辽宁省稻瘟病菌种群动态监测及无毒基因Avr-pi9功能的初探

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:JK0803_sunmingfang
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由稻梨孢(Pyricularia oryzae)引起的稻瘟病是目前世界分布最广、危害最重的水稻病害之一。近年来,我国辽宁地区稻瘟病的发生也呈现逐年加重的趋势,已成为限制该地区水稻高产和稳产的主要障碍之一。由于稻瘟病菌群体结构复杂,变异速率快,致病力分化严重,使能克服寄主抗病性的群体快速形成优势,导致抗病品种在大田推广3-5年后抗性逐渐丧失。本研究监测稻瘟病菌生理小种和无毒基因的动态变化,对供试水稻进行抗瘟性和抗瘟基因鉴定,对稻瘟病菌无毒基因Avr-pi9的功能进行初步研究,对于水稻抗病育种、抗病基因和品种的合理布局具有重要的指导意义。主要研究结果如下:2017-2018年辽宁省稻瘟病菌种群动态监测:利用中国7个水稻鉴别品种对2017-2018年采自辽宁省不同稻区经单孢分离的151株稻瘟病菌进行生理小种鉴定。供试菌株被划分为6群41个生理小种,其中优势种群为ZA、ZB和ZF种群,分别占42.36%、31.76%和12.58%;ZC、ZD和ZE出现频率较低,分别为5.96%、3.97%、3.31%;未检测到ZG种群;优势小种为ZA1、ZB1和ZF1,出现频率分别是19.87%、13.91%和12.58%。在地理分布上,铁岭、沈阳、丹东、抚顺和盘锦地区稻瘟病菌生理小种种群组成复杂,大连和营口地区相对单一。生理小种种群动态在一定范围内不断波动,但整体变化趋势与近十年基本一致,优势种群一直是ZA、ZB种群。2017-2018年辽宁省稻瘟病菌无毒基因鉴定:根据已克隆的10个稻瘟病菌无毒基因(PWL2、Avr1-CO39、Avr-Pita、ACE1、Avr-Piz-t、Avr-Pia、Avr-Pii、Avr-Pik、Avr-Pi9和Avr-Pib)CDS序列设计特异性引物,对151株供试稻瘟病菌进行PCR检测,并对2018年76株稻瘟病菌无毒基因PCR产物进行测序分析。Avr-Pi9携带频率最高,占比为100.0%;Avr-Pita、AvrPiz-t、Avr-pik、PWL2和ACE1的携带率较高,占比分别为90.07%、94.04%、93.38%、92.72%和98.68%;无毒基因Avr-pib携带频率较低,仅有27.81%;未检测到无毒基因Avr-Pii、Avr1-CO39和Avr-Pia。在地理分布上,各稻区未检测到无毒基因Avr-Pii、Avr1-CO39和Avr-Pia,其余无毒基因在各稻区均检测到,同一地区不同无毒基因频率基本相同,不同地区同一无毒基因频率有所差异。经测序分析,稻瘟病菌无毒基因ACE1、Avrpiz-t、Avr-pib和Avr-pi9相对稳定,未检测到其他基因型;Avr-pik、Avr-Pita、PWL2容易发生突变,Avr-pik检测到4种基因型,分别为Avr-pik-B、Avr-pik-C、Avr-pik-D、Avr-pik-F,分别在46(H/N)、47(P/A)、48(G/D)、67(A/D)和78(M/I)处有不同的氨基酸错义翻译;Avr-Pita检测到6种基因型,除在312 bp处(G/T)发生同义突变,分别在82(K/S)、83(T/C)、104(K/N)、136(G/E)、174(V/I)、192(Y/C)和207(K/R)处发生不同氨基酸错义翻译;PWL2检测到一种在268bp处发生突变(G/A),导致氨基酸由天冬氨酸(D)转变成天冬酰胺(N)的基因型。水稻品种(系)抗瘟鉴定与抗瘟基因鉴定:通过室内苗期接种鉴定和田间自然诱发鉴定,对辽宁省139份供试水稻进行抗瘟性鉴定,利用PCR检测对62个供试水稻进行抗瘟基因鉴定。139份水稻材料中,高抗材料4份(3.10%),抗性材料85份(65.89%),中抗材料19份(14.73%),中感材料11份(8.53%),感病材料4份(3.10%),高感材料6份(4.65%)。供试水稻抗瘟基因鉴定:Pi21、Pia、Pid2、Pid3、Pil、Ptr在辽宁、吉林和黑龙江省供试水稻中携带频率都较高,携带率超过90.00%;Pikm在辽宁省携带率最高,为100.0%,在吉林省携带率最低,为50.00%;Pikh在辽宁、吉林和黑龙江省携带频率分别为80.95%、47.37%和63.64%;Pita在辽宁、吉林和黑龙江省携带频率都高于70.00%;Pi5在辽宁、吉林和黑龙江省都有所缺失,携带频率均低于22.00%;Pi9在辽宁省有很大的缺失,携带频率仅有9.52%;Pib在黑龙江省发生缺失,携带频率为27.27%;供试水稻大都携带多个抗瘟基因,未检测到携带单一抗瘟基因的品种;稻瘟病菌无毒基因Avr-pi9功能的初探:本研究克隆了辽宁省稻瘟病菌携带频率最高的无毒基因Avr-pi9和水稻广谱抗瘟基因Pi9的四个抗病蛋白(NBS2-Pi9、NBS4-Pi9、NBS5-Pi9、NBS6-Pi9)基因,通过构建载体对Avr-pi9进行亚细胞定位和酵母双杂交验证。结果显示:无毒基因Avr-pi9是一个在细胞膜和细胞核都有表达的基因,且与Pi9的四个抗病蛋白没有明显的直接互作关系。
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