中国农业科学 ›› 2019, Vol. 52 ›› Issue (6): 955-967.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.06.001
王芳权1,2,陈智慧1,2,许扬1,2,王军1,2,李文奇1,2,范方军1,2,陈丽琴1,陶亚军1,2,仲维功1,杨杰1,2()
收稿日期:
2018-11-18
接受日期:
2019-01-18
出版日期:
2019-03-16
发布日期:
2019-03-22
通讯作者:
杨杰
作者简介:
王芳权,Tel:025-84390320;E-mail: wfqjaas@163.com。
基金资助:
WANG FangQuan1,2,CHEN ZhiHui1,2,XU Yang1,2,WANG Jun1,2,LI WenQi1,2,FAN FangJun1,2,CHEN LiQin1,TAO YaJun1,2,ZHONG WeiGong1,YANG Jie1,2()
Received:
2018-11-18
Accepted:
2019-01-18
Online:
2019-03-16
Published:
2019-03-22
Contact:
Jie YANG
摘要:
【目的】稻瘟病是世界上最严重的水稻病害之一。通过功能标记的开发,为加快广谱持久抗稻瘟病基因PigmR在水稻育种中的应用提供依据。【方法】利用Snapgene 2.3.2软件分析PigmR的碱基变异特征,用Oligo 7设计特异功能标记。为了避免因PCR扩增失败引起的假阴性,设计扩增内参基因Actin1的引物作为参照,对功能标记进行优化。用功能标记对水稻亲本材料、丽江新团黑谷的单基因系材料、育种中间材料和南粳53045/谷梅4号BC1F3群体株系进行鉴定。稻瘟病鉴定的供试菌株为江苏省稻瘟病代表菌株(2018-4、2018-65、2018-102、2018-222和2018-241)的混合菌。将供试菌株移植RCA培养基上,25℃培养7 d,用黑光灯照射72 h,待稻瘟病菌产生孢子后,再用无菌水洗下,配成10×10倍显微镜下每视野30—40个孢子的悬浮液。于水稻抽穗前3—4 d注射混合菌株,每穗注射1 mL菌液,做好标记。在水稻灌浆饱满后进行抗性调查。【结果】根据PigmR与PigmS、Pigm-R4序列比对及差异分析,设计了8对分子标记引物。通过分子检测,筛选获得的PigmR功能标记GMR-3,能特异扩增来源于谷梅4号的PigmR,获得98 bp产物,而不携带PigmR扩增不出产物。以不同浓度配比优化GMR-3与内参基因Actin1检测引物Actin1-1,发现以0.4 μmol·L -1 GMR-3与0.1 μmol·L -1 Actin1-1组合浓度扩增出PigmR和Actin1特征条带的效率相当,效果最优,将该标记命名为GMRA。用该标记扩增水稻样品,携带PigmR的样品能扩增出146和98 bp条带,不携带PigmR的样品仅能扩增出146 bp条带。利用GMRA标记检测229份水稻材料,只有谷梅4号能扩增出146和98 bp条带,其他籼稻和粳稻均只能扩增出146 bp条带。进一步对29份丽江新团黑谷的单基因系材料进行检测发现,GMRA标记能有效区分PigmR与Pi9、Piz、Piz-t等同源性较高的基因,有很好的特异性。利用GMRA标记,从240份育种中间材料中筛选到3份携带PigmR的材料,可作为该基因的供体材料。利用该标记进行分子标记辅助选择,将PigmR通过回交转育到优质食味粳稻南粳53045。对南粳53045/谷梅4号BC1F3群体单株进行分子标记检测及稻瘟病人工接种鉴定,发现携带PigmR的单株均表现为抗或中抗,不携带PigmR的单株均表现为高感,表明导入PigmR能显著改良南粳53045的穗颈瘟抗性。【结论】PigmR的功能标记能有效用于抗稻瘟病遗传改良和资源筛选。
王芳权,陈智慧,许扬,王军,李文奇,范方军,陈丽琴,陶亚军,仲维功,杨杰. 水稻广谱抗稻瘟病基因PigmR功能标记的开发及应用[J]. 中国农业科学, 2019, 52(6): 955-967.
WANG FangQuan,CHEN ZhiHui,XU Yang,WANG Jun,LI WenQi,FAN FangJun,CHEN LiQin,TAO YaJun,ZHONG WeiGong,YANG Jie. Development and Application of the Functional Marker for the Broad-Spectrum Blast Resistance Gene PigmR in Rice[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2019, 52(6): 955-967.
表1
分子标记引物"
标记名称 Marker name | 引物名称 Primer name | 引物序列 Primer sequence (5′-3′) | 理论产物长度 Expected size (bp) |
---|---|---|---|
GMR-1 | GMR-1F | TTCCTTTCTCTTTATCATAATT | 180 |
GMR-1R | AGATTCCAACCTGCACTTGCCT | ||
GMS-1 | GMS-1F | GTCCTTGATCTTTATCAGAAAG | 180 |
GMS-1R | TGGTTCCAACCTGCAGAATCTG | ||
GMR-2 | GMR-2F | TTCCTTTCTCTTTATCATAcTT | 180 |
GMR-2R | AGATTCCAACCTGCACTTGCCT | ||
GMS-2 | GMS-2F | GTCCTTGATCTTTATCAGAcAG | 180 |
GMS-2R | TGGTTCCAACCTGCAGAATCTG | ||
GMR-3 | GMR-3F | AGTTCTACTTACGGAGGAGC | 98 |
GMR-3R | AGAATTATGATAAAGAGAAAGGAA | ||
GMS-3 | GMS-3F | AGATCAACTTATTGAGCAGC | 98 |
GMS-3R | AGCTTTCTGATAAAGATCAAGGAC | ||
GMR-4 | GMR-4F | AGTTCTACTTACGGAGGcGC | 98 |
GMR-4R | AGAATTATGATAAAGAGAAAGcAA | ||
GMS-4 | GMS-4F | AGATCAACTTATTGAGCcGC | 98 |
GMS-4R | AGCTTTCTGATAAAGATCAAGcAC | ||
Actin1-1 | Actin1-1F | ACAAAGTTTTCAACCGGCCTA | 146 |
Actin1-1R | CTGGTACCCTCATCAGGCATC | ||
Actin1-2 | Actin1-2F | AGTCTGGCCCATCCATTGTG | 149 |
Actin1-2R | CGGTTGAAAACTTTGTCCACGCTA |
图4
PigmR鉴定引物的优化 M:DL2000;1—12:12个不同引物浓度组合,分别为0.2 μmol·L-1 GMR-3+0 μmol·L-1Actin1-1、0 μmol·L-1 GMR-3+0.2 μmol·L-1 Actin1-1、0.2 μmol·L-1 GMR-3+0.2 μmol·L-1 Actin1-1、0.1 μmol·L-1 GMR-3+0.1 μmol·L-1 Actin1-1、0.2 μmol·L-1 GMR-3+0.1 μmol·L-1 Actin1-1、0.2 μmol·L-1 GMR-3+0.05 μmol·L-1 Actin1-1、0.4 μmol·L-1 GMR-3+0.1 μmol·L-1 Actin1-1、0.4 μmol·L-1 GMR-3+0.05 μmol·L-1 Actin1-1、0.4 μmol·L-1 GMR-3+0.025 μmol·L-1 Actin1-1、0.8 μmol·L-1 GMR-3+0.1 μmol·L-1 Actin1-1、0.8 μmol·L-1 GMR-3+0.05 μmol·L-1 Actin1-1和0.8 μmol·L-1 GMR-3+0.025 μmol·L-1 Actin1-1"
表2
GMRA标记鉴定部分水稻材料"
编号 No. | 品种 Variety | 粳/籼稻 Geng/Xian | 带型 Type | 编号 No. | 品种 Variety | 粳/籼稻 Geng/Xian | 带型 Type | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 谷梅4号 Gumei 4 | X | 2 | 40 | 盐粳10号 Yandao 10 | G | 1 | |
2 | 日本晴 Niponbare | G | 1 | 41 | 盐粳11号 Yangeng 11 | G | 1 | |
3 | 黄华占 Huanghuazhan | X | 1 | 42 | 镇稻99 Zhendao 99 | G | 1 | |
4 | IR36 | X | 1 | 43 | 扬粳113 Yanggeng 113 | G | 1 | |
5 | 玉针香 Yuzhenxiang | X | 1 | 44 | WP16 | G | 1 | |
6 | 南京16号 Nanjing 16 | X | 1 | 45 | WP59 | G | 1 | |
7 | Kasalath | X | 1 | 46 | 泗稻15号 Sidao 15 | G | 1 | |
8 | 连粳7号 Liangeng 7 | G | 1 | 47 | 连糯1号 Liannuo 1 | G | 1 | |
9 | 南粳9108 Nangeng 9108 | G | 1 | 48 | 皖粳糯1号 Liangengnuo 1 | G | 1 | |
10 | 武运粳24号 Wuyungeng 24 | G | 1 | 49 | 圣稻19 Shengdao 19 | G | 1 | |
11 | 华粳5号 Huageng 5 | G | 1 | 50 | JX14-3 | G | 1 | |
12 | 扬育粳2号 Yangyugeng 2 | G | 1 | 51 | JX14-4 | G | 1 | |
13 | 南粳44 Nangeng 44 | G | 1 | 52 | K11 | G | 1 | |
14 | 南粳45 Nangeng 45 | G | 1 | 53 | N14-109 | G | 1 | |
15 | 南粳46 Nangeng 46 | G | 1 | 54 | 宁粳7号 Ninggeng 7 | G | 1 | |
16 | 南粳5055 Nangeng 5055 | G | 1 | 55 | YJN1 | G | 1 | |
17 | 金粳818 Jingeng 818 | G | 1 | 56 | 常粳144 Changgeng 144 | G | 1 | |
18 | 苏秀867 Suxiu 867 | G | 1 | 57 | 常农粳4号 Changnonggeng 4 | G | 1 | |
19 | 武运粳21号 Wuyungeng 21 | G | 1 | 58 | 常农粳6号 Changnonggeng 6 | G | 1 | |
20 | 武运粳27号 Wuyungeng 27 | G | 1 | 59 | 常农粳7号 Changnonggeng 7 | G | 1 | |
21 | 淮稻5号 Huaidao 5 | G | 1 | 60 | Feng1326 | G | 1 | |
22 | 南粳53045 Nangeng53045 | G | 1 | 61 | 华粳3号 Huageng 3 | G | 1 | |
23 | 武运粳29号 Wuyungeng 29 | G | 1 | 62 | 华粳4号 Huageng 4 | G | 1 | |
24 | 楚粳39 Chugeng 39 | G | 1 | 63 | 华粳6号 Huageng 6 | G | 1 | |
25 | 丰粳3227 Fenggeng 3227 | G | 1 | 64 | 华瑞稻1号 Huaruidao 1 | G | 1 | |
26 | 华粳7号 Huageng 7 | G | 1 | 65 | 淮1188 Huai 1188 | G | 1 | |
27 | 淮稻7号 Huaidao 7 | G | 1 | 66 | 淮208 Huai 208 | G | 1 | |
28 | 淮糯11号 Huainuo 11 | G | 1 | 67 | 淮稻10号 Huaidao 10 | G | 1 | |
29 | 淮优粳2号 Huaiyougeng 2 | G | 1 | 68 | 淮稻11号 Huaidao 11 | G | 1 | |
30 | 连粳11号 Liangeng 11 | G | 1 | 69 | 淮稻13号 Huaidao 13 | G | 1 | |
31 | 连粳12号 Liangeng 12 | G | 1 | 70 | 淮稻8号 Huaidao 8 | G | 1 | |
32 | 连粳4号 Liangeng 4 | G | 1 | 71 | 淮稻9号 Huaidao 9 | G | 1 | |
33 | 连粳6号 Liangeng 6 | G | 1 | 72 | 淮粳096 Huaigeng 096 | G | 1 | |
34 | 连粳147729 Liangeng 147729 | G | 1 | 73 | 淮香稻15号 Huaixiangdao 15 | G | 1 | |
35 | 农香软米 Nongxiangruanmi | G | 1 | 74 | 津稻263 Jindao 263 | G | 1 | |
36 | 泗稻785 Sidao 785 | G | 1 | 75 | 连粳9号 Liangeng 9 | G | 1 | |
37 | 苏秀326 Suxiu 326 | G | 1 | 76 | 连粳10号 Liangeng 10 | G | 1 | |
38 | 徐稻3号 Xudao 3 | G | 1 | 77 | 南粳40 Nangeng 40 | G | 1 | |
39 | 盐稻11号 Yandao 11 | G | 1 | 78 | 南粳41 Nangeng 41 | G | 1 | |
79 | 南粳42 Nangeng 42 | G | 1 | 119 | 镇稻7号 Zhendao 7 | G | 1 | |
80 | 南粳49 Nangeng 49 | G | 1 | 120 | 镇稻88 Zhendao 88 | G | 1 | |
81 | 宁2600 Ning 2600 | G | 1 | 121 | 镇稻9424 Zhendao 9424 | G | 1 | |
82 | 宁粳2号 Ninggeng 2 | G | 1 | 122 | 宁粳1号 Ninggeng 1 | G | 1 | |
83 | 宁粳4号 Ninggeng 4 | G | 1 | 123 | 宁粳3号 Ninggeng 3 | G | 1 | |
84 | 宁粳5号 Ninggeng 5 | G | 1 | 124 | 南粳47 Nangeng 47 | G | 1 | |
85 | 迁稻11-72 Qiandao 11-72 | G | 1 | 125 | 通粳981 Tonggeng 981 | G | 1 | |
86 | 泗稻12号 Sidao 12 | G | 1 | 126 | 武运粳7号 Wuyungeng 7 | G | 1 | |
87 | 苏沪香粳 Suhuxianggeng | G | 1 | 127 | 武运粳19号 Wuyungeng 19 | G | 1 | |
88 | 苏粳5号 Sugeng 5 | G | 1 | 128 | 武运粳23号 Wuyungeng 23 | G | 1 | |
89 | 苏秀10号 Suxiu 10 | G | 1 | 129 | 常农粳3号 Changnonggeng 3 | G | 1 | |
90 | 武粳13号 Wugeng 13 | G | 1 | 130 | 常农粳5号 Changnonggeng 5 | G | 1 | |
91 | 武粳15号 Wugeng 15 | G | 1 | 131 | 苏粳8号 Sugeng 8 | G | 1 | |
92 | 武粳4号 Wugeng 4 | G | 1 | 132 | 苏香粳2号 Suxianggeng 2 | G | 1 | |
93 | 武陵粳1号 Wulinggeng 1 | G | 1 | 133 | 嘉33 Jia 33 | G | 1 | |
94 | 武香粳14号 Wuxianggeng 14 | G | 1 | 134 | 嘉991 Jia 991 | G | 1 | |
95 | 武香粳9号 Wuxianggeng 9 | G | 1 | 135 | 镇稻10号 Zhendao 10 | G | 1 | |
96 | 武育粳18号 Wuyugeng 18 | G | 1 | 136 | 镇稻16号 Zhendao 16 | G | 1 | |
97 | 武育粳3号 Wuyugeng 3 | G | 1 | 137 | 镇稻17号 Zhendao 17 | G | 1 | |
98 | 武运粳11号 Wuyungeng 11 | G | 1 | 138 | 镇稻18号 Zhendao 18 | G | 1 | |
99 | 兴化紫稻 Xinghuazidao | G | 1 | 139 | 苏粳9号 Sugeng 9 | G | 1 | |
100 | 徐稻8号 Xudao 8 | G | 1 | 140 | 宁2602 Ning 2602 | G | 1 | |
101 | 徐稻9号 Xudao 9 | G | 1 | 141 | 宁2604 Ning 2604 | G | 1 | |
102 | 盐稻8号 Yandao 8 | G | 1 | 142 | 嘉58 Jia 58 | G | 1 | |
103 | 盐稻9号 Yandao 9 | G | 1 | 143 | 苏05-1176 Su 05-1176 | G | 1 | |
104 | 盐粳16号 Yangeng 16 | G | 1 | 144 | 苏12-130 Su 12-130 | G | 1 | |
105 | 盐粳9号 Yangeng 9 | G | 1 | 145 | 沪香软268 Huxiangruan 268 | G | 1 | |
106 | 扬9709 Yang9700 | G | 1 | 146 | 沪香软386 Huxiangruan 386 | G | 1 | |
107 | 扬辐粳1号 Yangfugeng 1 | G | 1 | 147 | 软大穗 Ruandaoli | G | 1 | |
108 | 扬辐粳8号 Yangfugeng 8 | G | 1 | 148 | 大粒糯 Dalinuo | G | 1 | |
109 | 扬粳4227 Yanggeng 4227 | G | 1 | 149 | 太湖香粳稻 Taihuxianggengdao | G | 1 | |
110 | 扬粳4308 Yanggeng 4308 | G | 1 | 150 | JX14-5 | G | 1 | |
111 | 扬粳805 Yanggeng 805 | G | 1 | 151 | 南粳43 Nangeng 43 | G | 1 | |
112 | 扬农210 Yangnong210 | G | 1 | 152 | 农垦57 Nongken 57 | G | 1 | |
113 | 扬中稻1号 Yangzhongdao 1 | G | 1 | 153 | 农垦58 Nongken 58 | G | 1 | |
114 | 镇糯19号 Zhennuo 19 | G | 1 | 154 | 秀水63 Xiushui 63 | G | 1 | |
115 | 镇稻12号 Zhendao 12 | G | 1 | 155 | 徐81698 Xu 81698 | G | 1 | |
116 | 镇稻13号 Zhendao 13 | G | 1 | 156 | 徐稻4号 Xudao 4 | G | 1 | |
117 | 镇稻15号 Zhendao 15 | G | 1 | 157 | 盐稻980 Yandao 980 | G | 1 | |
118 | 镇稻1号 Zhendao 1 | G | 1 | 158 | 盐丰2号 Yanfeng 2 | G | 1 | |
159 | 扬粳9224 Yanggeng 9224 | G | 1 | 195 | 14CZY43 | G | 1 | |
160 | 扬育粳116 Yangyugeng 116 | G | 1 | 196 | 14CZY47 | G | 1 | |
161 | 银玉2239 Yinyu 2239 | G | 1 | 197 | 14CZY49 | G | 1 | |
162 | 镇稻615 Zhendao 615 | G | 1 | 198 | 14CZY53 | G | 1 | |
163 | 隆粳968 Longgeng 968 | G | 1 | 199 | 14CZY60 | G | 1 | |
164 | 大华香糯 Dahuaxiangnuo | G | 1 | 200 | 14CZY65 | G | 1 | |
165 | 华粳8号 Huageng 8 | G | 1 | 201 | 14CZY71 | G | 1 | |
166 | 盐粳13号 Yangeng 13 | G | 1 | 202 | 14CZY73 | G | 1 | |
167 | 盐粳15号 Yangeng 15 | G | 1 | 203 | 14CZY83 | G | 1 | |
168 | 南粳505 Nangeng 505 | G | 1 | 204 | 14CZY84 | G | 1 | |
169 | 盐丰稻2号 Yanfengdao 2 | G | 1 | 205 | 14CZY85 | G | 1 | |
170 | 软香玉 Ruanxiangyu | G | 1 | 206 | 14CZY86 | G | 1 | |
171 | 苏香粳100 Suxianggeng 100 | G | 1 | 207 | 14CZY87 | G | 1 | |
172 | 苏2100 Su 2100 | G | 1 | 208 | 15ZZY2 | G | 1 | |
173 | 沪粳137 Hugeng 137 | G | 1 | 209 | 15ZZY7 | G | 1 | |
174 | 沪香粳165 Huxianggeng 165 | G | 1 | 210 | 15ZZY8 | G | 1 | |
175 | 松粳9号 Songgeng 9 | G | 1 | 211 | 15ZZY79 | G | 1 | |
176 | 14CZY1 | G | 1 | 212 | 15ZZY89 | G | 1 | |
177 | 14CZY8 | G | 1 | 213 | 15ZZY16 | G | 1 | |
178 | 14CZY11 | G | 1 | 214 | 15ZZY48 | G | 1 | |
179 | 14CZY13 | G | 1 | 215 | 15ZZY53 | G | 1 | |
180 | 14CZY15 | G | 1 | 216 | 15ZZY58 | G | 1 | |
181 | 14CZY16 | G | 1 | 217 | 15ZZY73 | G | 1 | |
182 | 14CZY17 | G | 1 | 218 | 15ZZY90 | G | 1 | |
183 | 14CZY21 | G | 1 | 219 | 15ZZQ6 | G | 1 | |
184 | 14CZY22 | G | 1 | 220 | 15ZZQ12 | G | 1 | |
185 | 14CZY23 | G | 1 | 221 | 15CZY3 | G | 1 | |
186 | 14CZY28 | G | 1 | 222 | 15CZY31 | G | 1 | |
187 | 14CZY30 | G | 1 | 223 | 15CZY65 | G | 1 | |
188 | 14CZY31 | G | 1 | 224 | 15CZY70 | G | 1 | |
189 | 14CZY36 | G | 1 | 225 | 15CZY71 | G | 1 | |
190 | 14CZY37 | G | 1 | 226 | 15CZY77 | G | 1 | |
191 | 14CZY38 | G | 1 | 227 | 15CZY84 | G | 1 | |
192 | 14CZY39 | G | 1 | 228 | 15CZY86 | G | 1 | |
193 | 14CZY40 | G | 1 | 229 | 15CZY91 | G | 1 | |
194 | 14CZY41 | G | 1 |
表3
GMRA标记鉴定部分丽江新团黑谷单基因系"
编号No. | 名称Designation | 目标基因Target gene | 带型Type |
---|---|---|---|
1 | IRBLa-A | Pia | 1 |
2 | IRBLa-C | Pia | 1 |
3 | IRBLi-F5 | Pii | 1 |
4 | IRBLks-F5 | Pik-s | 1 |
5 | IRBLks-S | Pik-s | 1 |
6 | IRBLk-ka | Pik | 1 |
7 | IRBLkp-K60 | Pik-p | 1 |
8 | IRBLkh-K3 | Pik-h | 1 |
9 | IRBLz-Fu | Piz | 1 |
10 | IRBLzt-T | Piz-t | 1 |
11 | IRBLta-K1 | Pita | 1 |
12 | IRBLta-CT2 | Pita | 1 |
13 | IRBLb-B | Pib | 1 |
14 | IRBLt-K59 | Pit | 1 |
15 | IRBLsh-S | Pish | 1 |
16 | IRBLsh-B | Pish | 1 |
17 | IRBL1-CL | Pi1 | 1 |
18 | IRBL3-CP4 | Pi3 | 1 |
19 | IRBL5-M | Pi5(t) | 1 |
20 | IRBL7-M | Pi7(t) | 1 |
21 | IRBL9-W | Pi9 | 1 |
22 | IRBL12-M | Pi12(t) | 1 |
23 | IRBL19-A | Pi19 | 1 |
24 | IRBLkm-Ts | Pik-m | 1 |
25 | IRBL20-IR24 | Pi20 | 1 |
26 | IRBLta2-Pi | Pita2 | 1 |
27 | IRBLta2-Re | Pita2 | 1 |
28 | IRBLta-CP1 | Pita | 1 |
29 | IRBL11-Zh | Pi11(t) | 1 |
30 | 丽江新团黑谷 Lijiangxintuanheigu | - | 1 |
31 | 谷梅4号 Gumei 4 | Pigm | 2 |
[1] |
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