水稻抗褐飞虱基因Bph30的定位与克隆

【作者】 石少阶； 王卉颖； 聂凌云； 郭建平； 杜波； 陈荣智； 杨芳； 祝莉莉； 何光存；

【机构】 武汉大学杂交水稻国家重点实验室；

【摘要】 【研究背景】水稻(Oryza sativa)是我国最重要的粮食作物之一。稻飞虱是水稻生产中发生和为害面积最大的害虫。危害水稻的稻飞虱主要有褐飞虱、白背飞虱和灰飞虱等,其中主要是褐飞虱(BPH; Nilaparvata lugens St?l)。褐飞虱是典型的刺吸式昆虫,剌吸水稻韧皮部的汁液,造成稻株下部变黑,瘫痪倒伏,稻田成片枯萎,减产甚至失收。培育抗褐飞虱水稻品种在生产中推广应用,是防治褐飞虱这一重大农业害虫的最经济、有效、环境友好和生态安全的首选措施。发掘和克隆抗褐飞虱基因并阐明抗性机理对于培育抗虫品种和有效控制褐飞虱具有重要的意义。【材料与方法】通过人工接虫鉴定,从水稻种质库中筛选高抗褐飞虱资源;与感虫品种杂交,构建遗传群体;应用分子遗传学方法定位和克隆抗褐飞虱基因;对候选基因进行遗传转化功能验证。【结果与分析】从南亚地方品种中鉴定得到了高抗褐飞虱材料AC1613,与9311配制杂交组合,构建了F2群体。对该群体进行抗虫性和分子标记分析,将Bph30基因定位在水稻第4染色体长臂的SSR标记RM16278和RM16425之间;继续采用BC2F2和BC3F2群体将Bph30精细定位在37.5kb的区段内。Bph30基因在F2和BC2F2群体中分别解释77.5%和84.9%的抗褐飞虱表型变异,且来源于抗性亲本的等位基因能够显著地提高水稻植株的抗性水平。在褐飞虱寄主选择性实验中,与感性亲本相比较,抗性植株NIL-9311和NIL-NIP上的褐飞虱虫数分别在放虫后的3-120h表现出显著下降。同样,褐飞虱的群体生长速率(PGR)和存活率在抗性植株上也显著下降。Bph30精细定位的区段含有2个预测基因,从抗虫亲本中克隆了2基因的基因组片段和c DNA,分别转入感虫品种日本晴中。对遗传转化后代进行抗褐飞虱鉴定表明,候选基因2的后代具有很强的抗虫性,是抗褐飞虱基因Bph30。对Bph30近等基因系的进行了Bph30基因敲除实验,其结果进一步证实成功克隆了Bph30基因。进一步研究表明Bph30具有广谱抗虫性,抗各种生物型褐飞虱和白背飞虱。Bph30是一个完全显性的抗褐飞虱基因,其近等基因系与代表性的野败型不育系、红莲型不育系和光敏核不育系配制的杂种F1对褐飞虱表现出同样的高抗性。【结论】我们成功定位与克隆了水稻抗褐飞虱新基因Bph30。Bph30是一个显性的广谱抗飞虱基因,在杂交水稻抗虫育种中具有重要的利用价值。更多还原