生命科学Chinese Bulletin of Life Sciences第19卷 第2期

2007年4月Vol. 19, No. 2

Apr., 2007

收稿日期：2006-11-27；修回日期：2007-01-18基金项目：国家重点基础发展研究计划(2006CB101904)；国家自然科学基金(30571063, 30470990)；湖南省杰出青年基金(06JJ10006)；湖南省教育厅青年项目(05B028)；湖南农业大学“芙蓉学者”奖励计划；湖南农业大学人才基金(03WD04)作者简介：吴 俊(1984－)，男，硕士研究生；刘雄伦(1968－)，男，博士，副研究员，硕士生导师，*通讯作者，E-mail: xionglun@yahoo.com；王国梁(1961－)，男，博士，教授，博士生导师，*通讯作者，E-mail: wang620@osu.edu

文章编号 ：1004-0374(2007)02-0233-06水稻广谱抗稻瘟病基因研究进展吴 俊1,2，刘雄伦1,2*，戴良英2,3，王国梁1,2,4

*

(1 湖南农业大学农学院，长沙 410128；2 湖南农业大学水稻基因组学实验室，长沙 410128；3 湖南农业大学生物安全科技学院，长沙 410128；4 美国俄亥俄州立大学植物病理学系，哥伦布 俄亥俄 43210)

摘 要： 稻瘟病是水稻生产中的最严重病害之一，由于稻瘟菌小种的高度变异性，垂直抗性基因难以持续控制稻瘟病的危害，因此，克隆和利用广谱持久抗瘟基因被认为是解决稻瘟病问题最经济有效的策略。本文从广谱抗源的筛选与利用，广谱抗瘟基因的定位、克隆与应用等方面对水稻广谱抗稻瘟病基因研究取得的进展进行了概述，并介绍了广谱抗性分子机理的最新研究进展。基于国内外稻瘟病抗性基因研究的现状及趋势，以及我国丰富的抗瘟水稻种质资源，克隆越来越多的广谱抗瘟基因具有重要的理论与应用价值。关键词： 水稻；稻瘟病菌；广谱抗性基因；分子机制中图分类号：S511; S435.111.41; Q943.2 文献标识码：A

Advances on the identification and characterization of broad-spectrum blast resistance genes in riceWU Jun1,2, LIU Xionglun1,2*, DAI Liangying2,3, WANG Guoliang1,2,4* (1 College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2 Rice Genomics Lab of Hunan Agricul-tural University, Changsha 410128, China; 3 College of Bio-Safety Science and Technology, Hunan Agricultural University,Changsha 410128, China; 4 Department of Plant Pathology, Ohio State University, Columbus Ohio 43210, USA)

Abstract: Rice blast, caused by the fungus Magnaporthe grisea, is one of the most devastating diseases in riceproduction. Because of high strain diversity, the resistance of most rice cultivars is relatively short. Therefore,identification and utilization of broad-spectrum resistance genes in rice breeding has been considered as themost effective and economical strategy to control this disease. By far, about forty blast resistance genes havebeen identified, but only eight of them confer broad-spectrum resistance, and were mapped or cloned successfully.Pi9, Pi2 and Piz-t were cloned using a map-based cloning strategy or PCR-based homology cloning method. Allof them encode highly homologous NBS-LRR proteins and are a member of a multi-gene family. The clonedgenes provide valuable insights into the molecular basis of the broad-spectrum resistance and the evolutionarymechanisms of different blast resistance gene clusters in rice. Because of the rich rice genetic resources of blastresistance in China, identification and utilization of the broad-spectrum blast resistance genes will play animportant role in stable rice production in the future.Keywords: rice; Magnaporthe grisea; broad-spectrum resistance gene; molecular mechanism234生命科学第19卷稻瘟病(rice blast)由子囊菌[Magnaporthe grisea(Hebert) Barr]引起，是水稻生产中的最严重病害之一，俗称水稻“癌症”。全球每年因稻瘟病损失约50亿美元[1]；我国稻瘟病年发生面积约380万公顷，年损失稻谷数约10亿千克，由于其危害面积与危害程度都日趋严重，已成为水稻持续高产稳产的严重障碍[2]。实践证明，选育和推广水稻抗病品种(组合) 是控制这一病害最安全、经济、环保的方法，而抗性基因的发现与利用又是抗病育种的基础和核心。但是，由于稻瘟病菌易出现新的生理小种而易导致小种专化抗性丧失，多数抗性品种在种植几年后就逐渐丧失抗病性[3]。因此，克隆和利用广谱持久抗性基因，是解决稻瘟病危害的最有效途径；另一方面，由于水稻功能基因组学的飞速发展，在克隆越来越多广谱抗瘟基因的基础上，对广谱抗性基因的分子进化机理及广谱抗瘟分子机制的研究已成为当今的热点课题。本文就广谱抗瘟基因的定位、克隆、利用以及抗病分子机理等研究进展进行综述。1　广谱抗源的发掘国内外一直十分重视发掘抗谱广、抗性强而持久的抗瘟种质资源，这些抗源的抗性类型一般对病原菌有较宽的抗谱，所以其中的主效抗病基因可能具有较好的广谱持久抗性。迄今为止，国际上已鉴定出大量的广谱抗源，并已对部分抗源进行了抗瘟基因的定位，如国际公认的非洲持久抗瘟品种Moroberekan，已在西非大面积种植了许多年而没有丧失其高抗性[4]， 并且其对30个中国代表性稻瘟病菌株中的29个均表现高抗[5]。目前认为Morober-ekan含有3个主效抗瘟基因及10个QTLs[6-7]。此外，Tetep、LAC23和Pai-Kan-Tao (PKT)等都是非常优良的广谱抗瘟品种，其中Tetep已在国际水稻研究所的育种计划中，广泛应用于高产高抗稻瘟病水稻品种的培育[8-10]。近等基因系表型分析表明，Tetep中至少含有4个抗瘟基因， LAC23则至少有2个，Pai-Kan-Tao (PKT)至少含有3个抗瘟基因[6,8,10]。同时大量广谱持久抗源目前尚无基因定位的报道，有待进一步开发。国内也取得了许多重要的成果。沈瑛等[5]利用分属于9个不同谱系的30个具有广谱毒性的稻瘟病菌株，对已知抗瘟基因型的品种(系)及中国20世纪90年代新育成的部分杂交稻和常规早籼、晚粳品种进行水稻抗病性鉴定，筛选出大量适合我国育种研究杂交亲本的品种，其中春江25、春江68、品969和源珍116等4个品系具有广谱的抗瘟性，能抗所有的参试菌株，但其抗性基因尚不明确。籼稻品种窄叶青8号是北方稻区籼粳交育种的重要抗源之一，朱立煌等[11]将抗性基因Pi-zh定位在其第8号染色体上，

这是首次在第8号染色体上发现的稻瘟病抗性基因。谷梅2号和地谷都是我国杂交水稻育种上重要的稻瘟病抗源材料，对多个稻瘟病菌系均表现高度抗性。Wu等[12]将两个抗性基因Pi-25(t)、Pi-26(t)定位在谷

梅2号第6号染色体上，表明谷梅2号中存在控制水稻稻瘟病抗性的基因簇；Chen等[13-14]将Pi-d(t)1

和Pi-d2定位在地谷的第2号染色体上，随后通过图位克隆法将Pi-d2克隆出来。三黄占2号是利用稻瘟病广谱抗源外引35(IR9965-48-2)与地方品种团黄占杂交配组育成的广谱持久抗瘟品种[15]。伍尚忠

等[16]通过构建三黄占2号与丽江新团黑谷的重组自

交系鉴定出3个质量抗性基因和5个QTL位点。这些研究表明，持久抗性品种的抗瘟性由质量抗性和数量抗性组成，各主效基因和QTLs则分别控制它们的质量抗性和数量抗性。广谱的质量抗性和高水平的数量抗性相结合，保证了它们持久而稳定的稻瘟病抗性。2　广谱抗瘟基因的定位与克隆对多个稻瘟菌生理小种表现抗性的基因，称为广谱抗瘟基因。由于广谱抗源对稻瘟菌小种表现的广谱抗性往往是多基因控制的，所以尚需对其中的主效“单基因”进行抗谱鉴别以确定其中的广谱抗性基因。尽管水稻抗稻瘟病遗传研究已有较多的报道，迄今已至少鉴定了40个抗性基因，但是到目前为止，已报道克隆或定位的广谱抗瘟基因只有8个(表1)。Pi1首先被定位在11号染色体的长臂端，距RZ536为11cM[17]，随后Mew等[18]将其进一步精

确定位在标记RZ536和Npb181之间，距离分别为7.9cM与3.5cM。研究表明，Pi1是一个广谱抗瘟基因，从中国华中和华南地区收集的792个小种中，仅有10.35%的小种能侵染其供体亲本C101LAC[19]。