水稻细菌性条斑病抗性基因的定位及响应病原菌侵染的生理生化特性

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水稻是重要的粮食作物,病害是导致水稻产量和品质下降的主要影响因素。细条病即水稻细菌性条斑病(bacterial leaf streak,BLS),它是由黄单胞菌的水稻变异菌种Xanthomonas oryzae pv.oryzicola(简称Xoo C)引起的,细条病菌在条件适宜时发病率比较高,水稻病害亦会加重,严重时可造成水稻40~60%的减产。培育和推广抗细条病品种是控制水稻细菌性条斑病、减少水稻产量损失最经济且科学的方法,而抗性品种的培育主要依据相关抗性基因的发掘。然而目前只有少数的细条病抗性基因被定位,能真正应用到育种实践的抗性基因非常有限。同时,人们对水稻细条病的抗性机理还缺乏认识,关于水稻受Xoo C侵染后内源激素含量和酶活性等生理生化指标的变化少见报道。因此进一步发掘水稻细条病抗性基因并分析水稻应答细条病菌侵染的生理生化特性,对于阐明细条病抗性机理和培育细条病抗性品种具有重要意义。本研究以栽培稻品系HD10为抗病亲本,它具有高抗性且抗性稳定,以籼稻测序品种9311为感病亲本,通过杂交、自交获得F2作图群体,从而初步定位其抗性基因。同时利用已构建的水稻抗、感细条病近等基因系为材料,分析它们响应细条病菌侵染的生理生化特性:处理组用针刺法接种细条病菌,对照组用无菌水模拟接菌,在接种0 h、24 h、48 h和96 h后取水稻分蘖期叶片为样品,测定水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)、乙烯(ETH)、赤霉素(GA)和玉米素(ZT)含量的变化并分析过氧化氢酶(CAT)、丙二醛(MDA)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)、超氧化物歧化酶(SOD)活性变化。试验结果如下:1.对9311/HD10的F2代群体各单株进行细条病抗性鉴定,发现HD10的抗性是由微效多基因控制的数量性状。采用BSA(Bulked Segregant Analysis)即混合分组分析法进行抗性QTL(quantitative trait locus,数量性状座位)定位。从在亲本间具有多态性的244个SSR标记中找到位于2号染色体上两个与抗性QTL存在连锁关系的标记:B03021、B03045,最终确定在该区域存在一个主效QTL,并将其定位于标记B03021和B03029之间4 c M距离内。该QTL可解释17.6%的表型变异。2.水稻抗、感细条病近等基因系的SA、ETH和ZT含量,在处理组和对照组间差异不显著,表明SA、ETH和ZT含量的变化,并不是由细条病菌侵染引起的;抗、感病近等基因系受细条病菌侵染后,JA含量均显著高于对照组;抗病近等基因系GA含量较对照组下降;而感病近等基因系GA含量较对照组上升。表明JA和GA可能与水稻细条病的抗性反应相关。3.细条病菌侵染后,抗、感病近等基因系中的CAT、PAL、POD、PPO和SOD活性都增加了,而且抗病近等基因系中这5种酶的活性都高于感病近等基因系,表明这5种酶活性的增强有助于提高细条病抗性。细条病菌侵染会导致抗、感病近等基因系中的MDA含量降低,而且抗病近等基因系的MDA含量总体上低于感病近等基因系,表明MDA含量的积累与细条病抗性呈负相关。
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