野生稻抗性基因的发掘、定位与利用研究进展

野生稻抗性基因的发掘、定位与利用研究进展王金英;江川;李书柯【摘要】The wild rice is the ancestor of modern cultivated rice.Tens of thousands years ago,ancient human domesticated wild rice into cultivated rice.However,in the process of domestication,about 1/3 alleles and 1/2 genotypes from wild rice has been lost including disease-resistance,insect-resistance,weed-resistance,stressresistance and high yield and quality genes.The genes of disease-resistance(rice blast,bacterial blight,bacterial leaf streak),insect-resistance(rice hopper,yellow rice borer,Cnaphalocrocis medinalis Guenee),stress-resistance(cold resistance,drought resistance,low phosphorous resistance) from wild rice and the utilization of wild rice on rice breeding were summaried in recent years in the paper.%野生稻是现代栽培稻的祖先,几万年前古人类就开始将野生稻逐步驯化成现代栽培稻。

但在野生稻驯化成栽培稻过程中,约有1/3的等位基因和1/2的基因型丢失了,其中包括抗病、虫、杂草、抗逆境基因和高产优质等大量特异基因。

文章综述了近年来在野生稻抗病性（稻瘟病、白叶枯病、细菌性条斑病）,抗虫性（稻飞虱、三化螟、稻纵卷叶螟）,抗逆境（耐冷性、耐旱性、耐低磷）以及野生稻种质资源在水稻育种上利用的研究进展。

【期刊名称】《福建稻麦科技》【年(卷),期】2012(030)003【总页数】8页(P82-89)【关键词】野生稻;抗性基因;基因定位;利用【作者】王金英;江川;李书柯【作者单位】福建省农业科学院水稻研究所,福建福州350018;福建省农业科学院水稻研究所,福建福州350018;福建省农业科学院水稻研究所,福建福州350018【正文语种】中文【中图分类】S511.035.3;Q78中国原生野生稻资源有普通野生稻（Oryza rufipogon Griff）、药用野生稻（Oryza officinalis Wall）、疣粒野生稻（Oryza meyeriana Baill） 3类，普通野生稻广泛分布于广东、广西、云南、江西、福建、湖南、海南、台湾8个省份，药用野生稻分布于广东、广西、云南、海南4省，疣粒野生稻分布于云南、海南2省[1]。

有关单位通过多种途径积极引进国外野生稻资源，据不完全统计，目前已经编入野生稻资源目录的有27个种，现存的野生稻资源有高秆野生稻（Oryza alta Swallen）、紧穗野生稻（Oryza eichingeri A．Peter）、小粒野生稻（Oryza minuta J．S．Presl）等19个种，7 000余份[2]，这些宝贵资源对稻作理论研究和育种实践提供了重要基础。

近年来随着生物技术的发展，对野生稻抗性基因的发掘、定位及创新利用研究也取得了长足进展。

1 野生稻抗病性稻瘟病（MagnaportheOryzae.）、白叶枯病（Xanthomonas oryzae pv．oryzae）和细菌性条斑病（Xanthomonas oryzae pv．Oryzicola Swings）是危害水稻生产的三大病害。

野生稻作为栽培稻的祖先，是水稻多种优良性状基因的重要来源，从野生稻中寻找新的抗源基因可为解决这三大病害的重要突破口。

1.1 稻瘟病抗性普通野生稻的稻瘟病抗性由2～3对显性基因控制，基因间存在互补作用[3]，野生稻来源不同，抗性基因Pi36序列的编码区、CC-NBS区域、LRR区域同源性均可达90%以上[4]。

Pi-ta+全长4 672 bp，包含完整的编码框、内含子和终止密码子下游的331 bp [5]，是稻瘟病稀有抗病等位基因，Pi-ta-对含有AVRPita基因的稻瘟病菌没有抗性[6]，编码区序列与报道的栽培稻有99.7%的同源性。

高州普通野生稻苗瘟抗级达2～3级[7]，外源信号物质水杨酸甲酯（MeSA）（25μmol/L 、50μmol/L）、茉莉酸甲酯（MeJA）（25μmol/L）喷雾处理能有效提高幼苗对稻瘟病的抗性 [8]，相对于普通野生稻，药用野生稻的抗病基因发生频率更高、抗性稳定[9]。

1.2 白叶枯病抗性普通野生稻抗白叶枯病基因Xa5、Xa13、Xa21、Xa27的有无、显隐性、纯合性依据植株的不同也各有差别[10]。

普通野生稻和长雄蕊野生稻的白叶枯病抗性基因Xa21外显子长度为400bp，外显子的氨基酸序列有几个氨基酸的差别，碱基呈随机性变化[11]，新抗源Y238含有一个完全显性的新基因WBB2，已通过杂交和回交导入栽培稻中构建了近等基因系[12]。

疣粒野生稻对不同地区白叶枯病强致病代表菌株虽然表现中抗至免疫，但原生地代表菌株致病性明显强于其他地区[13]。

基因ME281具有CC-NBSLRR抗病结构域，ME196具有STK抗病结构域，两个基因都为诱导性表达[14，15]，栽培稻/疣粒野生稻的抗白叶枯病新基因Xa32（t）位于第12染色体长臂上，距离标记RM8216、RM20A的距离分别为 6.9 cM、1.7 cM[16]。

栽培稻黑选A/药用野生稻的杂交后代对白叶枯病抗性整体表现为中抗及以上，抗性略有分化，个别材料的抗性随生育期而变化[17]。

1.3 细菌性条斑病抗性目前已经从野生稻材料中筛选鉴定出很多细菌性条斑病抗性植株，对于具体某个抗性基因的有无、纯合性，不同植株差别很大，但其抗性都由1～2对隐形抗病基因控制[18,19]。

岑贞陆等[20]对977份广西野生稻材料鉴定细菌性条斑病抗性，获得中抗37份，抗性 9份。

Xia等[21]用Xa5、Xa13、Xa21和Xa27的功能标记对9份野生稻材料进行细菌性条斑病抗病基因检测，4份材料含有杂合Xa13，5份材料含有纯合Xa27，3份材料含有纯合Xa27。

普通野生稻叶片防御酶的活性变化在细菌性条斑病极端抗感材料之间差异显著 [22]。

1.4 抗病基因同源序列或类似物的定位与克隆目前，随着水稻抗病基因的定位与克隆数目不断增加，从不同地区不同类型的野生稻中已获得大量同类抗病基因同源片段，涉及多种疾病抗性。

崔玲玲等[23]扩增东乡野生稻质粒文库pCAMBIA1301阳性克隆，所得氨基酸编码区序列除了部分氨基酸缺失及2个氨基酸不同外，与粳稻抗假单胞菌RPS2基因大部分序列一致，从小粒野生稻基因组扩增获得的10条STK类抗病基因同源序列，都具有STK保守结构域，与已克隆的STK类抗病基因有不同程度的相似性[24]，史冬燕等[25]从东乡野生稻中获得一个733bp的STKc超家族cDNA序列，具有ATP结合部位、活性部位和底物结合部位。

却志群等[26]从东乡野生稻中获得7个新的NBS-LRR类抗病基因同源片段，所有同源序列均含有NBS-LRR类抗病基因的保守区域，这些抗病基因的同源序列与已克隆的水稻白叶枯抗病基因Xa1的相应氨基酸序列存在约40%的同源性，其中的3个NBS抗病基因同源序列还与小麦抗叶锈病基因Lr1存在40%的同源性。

李强等[27]从茶陵野生稻，东乡野生稻和小粒野生稻11号染色体获得的3类、11条NBS-LRR类抗病基因同源序列与水稻抗病基因RPR1的同源性达93%，与玉米中的ROX1也有高达50%的相似性。

普通野生稻基因组的NSBLRR类抗病基因同源片段也包括 P-loop、RNBS、kin-2 和 PLAI等保守序列[28-30]。

2 野生稻抗虫性转入栽培稻的外源抗虫基因虽然抗虫效果显著，但由于外源基因并非来自传统的水稻基因库，所带来的生态效应与环境风险已经成为国际社会关注的焦点，对人体的潜在危害未知[31]。

在栽培稻本身抗源有限，效果欠佳的情况下，从野生稻中寻找新抗源不失为一条解决问题的新途径。

2.1 稻飞虱抗性武波等[32]从桂99/药用野生稻S1665的抗褐飞虱近等基因系B3F4分离群体中筛选到1个具有明显特异性扩增带谱，长度为1 408 bp的RAPD标记SI159，与水稻第4染色体的BAC克隆（编号OSJNBa0070011）序列（67114～ 69100）有51.86%的同源性。

蓝伟侦等[33]用荧光原位杂交（FISH）技术将覆盖抗褐飞虱基因Bphl5的两个BAC克隆20M14（27 kb）和6409（36 kb）探针定位于非洲栽培稻和药用野生稻第4染色体的短臂上，宽叶野生稻中的2对同源染色体上也同时能检出信号，分别位于染色体的短臂和着丝粒区。

秦学毅等[34]从198份广西药用野生稻中筛选出3份对褐飞虱高抗（0级）的材料，其抗性受1对显性基因控制，通过幼胚离体培养获得绿苗，经多代回交和自交，已将抗性基因成功转育到栽培稻中，获得了BC4F5高世代、异源附加系。

陈英之等[35]通过与基因bph25（t）、bph26（t）、bph22（t）、bph23（t）、Bph24（t）紧密或较紧密连锁的SSR分子标记成功转育和聚合了3～5个BPH抗性基因到5个杂交水稻亲本，获得了苗期和成株期（即全生育期）对稻褐飞虱表现高抗性的抗性基因聚合系。

李进波等[36]采用SSR分子标记辅助选择（MAS），从9311/药用野生稻、1826/药用野生稻2个分离群体中获得一系列BPH抗性基因纯合且农艺性状优良的稳定株系，BPH14单基因纯合株系中，92.31%的材料抗性水平在中抗以上，BPH15单基因纯合株系全为抗或高抗，聚合有BPH14、BPH15双基因的株系抗性都达高抗水平，抗性强于单基因纯合株系。

药用野生稻Pc及黑选A/药用野生稻杂交后代Ac-1、Ac-3在苗期、分蘖期、成株期都对白背飞虱有较高抗性[37]。

2.2 三化螟的抗性1987—1990 年，谭玉娟等[38]对广东农科院水稻所提供的2 023份普通野生稻材料进行鉴定，包括国际水稻所抗性对照W1263，感病对照品种二白矮在内的所有材料平均枯心率达50%，在此情况下，参试的2 023份样本材料经过反复鉴定，9级（高感）1 069份，占52.84%，7级（感）453份占22.39%，5级（中抗）501份占24.77%。