全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2012, 38(7): 1178−1186 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn
本研究由国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2006AA10Z165, 2006AA10A103), 国家转基因生物新品种培育科技重大专项
(2009ZX08001-014B), 国家自然科学基金项目(30900883)和江苏高校作物优势学科建设工程项目资助。
* 通讯作者(Corresponding authors): 左示敏, 潘学彪, E-mail: shuidao@yzu.edu.cn, Tel: 0514-87972136
第一作者联系方式: E-mail: czx@yzu.edu.cn, Tel: 0514-87972136
Received(收稿日期): 2012-02-14; Accepted(接受日期): 2012-04-20; Published online(网络出版日期): 2012-05-11.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20120511.1804.021.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2012.01178
水稻抗纹枯病 QTL qSB-9TQ和抗条纹叶枯病基因 Stv-bi的聚合育种
陈宗祥 1 左示敏 1,* 张亚芳 1 朱俊凯 1 王龙平 1 冯 凡 1 马玉银 2
潘学彪 1,*
1 扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室 / 植物功能基因组学教育部重点实验室, 江苏扬州 225009; 2 扬州职业大学, 江苏扬州
225000
摘 要: 以携带抗纹枯病 QTL qSB-9TQ的籼稻品种特青和携带抗条纹叶枯病基因 Stv-bi的粳稻品种镇稻 88为优良等
位基因供体亲本, 江苏省推广的粳稻品种武育粳 3号和武粳 15为受体亲本, 分别杂交并连续回交。在回交及自交分
离世代, 利用开发的覆盖目标基因区间的双侧分子标记对目标基因进行辅助选择。至回交 BC4F1世代, 同一遗传背景
2 个回交方向的中选单株间聚合杂交, 获得 2 个目标基因位点均纯合的聚合 F3株系。条纹叶枯病抗性鉴定和纹枯病
抗性接种鉴定结果表明, 聚合株系对条纹叶枯病均表现抗病; 以 0~9 级评级标准评价, 聚合株系的纹枯病较相应的
轮回亲本分别低 1.1~1.6 级和 0.8~1.4 级。结合回交低世代抗性鉴定结果分析, 自行开发的分子标记对目标基因的辅
助选择是有效的。讨论了抗纹枯病育种及分子标记辅助选择聚合育种的相关问题。
关键词: 分子标记辅助选择; 纹枯病; 条纹叶枯病; 聚合育种
Rice Pyramiding Breeding Using Sheath Blight Resistance QTL qSB-9TQ and
Stripe Disease Resistance Gene Stv-bi
CHEN Zong-Xiang1, ZUO Shi-Min1,*, ZHANG Ya-Fang1, ZHU Jun-Kai1, WANG Long-Ping1, FENG Fan1,
MA Yu-Yin2, and PAN Xue-Biao1,*
1 Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology of Jiangsu Province / Key Laboratory of Plant Functional Genetics, Ministry of Education, Yang-
zhou University, Yangzhou 225009, China; 2 Yangzhou Polytechnic College, Yangzhou 225000, China
Abstract: Indica rice cultivar Teqing and japonica rice cultivar Zhendao 88 were used as the donor parents with the sheath blight
(SB) resistance QTL qSB-9TQ and the resistance gene Stv-bi, respectively. Commercial rice japonica cultivars, Wuyujing 3 and
Wujing 15, were used as the receipt parents to cross and backcross with the donor parents, respectively. Flanked polymorphic
markers to the two loci were developed and employed to select the target loci via marker assisted selection (MAS) in each back-
cross and self-cross progeny. Till backcross generation BC4F1, pyramiding was performed by crossing the selected individuals
with different integression genes. At F3 generation, the pyramiding lines with homozygosity at both gene loci were obtained. Re-
sults of disease resistance evaluation indicated that both pyramiding lines were resistant to stripe disease, and increased resistance
to SB with a reducing SB sating of 1.1–1.6 in Wuyujing 3 background and 0.8–1.4 in Wujing 15 background based on a “0–9” SB
rating scale. Combining the results of resistance phenotype at the low backcrossing generation, we thought the markers developed
in this study were efficient in selecting the two genes by MAS. Some questions associated with SB resistance breeding and pyra-
miding breeding via MAS were discussed.
Keywords: Marker assisted selection; Sheath blight; Stripe disease; Pyramiding breeding
水稻是最重要的粮食作物, 也是较易遭受病虫
危害的粮食作物之一, 据记载, 我国水稻病害有 61
种, 水稻害虫有 78 种[1]。其中, 纹枯病是世界性水
稻重要病害之一, 在我国南方稻区已成为第一大病
害 , 无论发生面积或为害损失总量均居各病害之
首 [2-3]。条纹叶枯病是东亚温带地区一种最严重的
第 7期 陈宗祥等: 水稻抗纹枯病 QTL qSB-9TQ和抗条纹叶枯病基因 Stv-bi的聚合育种 1179
水稻病毒病, 广泛分布于日本、中国、韩国、前苏
联和南美等国家和地区[4]。我国最早发生该病是在
1963年, 随着气候环境变化和种植结构调整, 其发
病规模不断扩大。目前该病分布于我国 18个省、
市、自治区, 其中以江苏、云南等地最为严重。近
几年江苏水稻受灾面积均在 6.67×105 hm2 以上 ,
2004 年全省涉及 1.57×106 hm2, 占水稻总面积的
79%[5]。选育利用抗病品种是防治病害最经济有效
的方法。
水稻对纹枯病的抗性属于典型的数量性状, 采
用传统育种手段对其改良难度较大。随着抗纹枯病
QTL 遗传研究速度的加快, 抗纹枯病 QTL 辅助育
种已被认为是抗纹枯病育种的一个可行途径[6-7]。左
示敏等 [8]对已报道的 103 个初步定位的抗纹枯病
QTL进行物理图整合, 其中 57个具有明确置信区间,
分布于水稻全部的 12条染色体。那些效应较大、被
试验验证是真实的抗纹枯病 QTL, 在育种实践中具
有较高的价值。左示敏等[9]、谭彩霞等[10]和 Yin等[11]
分别在高代回交群体或近等基因系水平上, 先后验
证了来自籼稻品种特青的抗纹枯病 QTL qSB-9TQ和
来自美国长粒粳稻品种 Lemont 的抗纹枯病 QTL
qSB-11LE的真实性。Zuo等[6]利用不同生态区的 8个
粳稻品种分别与携带 qSB-9TQ 的品种特青杂交并回
交, 研究表明供试粳稻品种在该 QTL座位上携带的
均是感病等位基因, 导入 qSB-9TQ 可分别使它们的
病级减轻 0.45~1.27级。推测 qSB-9TQ在粳稻纹枯病
抗性改良上具有广泛的应用前景。
水稻条纹叶枯病是由灰飞虱传播的水稻条纹病
毒(rice stripe virus, RSV)引起的病毒病。研究表明,
水稻对条纹叶枯病的抗性既有主基因控制的抗性也
有微效多基因控制的抗性 [12-16], 但是, 目前育种中
广泛应用的条纹叶枯病抗性基因是来自籼稻抗源
Modan 的不完全显性基因 Stv-bi及其等位基因[17]。
Hayano-Saito 等[12]已在 1998 年将 Modan 的抗性基
因 Stv-bi 定位于第 11 染色体上标记 XNpb220 和
XNpb257/XNpb254之间的 1.8 cM处, 2000年又进一
步将其定位于 286 kb区域内[18]。由于水稻条纹叶枯
病的发病受外界条件影响较大, 抗性鉴定比较困难,
因此筛选与抗病基因紧密连锁的分子标记并对其进
行标记辅助选择具有重要的意义。笔者在前人研究
的基础上, 开发了与目标基因连锁的分子标记, 并
对目标基因进行辅助选择, 将 qSB-9TQ和 Stv-bi聚合
于同一粳稻背景。
1 材料与方法
1.1 试验材料
中抗纹枯病的籼稻品种特青 , 带有抗纹枯病
QTL qSB-9TQ; 抗条纹叶枯病的粳稻品种镇稻 88, 带
有抗条纹叶枯病基因 Stv-bi, 曾在江苏大面积推广种
植 [17]; 江苏推广的粳稻品种武育粳 3 号和武粳 15,
感至中感纹枯病, 均不抗条纹叶枯病。
1.2 试验设计
目的是通过分子标记辅助选择 , 将 2个抗性基
因分别聚合到武育粳 3号背景和武粳 15背景中。以
特青和镇稻 88作为抗性基因供体亲本, 分别与武育
粳 3号和武粳 15杂交, 再分别用武育粳 3号和武粳
15 回交。在回交分离世代, 用自行开发的与目标基
因连锁的双侧分子标记检测目标基因, 结合农艺性
状表现, 选择带有目标基因的单株继续用轮回亲本
回交。至农艺性状与轮回亲本基本一致时(回交至
BC4F1世代), 同一背景下选择 2个方向均带有目标
基因的单株进行聚合杂交。从聚合杂交 F1代选择带
有 2个目标基因的单株自交 , 在 F2世代, 分子标记
检测结合农艺性状筛选 , 选择 2个目标基因位点均
为纯合抗病的单株收种, 种成 F3株系。评价聚合 F3
株系对纹枯病和条纹叶枯病的抗性水平。
为评价分子标记对目标基因检测的准确性, 分别
在回交低世代选择合适群体进行抗性鉴定。在转移
Stv-bi方向, 从 BC1F1世代选择目标单株继续回交, 同
时收获目标单株自交种成 BC1F2, 分子标记检测结合
农艺性状筛选, 获得目标基因纯合的抗病单株收种,
种成 BC1F3株系并进行条纹叶枯病抗性鉴定。在转移
qSB-9TQ 方向, 从 BC2F1 世代选择目标单株继续回交,
同时收获一株农艺性状最接近粳稻的目标单株, 自交
种成 BC2F2群体并进行纹枯病抗性接种鉴定。
1.3 分子标记开发及标记检测
通过序列比对, 搜索目标区域的基因组序列在
日本晴(http://rgp.dna.affrc.go.jp/)和 9311 (http://www.
btn.genomic.org.cn/riee)间的序列差异 , 在差异位点
两侧开发候选 InDel分子标记。采用 Primer Premier
5.0 软件 (http://www.tucows.eom/preview/205452)设
计引物, 具体流程和设计标准见 Ji 等[19]的描述。设
计好的引物(候选引物)由上海英骏公司合成, 由本
实验室筛选。最终确定在 2 个亲本之间具有多态性
的分子标记用于本实验(表 1)。
各单株的总 DNA 提取及标记基因型检测等均
参照 Murray和 Thompson[20]的方法。
1180 作 物 学 报 第 38卷
表 1 自行开发的 InDel分子标记的引物序列
Table 1 Primer sequences of developed InDel molecular markers
引物名称
Primer name
BAC索取号
BAC accession No.
前引物
Forward primer (5–3)
后引物
Reverse primer (5–3)
Y74.7 (qSB-9TQ) AC108763 ACCCTGTACTTGTTCTCCTT CTTTGACCGTTCGTGTTATT
Y84 (qSB-9TQ) AP006149 AAAGGTTGCGAGGAGATTAGAGT TAGGGGTTGGTTTCTGGTTGTAG
Y93.5 (qSB-9TQ) AP005546 CTGTTCTTCTCCTGCGTTCT ATGTCCTCGTGCTTCTGC
M68.4 (Stv-bi) AC124151 GGCACGAAAAACACTTAAT CATCTCTCCTGCTACAACG
M79.1 (Stv-bi) AC134925 ATTATCGGCTATTGGCTA ATCATCTTTCAGGAGGTC
1.4 抗性鉴定
1.4.1 纹枯病抗性鉴定 用于纹枯病抗性鉴定的
材料是 BC2F2群体和聚合 F3株系 2 个世代。BC2F2
世代, 每个背景种植 1个约 400株左右的群体, 单本
栽插, 株行距 13.3 cm × 25.0 cm, 每行 12株。每个
群体以两端各 1 行及两边各 1 株作为保护行, 其余
部分作为试验单株, 逐株接种病原菌进行抗性鉴定,
并取对应单株叶片进行总 DNA 提取和标记基因型检
测, 分析不同基因型单株群体对纹枯病的抗性表现。
聚合 F3株系, 移栽时单本栽插, 每区 3行, 每行 12株,
中间1行的中间 10株作为试验单株, 株行距13.3 cm ×
25.0 cm, 3次重复, 以相应的轮回亲本做对照。
在扬州大学校内试验田, 5 月上旬播种, 6 月上
旬移栽, 7月 20日左右采用嵌入接种法接种病原菌,
菌种为江苏强致病菌株 RH-9, 具体方法参见潘学彪
等[21], 田间控制参见陈宗祥等[22], 以左示敏等[23]改
进的 0~9级病级评价标准调查病级。
1.4.2 条纹叶枯病抗性鉴定 用于条纹叶枯病抗
性鉴定的材料是 BC1F3株系及聚合 F3株系 2个世代。
采用田间自然接种鉴定抗性, 在灰飞虱虫源丰富的小
麦田边育秧, 5月上旬播种, 5月下旬麦收时灰飞虱大
量迁飞到秧田, 在灰飞虱大量聚集2 d后, 喷药灭杀灰
飞虱, 相隔 1 d后再次喷药, 连续 2至 3次用药彻底灭
杀灰飞虱, 防止秧苗因灰飞虱危害而死亡。6月上旬移
栽, 单本栽插, 株行距 13.3 cm × 25.0 cm。在扬州大学
校内试验田和邗江区实验农场试验田两点同时鉴定
BC1F3株系, 每点 2 重复, 小区顺序排列, 在扬州大学
校内试验田鉴定聚合 F3株系, 3 次重复, 随机区组设
计。均以相应的轮回亲本作对照。待秧苗移栽活棵后
调查基本苗数, 6月底至 7月初染病植株充分显症时调
查各试验小区感染条纹叶枯病植株数, 计算病株率
(感病单株占该株系总株数的百分比)。
1.5 农艺性状考察
经分子标记检测获得聚合 F3株系, 在分别鉴定
条纹叶枯病和纹枯病抗性的同时, 考察相应株系基
本农艺性状和经济性状。在扬州大学校内试验田, 5
月 7日播种, 6月 7日移栽, 单本栽插, 每区 5行, 每
行 12株, 株行距 13.3 cm × 25.0 cm, 3次重复, 以各
自的轮回亲本做对照。在秧田期用防虫网遮盖轮回
亲本以防止灰飞虱危害而感染条纹叶枯病, 正常防
治其余小区病虫, 常规水肥管理, 记载各试验小区
抽穗期, 调查株高、分蘖角。收获时, 每区取中间 3
行的中间 8株共 24株混合收获, 考察有效穗数、每
穗粒数、结实率、千粒重、单株产量等性状。
1.6 数据分析
采用 SPSS软件对数据进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 低世代回交群体抗性表现
2.1.1 BC2F2 群体对纹枯病的抗性 按照完全随
机设计单因素试验统计分析同一背景下 2 种基因型
群体纹枯病病级差异 , 2个背景下, qSB-9座位纯合
抗病基因型和纯合感病基因型群体间纹枯病病级差
异达到显著至极显著水平, 纯合抗病基因型群体纹
枯病病级比纯合感病基因型群体分别降低 1.2 级和
1.8级(表 2)。
在 BC2F2 群体中, 尽管不同植株性状间仍有一
定差异、遗传基础不够一致, 但根据目标基因型划
分的两类群体, 除了目标基因型有差异外, 其他因
素在两类群体间随机分布, 其对纹枯病病情的影响
是一致的, 因此, 两类群体间纹枯病抗性水平的差
异可以认为是由目标基因引起, 由此可初步认定本
研究对 qSB-9TQ的分子标记辅助选择是有效的。
2.1.2 BC1F3株系对条纹叶枯病的抗性 图 1 表
明, 21个 BC1F3株系的病株率变幅在 3.7%~12.4%之
间 , 而作为对照的轮回亲本的病株率变幅在
77.6%~87.8%, 抗感差异十分明显 , 说明所鉴定的
所有 BC1F3 株系都获得了对条纹叶枯病的抗性, 并
且双侧分子标记对 Stv-bi 进行的分子标记辅助选择
是有效的。
第 7期 陈宗祥等: 水稻抗纹枯病 QTL qSB-9TQ和抗条纹叶枯病基因 Stv-bi的聚合育种 1181
表 2 2个组合 BC2F2群体 qSB-9位点两种基因型纹枯病病级差异
Table 2 Difference of sheath blight rating between the plants with different genotypes at the qSB-9 locus from two BC2F2
populations
轮回亲本
Recurrent parent
in each backcross
qSB-9座位基因型
Genotype at the qSB-9 locus
目标单株数
No. of target
plant
病级±标准差
Disease rating
± SD
效应估计
Evaluated
effect
t值
t-value
P值
P-value
纯合感病 Homozygous susceptible allele 24 4.7826±1.0853武粳 15
Wujing 15 纯合抗病 Homozygous resistant allele 40 3.5625±1.7694
–1.2201 ¶ 3.3908 0.0012
纯合感病 Homozygous susceptible allele 24 5.3667±2.2793武育粳 3号
Wuyujing 3 纯合抗病 Homozygous resistant allele 21 3.5238±2.1064
–1.8429 ¶ 2.5014 0.0178
¶ “−”表示纹枯病病级降低。¶ “−” decrease of the SB disease score.
图 1 BC1F3株系条纹叶枯病病株率分布
Fig. 1 Distribution of sate of plants with stripe disease in
different BC1F3 lines
1~15号株系为武育粳 3号背景, 其中 5号和 11号株系为对照武
育粳 3号; 16~24号株系为武粳 15背景, 其中 18号和 22号株系
为对照武粳 15。
The number 1 to 4, 6 to 10 and 12 to 15 were the lines in the back-
ground of Wuyujing 3; the number 5 and 11 were the susceptible
control Wuyujing 3; the number 16, 17, 19 to 21, and 22 to 23 were
the lines in the background of Wujing 15; the number 18 and 22
were the susceptible control Wujing 15.
2.2 聚合株系抗性表现
2.2.1 聚合株系对纹枯病的抗性 由表 3 可知,
分布两处的轮回亲本纹枯病病级一致, 显著高于参
试的聚合株系 ; 在感病品种武育粳 3号背景下, 聚
合株系纹枯病病级比轮回亲本降低 1.1~1.6级; 在中
度感病的武粳 15背景下, 聚合株系纹枯病病级比轮
回亲本降低 0.8~1.4级, 进一步证明聚合株系由于带
有 qSB-9TQ而提高了对纹枯病的抗性水平。
2.2.2 聚合株系对条纹叶枯病的抗性 由表 4可
知, 分布两处的同一个轮回亲本, 其条纹叶枯病病
株率一致, 表明试验结果具有较好的可靠性; 同一
背景下, 聚合株系条纹叶枯病病株率均极显著低于
轮回亲本, 2个背景表现相同的趋势, 表明鉴定的聚
合株系都获得了对条纹叶枯病的抗性。
与 BC1F3株系鉴定结果比较, 聚合 F3株系条纹
叶枯病病株率要低得多, 这是由于条纹叶枯病抗性
采用田间自然接种法鉴定, 其结果受传毒媒介灰飞
虱数量、带毒率等因素的影响, BC1F3株系(2007年)
表 3 聚合株系纹枯病病级
Table 3 Sheath blight rating of pyramiding lines
材料 †
Material †
病级
Disease rating
材料 †
Material †
病级
Disease rating
JH-6 (control) 7.2 A JH-9 (control) 5.3 A
JH-3 (control) 7.1 AB JH-12 (control) 5.2 A
JH-7 6.0 BC JH-13 4.4 B
JH-2 5.9 C JH-10 4.2 BC
JH-5 5.8 C JH-11 4.2 BC
JH-4 5.7 C JH-14 4.1 BC
JH-1 5.6 C JH-8 3.9 C
F值 F-value 6.652 F值 F-value 30.555
P值 P-value 0.0027 P值 P-value 0.0001
† JH-1至 JH-7为武育粳 3号背景, 其中 JH-3 (control)、JH-6 (control)为轮回亲本武育粳 3号; JH-8至 JH-14为武粳 15背景, 其
中 JH-9 (control)、JH-12 (control)为轮回亲本武粳 15。同一列内大写字母不同者差异极显著。
† JH-1, JH-2, JH-4, and JH-6 were the pyramiding lines with the background of Wuyujing 3; JH-3, JH-6 were the recurrent parent Wu-
yujing 3; JH-8, JH-10, JH-11, JH-13, and JH-14 were the pyramiding lines with the background of Wujing 15; JH-9 and JH-12 were the re-
current parent Wujing 15. Values followed by different capital letters are significantly different at the 0.01 probability level.
1182 作 物 学 报 第 38卷
表 4 聚合株系条纹叶枯病病株率
Table 4 Stripe diseased plant satio of pyramiding lines
材料†
Material †
病株率
Diseased plant ratio (%)
材料 †
Material †
病株率
Diseased plant ratio (%)
JH-3 (control) 19.4 A JH-9 (control) 22.3 A
JH-6 (control) 19.1 A JH-12 (control) 22.0 A
JH-4 0 B JH-8 0 B
JH-5 0 B JH-10 0 B
JH-7 0 B JH-11 0 B
JH-1 0 B JH-13 0 B
JH-2 0 B JH-14 0 B
F值 F-value 158.546 F值 F-value 8.019
P值 P-value 0.0001 P值 P-value 0.0012
† JH-1至 JH-7为武育粳 3号背景, 其中 JH-3 (control)、JH-6 (control)为轮回亲本武育粳 3号; JH-8至 JH-14为武粳 15背景, 其
中 JH-9 (control)、JH-12 (control)为轮回亲本武粳 15。同一列内大写字母不同者差异极显著。
† JH-1, JH-2, JH-4, and JH-6 were the pyramiding lines with the background of Wuyujing 3; JH-3 and JH-6 were the recurrent parent
Wuyujing 3; JH-8, JH-10, JH-11, JH-13, and JH-14 were the pyramiding lines with the background of Wujing 15; JH-9, JH-12 were the re-
current parent Wujing 15. Values followed by different capital letters are significantly different at the 0.01 probability level.
的田间灰飞虱带毒率为 48.7%, 而聚合 F3株系(2009
年)只 12.8%, 在充分接虫的情况下灰飞虱带毒率低
导致聚合 F3株系病株率普遍偏低。
2.3 聚合株系农艺性状
各参试株系部分农艺性状见表 5 和表 6。在武
育粳 3号背景下 , 各株系播始历期基本一致 ; 株系
间株高差异达显著水平, 其中以轮回亲本株高最矮,
有 3个聚合株系株高高于轮回亲本; 株系间分蘖角
差异达显著水平 , 聚合株系分蘖角均高于轮回亲
本。在武粳 15 背景下, 各株系播始历期一致; 株系
间株高性状差异达极显著水平, 其中仍以轮回亲本
株高最矮, 5个株系中仅 JH-10株高与轮回亲本处于
一个水平; 株系间分蘖角差异也达显著水平, 5个聚
合株系分蘖角均显著高于轮回亲本。
各参试株系经济性状见表 7和表 8, 在武育粳 3
号背景下 , 各参试株系单株产量差异达显著水平 ,
其中 JH-5 单株产量最高, 但与对照差异不显著; 在
各产量构成因素上, 株系间差异达显著至极显著水
平。在武粳 15背景下, 各参试株系单株产量差异不
显著, 有效穗数、结实率两因素在参试株系间也没
有明显差异, 穗粒数、千粒重二因素在参试株系间
差异达显著至极显著水平。2个背景下, 在有差异的
产量构成因素上, 均有部分聚合株系达到或超过相
应的轮回亲本的水平。
表 5 武育粳 3号背景聚合株系部分农艺性状
Table 5 Morphological phenotype of pyramiding lines with the background of Wuyujing 3
材料†
Material †
播始历期
Heading date (d)
株高
Plant height (cm)
分蘖角度
Tiller angle (°)
JH-1 103 94.1 a 37.2 a
JH-2 103 87.8 bc 34.3 a
JH-3 (control) 103 87.7 bc 21.1 c
JH-4 103 89.2 bc 34.8 a
JH-5 105 91.5 ab 32.5 ab
JH-6 (control) 103 86.9 c 24.7 bc
JH-7 103 91.9 ab 35.9 a
F值 F-value 3.21 4.392
P值 P-value 0.0406 0.0141
† JH-1至 JH-7为武育粳 3号背景, 其中 JH-3 (control)、JH-6 (control)为轮回亲本武育粳 3号。同一列内小写字母不同者表示在
0.05水平差异显著。
† JH-1, JH-2, JH-4, and JH-6 were the pyramiding lines with the background of Wuyujing 3; JH-3 and JH-6 were the recurrent parent
Wuyujing 3. Values followed by different small letters are significantly different at the 0.05 probability level.
第 7期 陈宗祥等: 水稻抗纹枯病 QTL qSB-9TQ和抗条纹叶枯病基因 Stv-bi的聚合育种 1183
表 6 武粳 15背景聚合株系部分农艺性状
Table 6 Morphological phenotype of pyramiding lines with the background of WJ15
材料 †
Material †
播始历期
Heading date (d)
株高
Plant height (cm)
分蘖角度
Tiller angle (°)
JH-8 111 116.8 A 30.7 ab
JH-9 (control) 110 103.1 D 26.3 bc
JH-10 111 105.0 CD 30.5 ab
JH-11 110 115.1 AB 32.7 a
JH-12 (control) 111 103.3 D 24.8 c
JH-13 110 112.8 AB 31.2 ab
JH-14 111 110.5 BC 30.6 ab
F值 F-value 15.713 3.129
P值 P-value 0.0001 0.0438
† JH-8至 JH-14为武粳 15背景, 其中 JH-9 (control)、JH-12 (control)为轮回亲本武粳 15。同一列内不同小写字母代表在 0.05水
平差异显著, 大写字母代表在 0.01水平差异极显著。
† JH-8, JH-10, JH-11, JH-13, and JH-14 were the pyramiding lines with the background of Wujing 15; JH-9 and JH-12 were the recur-
rent parent Wujing 15. Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 (small letters) or the 0.01 (capital letters)
probability levels.
表 7 武育粳 3号背景聚合株系经济性状
Table 7 Economical traits of pyramiding lines with the background of WYJ3
材料†
Material †
单株产量
Yield per plant (g)
有效穗数
Effective panicle per plant
穗粒数
Grains per panicle
结实率
Seed setting rate (%)
千粒重
1000-grain weight (g)
JH-5 27.3 a 9.1 AB 113.9 CD 93.6 ab 28.1 A
JH-6 (control) 26.9 ab 8.4 BC 134.0 ABC 95.0 a 25.1 C
JH-3 (control) 26.6 ab 7.8 C 145.3 A 94.0 a 25.2 C
JH-7 26.0 ab 7.8 C 146.1 A 92.6 b 24.8 C
JH-2 25.1 abc 8.1 BC 136.6 AB 92.5 b 24.6 C
JH-4 24.9 bc 10.1 A 116.1 BCD 92.6 b 23.2 D
JH-1 23.4 c 8.8 BC 108.7 D 93.8 ab 26.2 B
F值 F-value 3.226 7.704 9.456 4.257 42.183
P值 P-value 0.0399 0.0015 0.0006 0.0158 0.0001
† JH-1至 JH-7为武育粳 3号背景, 其中 JH-3 (control)、JH-6 (control)为轮回亲本武育粳 3号。同一列内不同小写字母代表在 0.05
水平差异显著, 大写字母代表在 0.01水平差异极显著。
† JH-1, JH-2, JH-4, and JH-6 were the pyramiding lines with the background of Wuyujing 3; JH-3 and JH-6 were the recurrent parent Wuyujing
3. Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 (small letters) or the 0.01 (capital letters) probability levels.
表 8 武粳 15背景聚合株系经济性状
Table 8 Economical traits of pyramiding lines in the background of WJ15
材料 †
Material †
单株产量
Yield per plant (g)
有效穗数
Effective panicle per plant
穗粒数
Grains per panicle
结实率
Seed setting rate (%)
千粒重
1000-grain weight (g)
JH-8 27.9 8.0 154.4 c 90.1 25.0 A
JH-9 (control) 28.7 7.6 166.3 ab 90.2 25.2 A
JH-10 27.1 7.6 157.3 bc 91.4 24.7 B
JH-11 28.1 7.9 159.8 abc 88.7 25.1 A
JH-12 (control) 27.6 7.3 169.0 a 89.5 25.1 A
JH-13 26.7 8.1 153.0 c 88.1 24.4 B
JH-14 27.3 7.7 163.5 abc 88.6 24.7 B
F值 F-value 1.979 2.244 3.1 1.147 17.449
P值 P-value 0.148 0.1101 0.0451 0.3939 0.0001
† JH-8至 JH-14为武粳 15背景, 其中 JH-9 (control)、JH-12 (control)为轮回亲本武粳 15。同一列内不同小写字母代表在 0.05水
平差异显著, 大写字母代表在 0.01水平差异极显著。
† JH-8, JH-10, JH-11, JH-13, and JH-14 were the pyramiding lines with the background of Wujing 15; JH-9 and JH-12 were the recur-
rent parent Wujing 15. Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 (small letters) or the 0.01 (capital letters)
probability levels.
1184 作 物 学 报 第 38卷
3 讨论
3.1 纹枯病抗性 QTL 的选择效率及抗纹枯病育
种
水稻对病虫害的抗性涉及两种生物的互作, 其
表现型易受鉴定方法和环境条件的影响。采用分子
标记辅助选择技术对目标基因直接选择具有明显的
优势, 在病虫害抗性分子标记辅助育种研究上已有
较多报道 [24-31], 但在抗纹枯病育种方面鲜有涉及 ,
主要因纹枯病抗性方面缺少可利用的基因。尽管纹
枯病抗性遗传研究中已发现 50 多个抗性 QTL[8,32],
但多为初步定位结果, 缺乏进一步研究信息。本研
究选用的 qSB-9TQ, 其真实性分别在高代回交群体[10]
和近等基因系水平上[11]得到验证, 且在国内外多个
独立研究中被重复鉴定到 [8,33], 具有较高的育种利
用价值。利用覆盖定位区间的 3个分子标记对
qSB-9TQ 进行辅助选择, 从对 BC2F2 群体及聚合 F3
株系的抗性鉴定结果中可知, 已成功地将其转移至
供试粳稻背景中。同时还以特青为 qSB-9TQ 供体亲
本, 镇稻 88为受体亲本 , 结合分子标记辅助选择 ,
将 qSB-9TQ转移到镇稻 88 背景, 也获得纹枯病病级
减轻 1.2级左右的 BC5F3株系(数据未列出)。
在抗性选择效率上, 由于数量抗性基因单个的
抗性效应通常较小, 自然会明显低于主效基因, 这
也是水稻纹枯病抗性育种难以开展或难以见效的主
要原因。本研究结果显示, 带有 qSB-9TQ的聚合株系,
最高仅可降低病级 1.6级, 谭彩霞等[10]、殷跃军等[34]
以及Wang等[33]的研究均已表明 , 聚合不同的抗性
QTL, 其抗性效应要大于单个 QTL 的抗性效应, 这
也为抗纹枯病育种提供新的思路。在没有主效抗性
基因的情况下, 筛选、挖掘效应较大的抗性 QTL, 结
合分子标记辅助选择将其累加, 可以达到提高水稻
品种纹枯病抗性水平的目的。
3.2 分子标记辅助选择准确性
利用分子标记选择目标基因, 其准确性主要取
决于标记与目标基因的连锁程度 , 连锁得愈紧密 ,
可靠性就愈高。如果目标基因的两侧均能找到与之
连锁的标记则会大大提高选择的可靠性。
本研究转移的 qSB-9TQ 曾被初步定位于分子标
记Y74.7和Y93.5之内[6], 为提高标记辅助选择的准
确性, 本研究在该标记区间中部又增加了一个分子
标记 Y84, Y84与 Y74.7和 Y93.5之间的遗传间距分
别为 9.3 cM和 9.5 cM, 同时利用 3个标记对 qSB-9TQ
进行选择, 从 BC2F2群体及聚合 F3株系纹枯病抗性
结果分析, 所鉴定的材料均因携带 qSB-9TQ 而提高
了对纹枯病的抗性水平 , 说明利用这 3个标记对
qSB-9TQ进行选择具有较高的准确性。
用于选择 Stv-bi 的标记 M68.4 和 M79.1 位于
Stv-bi的两侧, 与 Stv-bi的遗传距离分别是 2.3 cM和
4.6 cM, BC1F3株系和聚合 F3株系条纹叶枯病抗性鉴
定结果表明, 这 2个标记对 Stv-bi的选择也具有较高
的准确性。
为减轻工作量, 提高选择效率及准确率, 最理
想的方法是选用与目标基因紧密连锁或基因内标记,
但其前提是对目标基因精细定位甚至克隆, 本研究
组对 2个目标基因的相关研究正在进行中。
3.3 回交育种遗传背景的回复速率
本研究选用综合性状优良的大面积推广品种作
为抗性基因受体亲本, 先分别单向回交, 在单个基
因回交转移时, 通过分子标记对目标基因进行选择
相对简单, 在此基础上便于对回交后代的农艺性状
比较决选, 提高遗传背景向轮回亲本的回复速率。
当遗传背景得到一定程度回复后, 再将 2 个方向的
回交后代杂交, 在聚合杂交后代较易获得综合性状
近于轮回亲本的个体。
实质上, 用轮回亲本经 4 次定向回交后再聚合
杂交获得的聚合株系, 其农艺性状与轮回亲本相比
仍有一定差异, 这取决于两方面因素, 一是双亲的
遗传距离, 二是选择压力。双亲的遗传距离方面, 在
定向转移 Stv-bi 基因时, 其供体亲本和受体亲本均
为江苏省推广的粳稻品种, 双亲间的遗传距离相对
较小 , 回交后代性状向轮回亲本回复得较快 , 至
BC4 世代田间表型已与轮回亲本基本一致。在定向
转移 qSB-9TQ 时, 供体亲本与受体亲本分属不同亚
种, 双亲间遗传距离大, 回交后代性状向轮回亲本
回复的速度要慢得多, 尽管从表型上选择获得与轮
回亲本较接近的粳型后代, 但在 BC4 世代其综合性
状与轮回亲本却不尽相同。在选择压力方面, 本研
究在向武育粳 3号定向导入 Stv-bi基因时, 为了使武
育粳 3 号尽早获得对条纹叶枯病抗性, 使其优良的
食味品质继续在生产上发挥作用, 在分子标记辅助
选择目标基因的同时, 利用 47个在双亲间有多态性
的 SSR 标记进行背景选择, 在 BC3F4世代即获得其
他性状与武育粳 3 号一致且条纹叶枯病抗性得到改
良的新品系, 并通过江苏省农作物新品种审定[35]。
其他回交组合主要通过表型观察选择单株, 选择压
第 7期 陈宗祥等: 水稻抗纹枯病 QTL qSB-9TQ和抗条纹叶枯病基因 Stv-bi的聚合育种 1185
力小, 回交后代性状回复得慢。本研究对 qSB-9TQ进
行标记辅助选择 , 是在初步定位的基础上进行的 ,
所选的 3 个标记覆盖较大的区间, 在选择目标基因
的同时, 连锁累赘不可避免, 这也是其回交后代性
状回复较慢的原因之一, 随着 qSB-9TQ 进一步精细
定位, 选用与 qSB-9TQ更紧密的分子标记, 可以去除
连锁累赘, 加速性状回复。
4 结论
将抗纹枯病 QTL qSB-9TQ和抗条纹叶枯病基因
Stv-bi聚合于同一背景, 获得了纹枯病抗性得到改良
且抗水稻条纹叶枯病的粳稻株系, 说明本研究开发
的分子标记对目标基因的标记辅助选择是有效的 ,
可用于抗病育种。
References
[1] Wang Y-Q(王艳青). Analysis on the dccurrence and development
of rice diseases and insects in China. Chin Agric Sci Bull (中国农
学通报), 2006, 22(2): 343–347 (in Chinese with English ab-
stract)
[2] Lee F N, Rush M C. Rice sheath blight: a major rice disease.
Plant Dis, 1983, 67: 829–832
[3] Liao H-N(廖皓年), Xiao L-S(肖陵生), Wang H-S(王华生). The
occurring and developing history of sheath blight in rice.
Guangxi Plant Prot (广西植保), 1997, (3): 35–38 (in Chinese)
[4] Lin Q-Y(林奇英), Xie L-H(谢联辉), Zhou Z-J(周仲驹), Xie
L-Y(谢莉妍), Wu Z-J(吴祖建). Studies on rice stripe: I. Distri-
bution of and losses caused by the disease. J Fujian Agric Coll
(福建农学院学报), 1990, 19(4): 421–425 (in Chinese)
[5] Cheng Z-B(程兆榜), Yang R-M(杨荣明), Zhou Y-J(周益军),
Diao C-Y(刁春友), Xiong R-Y(熊如意). New pattern of rice
stripe disease occurred in Jiangsu rice planting region. Jiangsu
Agric Sci (江苏农业科学), 2001, (1): 39–41 (in Chinese)
[6] Zuo S-M(左示敏), Zhang L(张丽), Wang H(王辉), Yin Y-J(殷跃
军), Zhang Y-F(张亚芳), Chen Z-X(陈宗祥), Ma Y-Y(马玉银),
Pan X-B(潘学彪). Prospect of the QTL-qSB-9Tq utilized in mo-
lecular breeding program of japonica rice against sheath blight.
Acta Genet Sin (遗传学报), 2008, 35(8): 499–505
[7] Jia Y L, Liu G J, Costanzo S, Lee S, Dai Y T. Current progress on
genetic interactions of rice with rice blast and sheath blight fungi.
Front Agric China, 2009, 3: 231–239
[8] Zuo S-M(左示敏), Zhang Y-F(张亚芳), Chen Z-X(陈宗祥),
Chen X-J(陈夕军), Pan X-B(潘学彪). Current progress on ge-
netics and breeding in resistance to rice sheath blight. Sci China
(Life Sci) (中国科学·生命科学), 2010, 40(11): 1014–1023 (in
Chinese with English abstract)
[9] Zuo S-M(左示敏), Yin Y-J(殷跃军), Zhang L(张丽), Zhang
Y-F(张亚芳), Chen Z-X(陈宗祥), Pan X-B(潘学彪). Breeding
value and further mapping of a QTL qSB-11 conferring the rice
sheath blight resistance. Chin J Rice Sci (中国水稻科学), 2007,
21(2): 136–142 (in Chinese with English abstract)
[10] Tan C-X(谭彩霞), Ji X-M(纪雪梅), Yang Y(杨勇), Pan X-Y(潘
兴元), Zuo S-M(左示敏), Zhang Y-F(张亚芳), Zou J-H(邹军煌),
Chen Z-X(陈宗祥), Zhu L-H(朱立煌), Pan X-B(潘学彪). Identi-
fication and marker-assisted selection of two major quantitative
genes controlling rice sheath blight resistance in backcross gen-
erations. Acta Genet Sin (遗传学报), 2005, 32(4): 399–405 (in
Chinese with English abstract)
[11] Yin Y J, Zuo S M, Wang H, Chen Z X, Gu S L, Zhang Y F, Pan X
B. Evaluation of the effect of qSB-9Tq involved in quantitative re-
sistance to rice sheath blight using near-isogenic lines. Can J
Plant Sci, 2009, 89: 731–737
[12] Hayano-Saito Y, Tsuji T, Fuji K, Saito K, Iwasaki M, Saito A.
Localization of the rice stripe disease resistance gene, Stv- bi, by
graphical genotyping and linkage analysis with molecular mark-
ers. Theor Appl Genet, 1998, 96: 1044–1049
[13] Maeda H, Sugisawa T, Nemoto H, Sunohara Y. QTL analysis for
rice stripe resistance in the japanese upland rice kanto72. Breed
Sci, 2004, 54: 19–26
[14] Ding X-L(丁秀兰), Jiang L(江玲), Liu S-J(刘世家), Wang
C-M(王春明), Chen L-M(陈亮明), Cheng Z-B(程兆榜), Fan
Y-J(范永坚), Zhou Y-J(周益军), Wan J-M(万建民). QTL analy-
sis for rice stripe disease resistance gene using recombinant in-
bred lines (RILs) derived from crossing of kinmaze and DV85.
Acta Genet Sin (遗传学报), 2004, 31(3): 287–292 (in Chinese
with English abstract)
[15] Ding X-L(丁秀兰), Jiang L(江玲), Zhang Y-X(张迎信), Sun
D-Z(孙黛珍), Zhai H-Q(翟虎渠), Wan J-M(万建民). Detection
and analysis of QTL for resistance to stripe disease in rice, using
backcross inbred lines. Acta Agron Sin (作物学报), 2005, 31(8):
1041–1046 (in Chinese with English abstract)
[16] Sun D-Z(孙黛珍), Jiang L(江玲), Zhang Y-X(张迎信), Cheng
X-N(程遐年), Zhai H-Q(翟虎渠), Wan J-M(万建民). Analysis of
quantitative trait loci for resistance to stripe disease in rice. Chin
J Rice Sci (中国水稻科学), 2007, 21(1): 95–98 (in Chinese with
English abstract)
[17] Pan X-B(潘学彪), Liang G-H(梁国华), Chen Z-X(陈宗祥),
Zhang Y-F(张亚芳). Strategy on rice breeding against stripe
disease in Jiangsu province. Jiangsu Agric Sci (江苏农业科学),
2005, (5): 22–23 (in Chinese)
[18] Hayano-Saito Y, Saito K, Nakamura S, Kawasaki S, Iwasaki M.
1186 作 物 学 报 第 38卷
Fine physical mapping of the rice stripe resistance gene locus,
Stv-bi. Theor Appl Genet, 2000, 101: 59–63
[19] Ji Q, Lu J F, Chao Q, Gu M H, Xu M L. Delimiting a rice
wide-compatibility gene S5n to a 50 kb region. Theor Appl Genet,
2005, 111: 1495–1503
[20] Murray M G, Thompson W F. Rapid isolation of high molecular
weight plant DNA. Nucl Acids Res, 1980, 8: 4321–4326
[21] Pan X-B(潘学彪), Chen Z-X(陈宗祥), Xu J-Y(徐敬友), Tong
Y-H(童蕴慧), Wang Z-B(王子斌), Pan X-Y(潘兴元). The effects
of different methods of inoculation and investigation on genetic
research of resistance to rice sheath blight. J Jiangsu Agric Coll
(江苏农学院学报), 1997, 18(3): 27–32 (in Chinese with English
abstract)
[22] Chen Z-X(陈宗祥), Zuo S-M(左示敏), Wang L-P(王龙平), Zhu
J-K(朱俊凯), Zhang Y-F(张亚芳), Wang H(王辉), Ma Y-Y(马玉
银), Pan X-B(潘学彪). Disease resistance evaluation to sheath
blight of commercialized japonica rice cultivars around tenth
five-year plan in Jiangsu province. J Yangzhou Univ (Agric Life
Sci Edn)(扬州大学学报 ·农业与生命科学版), 2010, 31(2):
31–35 (in Chinese with English abstract)
[23] Zuo S-M(左示敏), Zhang Y-F(张亚芳), Yin Y-J(殷跃军),Chen
Z-X(陈宗祥), Pan X-B(潘学彪). Establishment and improve-
ment of inoculation technique and rating system in researching
rice sheath blight resistance in field. J Yangzhou Univ (Agric Life
Sci Edn)(扬州大学学报 ·农业与生命科学版), 2006, 27(4):
57–61 (in Chinese with English abstract)
[24] Chen X-W(陈学伟), Li S-G(李仕贵), MaY-Q(马玉清), Li
H-Y(黎汉云 ), Zhou K-D(周开达 ), Zhu L-H(朱立煌 ).
Marker-assisted selection and pyramiding for three blast resis-
tance genes Pi-d(t)1, Pi-b, Pi-ta2 in rice. Chin J Biotechnol (生物
工程学报), 2004, 20(5): 708–714 (in Chinese with English ab-
stract)
[25] Liu W-G(柳武革), Wang F(王丰), Jin S-J(金素娟), Zhu X-Y(朱
小源), Li J-H(李金华), Liu Z-R(刘振荣), Liao Y-L(廖亦龙),
Zhu M-S(朱满山), Huang H-J(黄慧君), Fu F-H(符福鸿), Liu
Y-B(刘宜柏). Improvement of rice blast resistance in TGMS
Line by pyramiding of Pi-1 and Pi-2 through molecular
marker-assisted selection. Acta Agron Sin (作物学报), 2008,
34(7): 1128–1136 (in Chinese with English abstract)
[26] Chen H-Q(陈红旗 ), Chen Z-X(陈宗祥 ), Ni S(倪深 ), Zuo
S-M(左示敏), Pan X-B(潘学彪), Zhu X-D(朱旭东). Pyramiding
three genes with resistance to blast by marker-assisted selection
to improve rice blast resistance of Jin 23B. Chin J Rice Sci (中国
水稻科学), 2008, 22(1): 23–27 (in Chinese with English ab-
stract)
[27] Cao L-Y(曹立勇), Zhuang J-Y(庄杰云), Zhan X-D(占小登),
Zheng K-L(郑康乐), Cheng S-H(程式华). Hybrid rice resistant
to bacterial blight developed by marker assisted selection. Chin J
Rice Sci (中国水稻科学), 2003, 17(2): 184–186 (in Chinese with
English abstract)
[28] Sun R-K(孙荣科), Chen Q(陈乔), Li X-Q(李孝琼), Chen
Y-Z(陈英之), Wei S-L(韦绍丽), Yang H-N(阳海宁), Zhang
Y-X(张月雄), Li R-B(李容柏). Preliminary study on breeding
hybrid rice by pyramiding brown planthopper resistance
genes through molecular marker-assisted selection. Guangxi
Agric Sci (广西农业科学), 2009, 40(6): 654–657 (in Chinese
with English abstract)
[29] Ni D-H(倪大虎), Yi C-X(易成新), Yang J-B(杨剑波), Wang
X-F(汪秀峰), Zhang Y(张毅), Zhang Q(章琦), Wang C-L(王春
连), Zhao K-J(赵开军), Wang W-X(王文相), Li L(李莉). Pyra-
miding Pi9(t) and Xa23 genes by molecular marker-assisted se-
lection. Mol Plant Breed (分子植物育种), 2007, 5(4): 491–496
(in Chinese with English abstract)
[30] Ni D-H(倪大虎), Yi C-X(易成新), Li L(李莉), Wang X-F(汪秀
峰), Zhang Y(张毅), Zhao K-J(赵开军), Wang C-L(王春连),
Zhang Q(章琦), Wang W-X(王文相), Yang J-B(杨剑波). Devel-
oping rice lines resistant to bacterial blight and blast with mo-
lecular marker-assisted selection. Acta Agron Sin (作物学报),
2008, 34(1): 100–105 (in Chinese with English abstract)
[31] Sang M-P(桑茂鹏), Jiang M-S(姜明松), Li G-X(李广贤), Yao
F-Y(姚方印). Pyramiding Xa21 and fgr in rice by marker-
assisted selection. Shandong Agric Sci (山东农业科学), 2009,
(1): 4–7 (in Chinese with English abstract)
[32] Fu D, Chen L, Yu G H, Liu Y, Lou Q J, Mei H W, Xiong L, Li
M-S, Xu X Y, Luo L J. QTL mapping of sheath blight resistance
in a deep-water rice cultivar. Euphytica, 2011, 180: 209–218
[33] Wang Y, Pinson S R M, Fjellstrom R G, Tabien R E. Phenotypic
gain from introgression of two QTL, qSB9-2 and qSB12-1, for
rice sheath blight resistance. Mol Breed, 2011, DOI:
10.1007/s11032-011-9619-1 (Online first)
[34] Yin Y-J(殷跃军), Zuo S-M(左示敏), Wang H(王辉), Chen
Z-X(陈宗祥), Ma Y-Y(马玉银), Zhang Y-F(张亚芳), Gu S-L(顾
世梁), Pan X-B(潘学彪). Pyramiding effects of three quantitative
trait loci for resistance to sheath blight using. Chin J Rice Sci (中
国水稻科学), 2008, 22(4): 340–346 (in Chinese with English
abstract)
[35] Pan X-B(潘学彪), Chen Z-X(陈宗祥), Zuo S-M(左示敏), Zhang
Y-F(张亚芳), Wu X-J(吴旭江), Ma N(马宁), Jiang Q-X(江祺祥),
Que J-H(阙金华), Zhou C-H(周春和). A new rice cultivar
“Wulingjing 1” with resistance to rice stripe virus bred by marker
assisted selection. Acta Agron Sin (作物学报), 2009, 35(10):
1851–1857(in Chinese with English abstract)