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南农水稻抗褐飞虱研究取得重要进展

信息来源: 本站原创 发布日期: 2015-02-12 浏览次数:

   

    南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室和中国农业科学院作物科学研究所水稻分子育种创新团队在水稻抗褐飞虱研究方面取得重要进展。12月8日,国际权威刊物《Nature Biotechnology》(IF=39.01)在线出版了题为 “A gene cluster encoding lectin receptor kinases confers broad- spectrum and durable insect resistance in rice”的相关研究成果。该论文以刘裕强副教授和吴寒博士研究生为论文第一作者,万建民教授为通讯作者。

 

 

褐飞虱是一种暴发性和致害性极强的远距离迁飞性害虫,常群居稻株基部,吸食汁液,引起植株萎焉枯死,导致减产甚至绝收,严重影响水稻的产量及品质,是当前水稻生产上的首要害虫,仅在中国褐飞虱每年的危害面积就在3亿亩次以上。除此以外,褐飞虱还是水稻病毒病草状丛矮病(rice grassy stunt virus,RGSV)和齿叶矮缩病 (rice ragged stunt virus,RRSV)的传播媒介。目前针对褐飞虱及其传播病毒病的主要防治措施是使用化学杀虫剂,而长期过量使用化学杀虫剂,不但使环境日趋恶化,产生农药残留,严重危害人类健康;而且杀死天敌,破坏生态平衡,并促使害虫产生抗药性。抗虫品种的应用被认为是最为经济有效的防治措施。但由于褐飞虱能不断演化新的致害型,以适应品种抗性,导致之前推出的一些含Bph1和Bph2等抗性基因的品种仅推出几年后其抗性便被褐飞虱新种群克服,给抗褐飞虱育种带来新的挑战。来源于斯里兰卡水稻品种Rathu Heenati的抗褐飞虱主基因Bph3几乎对目前已发现的褐飞虱致害型均表现高抗;此外,含Bph3的水稻品种在东南亚部分地区种植了30多年,仍然保持较高的褐飞虱抗性。表明该基因不仅广谱,而且持久高抗褐飞虱,具有较大的应用前景。但由于该基因一直未被克隆,Bph3广谱、持久抗褐飞虱的分子机制尚还知之甚少。 
   
    本研究成功完成了Bph3的图位克隆,表明该位点为一个包含编码四个植物凝集素类受体激酶(OsLecRK)的基因簇。序列分析发现,7个含Bph3位点水稻品种中的前3个OsLecRKs的氨基酸序列完全一致,而与其他感虫品种存在较大差异。分别将单个或两个基因转入感虫品种,能部分提高对褐飞虱的抗性,而同时转入三个基因能进一步增强该抗性。利用RNAi技术下调抗虫亲本中OsLecRKs的表达,显著降低了其褐飞虱抗性。进一步,通过对遗传群体中筛选到的基因间重组个体进行褐飞虱抗性鉴定,发现基因簇中单个基因的缺失,会显著降低褐飞虱抗性。上述结果表明,Bph3的广谱、持久褐飞虱抗性是由 OsLecRKs基因簇共同控制的,基因簇中各成员对褐飞虱的抗性具有累加作用。进一步通过杂交、回交,结合分子标记辅助选择,将该抗性基因簇导入感虫品种宁粳3号,获得的新品系无论苗期还是成株期均高抗褐飞虱。此外,还发现抗褐飞虱新品系对水稻的另一类重要害虫白背飞虱也具有较高的抗性。该研究为通过分子手段培育广谱、持久抗虫水稻新品种及水稻抗褐飞虱机制的阐明奠定了基础。