水稻稻瘟病及其抗病基因的鉴定、分子标记的研究进展

水稻稻瘟病及其抗病基因的鉴定、分子标记的研究进展

水稻稻瘟病及其抗病基因的鉴定、分子标记的研究进展

水稻稻瘟病(Magnuprothe grisea.无性态：Pyriculariagrisea)是水稻最主要的病害之一。水稻为世界上最重要的粮食作物之一，世界约有1/2人口以稻米为主食。但是由于水稻病虫的危害，平均每年有近10%产量遭受损失。

稻瘟病又称稻热病，因为害期、部位不同分为苗瘟、叶瘟、穗瘟、节瘟、谷粒瘟等类型，其中以叶瘟危害最大。稻瘟病广泛分布于水稻栽培的国家和地区，每年都造成严重损失。据统计，1975～1990年间全世界11%～30%的水稻因稻瘟病而颗粒无收，全球粮食损失达1.57亿吨，年增长超过1千万吨(Baker等，1997)。我国的稻瘟病危害也相当严重，自上世纪90年代以来，我国稻瘟病的年发生面积均在380万hm2以上，年损失稻谷达数亿公斤(董继新等，2000)。目前，我国北方粳稻面积有7000万亩，约占全国水稻播种面积的17％，其中东北地区粳稻面积4700万亩左右。与南方籼稻相比，北方粳稻在品质和商品量上占有独特优势，其发展潜力巨大。因此有效控制和防治稻瘟病害具有十分重要的意义。

为了减少病虫害造成的水稻产量损失，人们多采用综合防止的措施，最主要的技术有两种：一是利用不断更新换代的化学农药；二是选择对主要病虫有抗性的良种。前者不仅成本较高而且污染环境，毒害人体，不利于现代农业的持续发展。因此改良水稻品种的抗性成为水稻育种工作者的重要目标之一。

长期的生产实践证明，水稻抗稻瘟病品种的选育和利用是防治稻瘟病行之有效的措施。但由于引进和新育成的抗稻瘟病品种的单一化和稻瘟病生理小种遗传的复杂性和致病力的多样性，往往造成抗病品种在推广种植3～5年后即因产生能侵染该品种的优势小种，最终导致新品种抗性丧失（Ahn等，1996）。因此加快抗病育种的进程，加强对稻瘟病的防治研究是一项十分迫切而重要的任务。

1.1 水稻稻瘟病的研究进展

1.1.1 水稻稻瘟病病原菌研究进展

1.1.1.1 水稻稻瘟病菌致病型(生理小种)的研究

早在1922年，日本Sasaki(Yamada，1985)在选育抗病品种中就已发现了稻瘟病病菌(Pyricularia garise)的生理分化现象。此后，各国先后开始了对水稻稻

瘟病菌的研究，大致经历了以下几个阶段：第一阶段是各国用传统方法进行的本国稻瘟病菌鉴别品种的筛

选及病原菌致病型(生理小种)的鉴定阶段。日本、美国、印度、菲律宾、朝鲜等国先后于上世纪50～60年代就各自确定了一套鉴别品种(Atkins等，1967)，并进行了稻瘟病菌小种的研究。如日本于1961年制定了12个品种为一套的鉴别品种，共鉴定出了18个小种。1963～1965年，美国和日本又进一步协作研究确定了一套国际鉴别品种(Atkins等，1967)。我国稍晚一些，在70年代末才开始了全国范围内的鉴定品种的筛选和稻瘟病菌生理小种的鉴定工作(全国稻瘟病菌生理小种联合实验组，1980)，从中选出特勃、珍龙13、四丰43、东农363、关东51号、合江18号和丽江新团黑谷7个品种为中国稻瘟病菌生理小种的鉴别品种，同时鉴定出7群43个生理小种。但由于使用的鉴别品种不同，各国的小种名也各不相同。我国小种的分类和命名法与国际小种的体系大致相同，是以鉴别品种的抗性群而先分群，再编号。第二个阶段是单基因鉴别品种产生及应用阶段。单基因鉴别品种和鉴别菌系都是根据基因对基因学说而鉴别的，它不仅鉴别能力强，而且鉴别品种可以鉴别菌系，反过来鉴别菌系也可以区分品种。目前，各水稻生产国和地区都有自己的一套鉴别品种，在这方面的研究，日本己居于世界前列。1976年，日本的山田昌雄率先提出了9个为一套的单基因鉴别品种，并从2245个菌株中鉴定出23个小种。我国于1992年由段永嘉筛选出了云玉一号(Pi-a)、高梁稻(Pi-i)、关东51(Pi-k)、楚粳1号(Pi-km)、滇榆1号X福锦(Pi-z)、大理782(Pi-ta)、单83-3(Pi-ta2)、城堡1号(Pi-zt)等9个为一套的单基因鉴别品种，在鉴别能力上与日本9个单基因鉴别品种等同而优于我国原有的7个鉴别品种。小种的命名法则采用Gilmour氏的8进位标记法(Gilmour，1973)。第三个阶段是抗稻瘟近等基因系鉴别品种的选育和应用阶段。由于近等基因系清除了遗传背景对鉴定结果的影响，从而使得鉴定结果更具有说服力。国际水稻所(IRRI)于1992年选育了一套以籼型高感品种C039为背景的近等基因系

(Near-isogenic lines，NILs)

(Mackill&Bonman，1992)。而我国于1995年由凌忠专等选育了一套以粳型高感品种丽江新团黑谷为背景的近等基因系。籼粳两套鉴别品系的选育成功为稻瘟病菌的准确鉴定及水稻抗稻瘟病育种提供了良好的基础。陈惠兰(2000)利用两套

鉴别品系对我国中部和南部12个省份的稻瘟病菌群体的致病型组成进行了鉴定，从而为在不同稻区有针对性地利用不同的抗性基因进行水稻抗病育种提供了实验依据。

1.1.1.2 稻瘟病菌遗传多样性的研究

实践己证明，利用抗病品种是经济有效的防治措施，然而新推广的抗病品种通常在三、五年内就成为感病品种。正因为如此，有必要深入开展对稻瘟病菌的鉴别、分类以及变异性和稳定性的研究。根据菌株在鉴别品种上的反应来划分小种，所划分的小种往往因鉴别品种的不同而异。另外，在接种过程中环境及外界条件的干扰也会影响研究结果，使之相互矛盾。因此，只有建立一个统一的生物学测定分析标准，并从稻瘟病菌本身的遗传学进行研究，才能避免在对稻瘟病菌的遗传多样性和变异性研究中出现相互矛盾的结果。Hamer等(1989)首先报道了从稻瘟病菌基因组中克隆到了一组散布的中等重复序列的DNA片段(即Magnaporthe Grisea Repeat，MGR)，在稻瘟病菌株间具有丰富的多态性，可以鉴别出不同来源的稻瘟病菌。此后，Hamer和Levy研究组与世界多国科学家广泛合作，开展了稻瘟病菌的指纹分析，包括哥伦比亚、菲律宾、中国等多个国家(沈瑛等，1996；Levy等，1991；Levy等，1993)。我国利用稳定的日本菌株北1发展了一套自己的具有高度多态性且散布的重复顺序克隆，命名为POR(源于Pyricylaria oryzae repeat)(朱衡等，1994)。这为我们进一步从分子水平认识稻瘟菌群体遗传结构，开展抗瘟持久化研究与利用奠定了良好的基础。 1.1.2 水稻稻瘟病抗性遗传研究

水稻稻瘟病抗性遗传是很复杂的：从寄主与病原菌生理小种的关系上，可分为垂直抗病性和水平抗病性；从抗病性遗传的方式，可分为质量遗传的抗病性(单基因抗病性)和数量遗传的抗病性(多基因抗病性)。垂直抗病性又叫“小种特异性抗病性”或“专化性抗病性”，其特点是寄主对于某些生理小种能够高度抵抗，但对于另一些生理小种则高度感染，即对于病原菌不同生理小种具有“特异”反应或“专化”反应。垂直抗病性的遗传往往是单基因或少数主基因决定的简单遗传，杂种后代分离比较简单。而水平抗病性则对不同生理小种没有什么“专化”和“特异”反应，所以又叫“非特异性抗病性”或“非专化性抗病性”。在遗传上，水平抗病性大多是微效多基因所决定的数量遗传，其杂种后代分离比较复杂。