和可耕地面积的减少都要求提高稻米的产量和生产力（Khush和Jena，2009年）。虽然过去几十年来水稻品种的潜在产量有所提高，但农民田间条件下的产量潜力尚未完全实现。这主要是由于各种生物和非生物胁迫，而爆炸疾病是导致全球稻米产量减少的主要原因之一。

稻瘟病在三个多世纪前在亚洲首次报道，并在整个种植水稻的大陆盛行。致病生物是Ascomycete真菌，稻瘟病病原菌Pyricularia oryzae是一种异型复杂的物种，种群在表型毒力不同的群体中不断演化（Tharreau et al。2009）。广泛的地理分布，种族演变，高产量损失和杀真菌剂的额外成本使得这种疾病成为水稻栽培的严重威胁。病原体可以感染水稻植物的任何器官，并且可以导致5-50％的产量损失，并且甚至可以在有利条件下达到100％的损害。病原体能够感染和产生水稻植株除根外的所有器官的病斑，并可导致植物发育迟缓，穗数减少和糙米恢复率低（Ou 1985）。疾病预防控制中心已经认识到并将稻瘟病列为潜在的生物武器，因为现在世界上没有任何一个地区现在可以安全避免这种疾病的发生，并且每年都会导致6000万人受到稻谷的破坏（Zeigler et al 。1994）。由于其科学和经济意义，该病原体在全球调查中被列为前10位真菌植物病原体（Dean et al。2012），尽管多年来一直致力于研究其病原菌，但仍是大米中最具破坏性的疾病遗传学和管理（Sharma等，2012）。

稻瘟病的严重程度导致使用许多控制措施来预防感染，防止进一步传播或减少产量损失。这包括使用杀菌剂，生物逻辑控制和肥料和水管理等文化习俗。虽然杀真菌剂可用于控制稻瘟病，但它们在稻米生产和食品和环境的化学污染方面产生额外成本。但这些措施并不是解决多种族病菌如Pyricularia oryzae的永久性解决方案。控制稻瘟病的最实际和经济的方法是使用抗性品种，因此在稻米改良计划中，抗稻瘟病育种是一个主要目标。大多数现有流行品种易受稻瘟病侵袭，因为在有利于病原体的条件下，抗性在田间迅速得到克服。使用现有的抗性品种只有部分成功，致力于控制疾病的毒力致病种族的演变。通过将不同的种族特异性基因组合在单一基因型即基因聚合或多线中可以获得有效和广谱的抗性。为耐久稻瘟病抗性育种采用了使用分子标记精确组合抗性基因的策略（Wang et al。1994），并采用谱系排斥策略靶向可能为真菌提供有效屏障的抗性基因组合（Zeigler et 1994）。因此，使用具有多个基因的抗性品种被认为是避免频繁分解抗性的最经济和最环保的方法之一。除了重叠抗性之外，它还可以降低病原体的选择压力，并通过最小化真菌中的种族进化来提供交叉保护。这项研究的目的是制定一个目标，开发耐久性和广谱抗性的育种系列，并通过各种筛选技术确保抗性。

材料和方法

目前的研究工作在2009年至2012年期间在哥印拜陀泰米尔纳德邦农业大学植物育种与遗传研究中心（CPBG）进行。田间试验在水稻育种站（PBS），哥印拜陀 。 在Gudalur的Paddy繁殖站（PBS），哥印拜陀和杂交水稻评估中心放置了爆炸筛选苗圃。 这些材料来自哥伦比亚泰米尔纳德邦农业大学水稻部，植物育种与遗传中心（CPBG）。

植物材料

本研究考虑到需要通过标记辅助回交育种方法开发具有农艺超级背景的多重抗性基因的品种。 易感水稻品种，即ADT 43，改良白色Ponni和BPT 5204在正常田间条件下与基因金字塔型CO 39 NILs即CT13432-3R，C101A51，C101LAC，C101 PKT，TORIDE1和CO 39 Mackill和Bonman 1992; Correa-Victoria等2002; Yanoria等2011）（表1）。 研究中还使用了两种更受欢迎的抗性品种，如Moroborekan和Tetep，以及高敏感品种CO39，TN1和Bharathi作为对照。 抗性父母和易感父母之间的各种交叉组合及其先进种群，调查了几代人的抗爆炸能力。

在这种反交育种计划中，选择了农艺优良且受欢迎的水稻品种ADT 43作为用于提高抗稻瘟病性的易感轮回亲本。 该品种在印度南部，即泰米尔纳德邦，卡纳塔克邦和安得拉邦的三个州种植，种植面积超过100万公顷（TNAU 2012）。 该品种于1998年发布，由于其在水稻生长季节在泰米尔纳德邦广泛种植产量高，持续时间短（110天），可接受的谷物品质和灌溉区域的广泛适应性。 该品种对绿色叶蝉（GLH）有抗性，对褐色植物料斗（BPH），笋螟（SB）和胆mid（GM）有中等抗性，但对爆发性疾病易感。

育种计划

在研究中高产易感基因型和抗性基因型之间随机进行杂交（表1）以研究不同遗传背景下不同基因组合的基因渗入和抗性机制。 表型地筛选各种杂交组合的F1。 基于优先农业形态特征如早熟和抗性，选择ADT43和CT13432-3R之间的杂交并通过标记辅助回交育种程序推进以进一步产生。 从适应的水稻品种ADT 43和基因金字塔式CO 39 NIL（CT13432-3R）作为抗稻瘟病供体亲本开发回交群体。

分子标记分析

在每一代中，进行标记辅助筛选以鉴定渗入的后代，并将它们转发以产生进一代。通过使用与Pi基因相关的连接的分子标记（补充表1）进行前景筛选，选择具有不同基因组合的ADT43 / CT13432-3R的渗入系，所述连接的分子标记与BC4F1回交产生有关。对每个回交世代中的单株植物进行了基因分型，用于前景分析的抗性连锁标记和用于背景分析的125个全基因组范围的微卫星标记（补充表2）。

筛选抗爆性

对亲代基因型进行田间筛选，并在正常的田间条件和鼓粒苗的附生条件下生长。从该杂交衍生的高级回交和自交群体在自然和人为的条件下与父母一起在严重的爆发事件中筛选，并选择最好的后代。记录爆发相关性状，即叶瘟（LB），病斑数量（LN），病斑类型（LT），侵染叶面积（ILA），潜在病害发生率（PDI％），幼苗活力VIG），抵抗（RES）和抵抗疾病爆发（RR）的抵抗力。在2011年Rabi期间，在PBS，哥印拜陀和HREC，Gudalur以及哥印拜陀水稻病理学玻璃房的人工鼓风苗圃以及父母的开放条件下，在Rabi 2011期间筛选了渐渗线。用于人工筛选的接种物的大量增殖是在哥伦比亚塔努科技大学农作物保护中心病理学实验室完成的。

稻瘟病病原体的分离

从哥印拜陀和古达鲁尔田间采集的症状中分离出爆发性病原体，并将分离物在PDA培养基中培养并质量繁殖。 用0.1％氯化汞溶液表面消毒病原体，放置在干净的载玻片上，保存在用湿棉布填充的无菌培养皿中。 将培养皿在室温（28plusmn;2℃）下孵育48小时。 使用立体显微镜从产孢病变中鉴定单个分生孢子，并无菌转移到马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）斜面上进行维护。 基于孢子形态，该致病微生物被鉴定为Pyricularia grisea。 图1描述了用于人工接种的孢子的大量繁殖程序。

孢子的大量繁殖

Pyricularia grisea的分离物在PDA上在室温下生长7天。从积极生长的真菌边缘，堵塞5mm直径的圆盘。每个含有PDA的无菌培养皿用单个5mm盘真菌接种，并在室温下培养30天。间隔5天测量真菌生长至30天（Priya 2008）。所有分离物在PDA上生长并观察其菌落形态，并选择含有稻瘟病菌的培养物。在显微镜下观察菌丝体盘并计数每个盘中存在的孢子。从田间采集玉米，大米（20日龄作物）和黍（Panicum repens）的茎秆并切成1厘米长的小块。将15块置于50ml Erlenmyer烧瓶中，并在1.4kg / cm2的压力下灭菌1小时30分钟。每个烧瓶接种两个分离的5-mm直径的菌丝体圆盘并在室温下温育15天。接种后第5天，第10天和第15天取样3个茎片（DAI）。将每个茎片置于含有1ml无菌水的试管中，充分摇动以除去孢子并倾出，并用孢子喷洒在Blast苗圃上。为了记录孢子形成，将三滴悬浮液与一滴吐温20一起置于小瓶中。小瓶剧烈摇动以除去孢子，然后在血球计的帮助下通过检查得到的孢子悬浮液进行编号。使用下面给出的公式计算每个病灶的孢子数（Mukherjee和Nayak 1995）。

人工苗圃苗圃筛选

在位于哥印拜陀水稻部门的植物病理学玻璃房进行了人造苗圃苗圃筛选。将易感水稻品种TN 1和CO 39的种子混合并在含有湿地土壤的20厘米直径盆中作为边界行播种。盆被保存在高湿度和低温的聚合物房中。 Pyricularia oryzae分离株在玉米茎秆上繁殖，置于含有无菌水的250ml锥形瓶中，充分振摇并倾析。使用气动手动喷雾器将每ml含5times;10 6孢子的滗析孢子悬浮液用每ml 250ml悬浮液1ml的teepol喷洒到12天龄的稻秧上。每3天重复喷洒一次，以提高发病率，同时用感染叶片覆盖盆。将装有幼苗的盆盖上聚乙烯袋并保存在温室中并观察症状的发展。当易感性支票严重感染时，记录观察结果，其中叶斑病得分为9.根据标准评估系统在0-9等级（SES，IRRI 2002），根据叶斑病严重程度评分每个入口的单株植物。

在epiphytotic位置自然筛选

自然感染的筛选在位于Gudalur的哥印拜陀和杂交水稻评估中心的稻田饲养站进行，这是冬季，这是爆发疾病发展的最有利条件。Gudalur被认为是叶斑病的流行地区，疾病发生在全年，冬季和雨季最多（Selvaraj et al。2011）。在田间和人工条件下通过夹心法进行筛选。在该方法中，制备具有10m长，70cm宽和10cm高的以下尺寸的提升床。床的顶部用粘土均匀地平整，没有任何起伏。在平行于其宽度的床上形成2厘米深的皱纹，间距为10厘米。类似的犁沟形成在床的所有四面。将敏感品种ADT 43，TN 1和CO 39种子的混合物种植在侧面犁沟中的哥印拜陀，当地品种Bharathi的种子以及其他易受影响的支票也用于Gudalur。感染品种在每三行记录之后播种，作为播散源或感染者行病原体。这些感染者行在播种前1周播种。每个测试种质以单行播种，每个种子100粒种子。种子被干燥的红土覆盖以避免从沟中移出。这种播种是在最有利的气候条件下进行的，以促进多环病的发展和感染持续。另外喷洒人工培养的接种物，并从该地点的其他爆炸受影响的田地收集感染的叶子并遍布苗圃。当敏感支票被叶瘟严重感染时记录疾病反应的观察结果。采用标准评估系统，IRRI（2002），对每个入侵的10株植物的叶瘟，病斑数量，病斑类型，侵染叶面积评估疾病严重程度。图2给出了自然和人工感染苗圃诱导疾病感染的步骤。

结论

在冬季，Gudalur（1117 MSL）和Coimbatore（430 MSL）天然epiphytotic条件下，筛选了杂交ADT43times;CT13432-3R的亲本，F1s，BILs（回交自交系）和F3系。 研究中的12位家长以及各种杂交组合F1，BC2F2系在两个位置均有育种（图3和图4）。 基于所有四种Pi基因的分子筛选，来自15种基因组合中的每种基因组合的BIL表示BIL。 在每个条目中，筛选100株植物，当敏感性检查完全受到影响时或在叶面爆裂中获得疾病评分9时记录爆炸疾病反应。

父母基因型的稻瘟病育苗筛选

在CT13432-3R的12位家长中，C101LAC和Tetep在自然筛查的环境中似乎都具有抗性（表2）。 C101PKT和Moroborekan等家长在两种环境中表现出中度至高度的抵抗力。

哥印拜陀的父母在格达卢尔的叶子瘟疫的分数范围为

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