水稻白叶枯病抗性基因功能标记的发展和运用

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由革兰氏阴性菌黄单胞杆菌水稻变种引起的水稻白叶枯病是水稻生产上危害最大的细菌性病害之一。白叶枯病最有效的防治方法是利用抗性基因选育白叶枯病抗性品种。本研究对已克隆的3个水稻白叶枯病抗性基因xa5、xa13和Xa21分别设计了功能标记XA5、XA13以及基因标签XA21,利用这3个功能标记或基因标签以及筛选到的供体亲本IRBB60和受体亲本HJX74之间的127个多态微卫星标记,对7个HJX74与IRBB60的BCIF5株系(4RB材料)和21个BC2F2材料进行了代换片段检测,并对BC2F2中携带纯合抗性基因的植株进行接种鉴定,主要得到了如下结果。   1.以xa5的第一外显子上2个碱基的突变为依据,设计了功能标记XA5;在对本实验室材料HJX74的Xal3基因启动子测序的基础上,以转录起始位点上游关键区域发生的253bp缺失和38bp的插入为依据,设计了功能标记XA13;以Xa21内含子上一个25bp的插入缺失为依据,设计了基因标签XA21。经过验证功能标记XA5、XA13和基因标签XA21都能有效地区分携带相应基因的抗感材料。   2.利用新设计的功能标记和基因标签对7个HJX74与IRBB60的BCIF5株系4RB-6-14-1,4RB-6-98-1、4RB-6-113-5-1,4RB-22-116-1,4RB-27-47-1,4RB-27-80-1-1和4RB-72-1-3-1进行了xa5、xa13和Xa21基因型的鉴定,并选用两亲本间有多态的127个微卫星标记对它们进行了遗传背景分析,供体背景片段数最少的有9个,最多20个,平均12个,片段平均长度最短为25.56 cM,最长为36.18cM,7个株系总的平均长度为32.14 cM。   3.将经功能标记XA5、XA13以及基因标签XA21鉴定后含有白叶枯病抗性基因的4个株系4RB-6-14-1、4RB-6-98-1、4RB-6-113-5-1和4RB-22-116-1与HJX74回交,再利用功能标记或基因标签对BC2F2群体进行筛选,获得了21个携带有xa5、xal3和Xa21单个或两个抗性基因的染色体代换系材料,代换片段最多有12个,最少只有4个,平均代换片段数为7个,背景片段对水稻基因组的覆盖率最大为16.72%,最小为4.95%,平均为10.16%。   4.对BC2F2群体中的携带有单个或两个纯合抗性基因的植株,接种5个白叶枯病致病型小种I、II、III、Ⅳ和V。结果表明,通过功能标记XA5、XA13以及基因标签XA21鉴定出的携带有不同纯合抗性基因的植株,其基因型与表型基本相符,这3个标记可以有效地运用到白叶枯病抗性基因的分子设计育种研究中。   本研究中新设计的功能标记XA5、XA13和基因标签XA21可有效鉴别水稻材料是否携带xa5、xal3和Xa21抗性基因,可运用到抗白叶枯病的分子育种中。选出的21个携带有不同抗性基因的染色体代换系为建立以优良材料HJX74为受体背景的分别携带有xa5、xal3和Xa21单个抗性基因的单片段代换系或聚合系提供了良好的基础。
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