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稻瘟病抗性基因在自然病圃的评价及基因定位研究

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摘要

缩略词表

第一章 文献综述

1.1 水稻稻瘟病概述

1.1.1 水稻稻瘟病的危害

1.1.2 水稻稻瘟病的侵染机制

1.1.3 水稻稻瘟病的抗病机理

1.1.4 水稻稻瘟病的防治方法概述

1.2 水稻基因的定位和克隆

1.2.1 植物的质量性状和数量性状

1.2.2 QTL定位原理

1.2.3 QTL定位群体

1.2.4 DNA分子标记

1.2.5 QTL定位方法

1.2.6 水稻抗稻瘟病基因的定位与克隆研究进展

1.2.7 鉴定稻瘟病抗性的方法

1.2.8 抗稻瘟病基因的育种应用

1.2 研究的背景、目的和意义

第二章 评价稻瘟病抗性基因的抗性效果和应用前景

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.2.1 材料

2.2.2 方法

2.3 结果与分析

2.3.1 分子标记辅助选择结果

2.3.2 不同抗性基因家系在水稻全生育期的稻瘟病广谱抗性

2.4 讨论

2.4.1 稻瘟病抗性鉴定的方法

2.4.2 稻瘟病抗性基因的广谱抗性评价

2.4.3 广谱抗稻瘟病分子标记辅助育种的意义

第三章 利用高世代回交群体定位水稻广谱抗稻瘟病QTL

3.1 引言

3.2 材料和方法

3.2.1 材料

3.2.2 双亲和BC3F1群体稻瘟病抗性表型鉴定方法

3.2.3 SSR分析

3.2.4 构建遗传连锁图谱和数据分析

3.3 结果与分析

3.3.1 遗传连锁图谱构建

3.3.2 表型数据分析

3.3.3 R287/细麻线的BC3F1群体抗稻瘟病QTL定位和效应分析

3.4 讨论

3.4.1 自然稻瘟病病圃鉴定广谱稻瘟病抗性QTL

3.4.2 广谱稻瘟病抗性基因相关QTL的比较

3.4.3 广谱稻瘟病抗性基因的分子标记辅助育种应用

参考文献

附录

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硕士期间发表与准备发表的论文

致谢

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摘要

水稻(Oryza sativa L.)是很多亚洲国家最主要的粮食作物。在我国稻瘟病一直是最严重的真菌性水稻病害之一,对水稻的产量和品质造成很大影响。培育出具有广谱稻瘟病抗性的品种成为防治稻瘟病最绿色、经济、可持续发展的方法之一。本研究在自然稻瘟病圃诱发条件下,借助分子标记辅助选择技术将已克隆的稻瘟病抗性基因导入到两系不育系中,综合评价它们在自然条件下的抗性遗传效应,同时利用高世代回交群体发掘定位新的广谱稻瘟病抗性基因,为培育具有广谱抗稻瘟病的品种提供理论依据和中间材料。结果如下:
  1.利用分子标记辅助选择和回交育种,将已克隆的抗稻瘟病基因Pi37、Pit、Pid3、Pi36、Pi5、Pik-h、Pik-m、Pigm基因分别导入到两系不育系Y58S、广占63-4S、C815S、HD9802S中。在自然稻瘟病病圃诱发条件下对这些单基因回交系进行全生育期稻瘟病抗性调查,发现Pid3、Pigm、Pi37、Pi5、Pikm和Pikh6个基因在水稻全生育期中具有较好的广谱抗性,而Pit和Pi36没有表现出抗性。
  2.Pid3在四个不育系背景下均表现为最稳定的叶瘟抗性和穗颈瘟抗性。其它5个基因在不同背景下的叶瘟和穗颈瘟抗性不尽相同。其中在两系不育系背景下各基因的叶瘟抗性从高到低为:Pid3>Pi37≥Pigm≥Pikm≥Pi5≥Pikh>Pi36≥Pit;而穗颈瘟抗性从高到低为:Pid3>Pi37≥Pigm≥Pikh≥Pi5>Pikm>Pi36≥Pit。它们不仅可以为稻瘟病广谱抗性育种提供可靠的抗性基因,还能结合分子辅助选择获得具有广谱抗性的中间材料。
  3.利用优良恢复系R287与广谱抗稻瘟品种细麻线的BC3F1回交群体构建的分子标记遗传连锁图谱,通过全生育期自然诱发稻瘟病抗性鉴定,全基因组分析共定位到16个抗叶瘟和13个抗穗颈瘟相关的QTLs,所有抗性QTL均来源于细麻线。广谱性位点qBR1、qBR2-4、qBR4-1、qBR9-1和qBR12是5个具有较大抗性效应的QTLs,它们同时控制水稻分蘖期叶瘟和穗颈瘟抗性相关,且分别位于第1、2、4、9和12染色体上。2014年水稻分蘖期叶瘟的广谱抗性LOD值分别为13.25、5.91、5.25、16.3、8.2,解释的表型遗传变异率分别为7.56%、18.12%、14.89%、23.78%、9.32%;对应穗颈瘟的广谱抗性LOD值分别为21.52、8.72、10.57、12.55、17.44,可以解释的表型遗传变异率分别为25.77%、21.87%、20.73%、23.37%、22.37%。同时还检测到在第2、6和8染色体上仅控制水稻分蘖期叶瘟抗性的3个QTL,分别是qBR2-6、qBR6、qBR8,对应分蘖期叶瘟的LOD值分别为3.14、4、2.86,解释的表型遗传变异率为8.64%、2.09%、2.02%。
  4.对新挖掘的广谱抗稻瘟病基因qBR3是位于第3染色体上,同时控制水稻叶瘟和穗颈瘟抗性效应的QTL,其能够提高叶瘟抗性2个数量级和降低穗颈瘟发病率40%左右。qBR3对叶瘟和穗颈瘟的抗性LOD值分别为18.63和22.77,解释的表型变异率分别为21.20%和26.10%。通过对水稻已有稻瘟病抗性位点的定位结果分析,发现qBR3可能是一个新的广谱抗性QTL位点,该结果为稻瘟病抗性育种提供了新的基因资源。

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