CN112375840B - 调控水稻白背飞虱抗性的主效qtl及分子标记与应用 - Google Patents

调控水稻白背飞虱抗性的主效qtl及分子标记与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了调控水稻白背飞虱抗性的主效QTL，属于水稻育种及分子生物学技术领域，该QTL位于水稻3号染色体上，遗传距离为55.98‑62.91cM，物理距离为13058915‑14674834bp；并且公开了与该QTL紧密连锁的分子标记。利用该QTL及其分子标记选育具有白背飞虱抗性的水稻，可提高筛选效率。

Description

调控水稻白背飞虱抗性的主效QTL及分子标记与应用
技术领域
本发明涉及水稻育种及分子生物学技术领域，更具体的说是涉及调控水稻白背飞虱抗性的主效QTL及分子标记与应用。
背景技术
水稻是世界上最重要的粮食作物之一，持续稳定地增加水稻产量是世界粮食安全的重要保障。然而，水稻生产常年遭受各类病虫的危害，其中，白背飞虱(Sogatellafurcifera Horváth)是危害水稻生产的主要害虫之一。
白背飞虱一种是季节性迁飞的同翅目飞虱科害虫，通过刺吸韧皮部汁液为害水稻，影响水稻产量和品质，严重时导致组织坏死，植株倒伏、枯死，俗称“虱烧”。此外，白背飞虱还是水稻南方黑条矮缩病(southern rice black-streaked dwarf virus disease，SRBSDVD)的主要传播介体，自2000年发现以来，危害面积逐年扩大。长期以来，人们依靠喷施化学农药对白背飞虱进行防治；但是，农药的过度使用不仅增加成本、污染环境、杀伤天敌，而且会促使害虫抗药性的产生，使农药的效率降低、用量增加，形成恶性循环。
推广应用白背飞虱抗性品种是治理该虫的最有效措施之一，能够抑制害虫的生长、发育和繁殖，兼顾经济效益与生态效益。国内外研究人员从20世纪70年代开始就进行了白背飞虱抗源的筛选；基于白背飞虱的抗源筛选，开展抗性育种研究，通过遗传改良手段可培育出一批抗白背飞虱兼抗多种病虫害的水稻新品种，为水稻生产的可持续发展发挥重要促进作用。但由于白背飞虱的繁殖率很高，环境的选择压力会加快群体的进化，所以育种实践需要不断发掘抗白背飞虱新抗源，并选育更新换代的抗性品种。
分子标记辅助育种技术可以有效解决相关抗性基因认识不全面的问题，通过构建遗传连锁图谱和数量性状位点(Quantitative Trait Locus，QTL)分析，找到与白背飞虱抗性相关的主效QTL紧密连锁的分子标记，使用这些标记可以对水稻后代进行筛选，进而节约成本，提高育种效率。目前，研究人员对于水稻抗白背飞虱QTL位点的精细定位及相关分子标记的研究较为有限；因此，需要进一步地深入挖掘与分析水稻抗白背飞虱QTL位点及相关分子标记，为水稻抗性品种的筛选与鉴定提供新的选择。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了调控水稻白背飞虱抗性的主效QTL及与其紧密连锁的分子标记，用于选育具有白背飞虱抗性的水稻，可提高筛选效率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明以粳稻品种热研2号为父本、籼稻品种华占为母本进行杂交，以杂交F1代连续自交后得到的重组自交系群体为材料，采用苗期集团鉴定法进行抗白背飞虱鉴定，同时利用该群体构建的加密遗传图谱对数据进行QTL作图分析，检测到一个LOD值高达5.95的QTL，命名为qWBPH-3，该位点位于水稻3号染色体上，遗传距离为55.98-62.91cM，物理距离为13058915-14674834bp。
上述调控水稻白背飞虱抗性的主效QTL可应用于水稻品种选育，通过开发与主效QTL紧密连锁的分子标记，检测水稻品种或品系中检测水稻品种或品系中白背飞虱抗性相关QTL，可加快水稻抗白背飞虱品种的选育进程。
进一步地，主效QTL位于分子标记Indel Wbph-1和分子标记Indel Wbph-2之间；
分子标记Indel Wbph-1的引物对为：
上游引物：5’-GGCTATTATGTACACTGCAGCA-3’，SEQ ID NO.1；
下游引物：5’-CTGGATCGGCAGGCGTAG-3’，SEQ ID NO.2；
分子标记Indel Wbph-2的引物对为：
上游引物：5’-TCGAACCGCTCCATCCATTT-3’，SEQ ID NO.3；
下游引物：5’-TTGGCCATGGAAGGAGGG-3’，SEQ ID NO.4。
上述分子标记Indel Wbph-1和分子标记Indel Wbph-2为与水稻白背飞虱抗性的主效QTL紧密连锁的分子标记，通过分子标记的检测，可以预测水稻植株的白背飞虱抗性，加快抗白背飞虱水稻品种的选育进度。
进一步地，本发明提供一种白背飞虱抗性水稻的选育方法：提取水稻DNA，使用上述分子标记的引物对对DNA进行PCR扩增，扩增产物进行电泳检测，通过带型分析水稻的白背飞虱抗性。
上述方法可用于水稻抗性品种筛选以及水稻种质资源分子鉴定。
优选地，PCR扩增的反应体系为：上游引物1μL，下游引物1μL，DNA模板2μL，mix酶6μL，ddH2O 1μL；
PCR扩增的反应程序为：94℃预变性3min；94℃变性30s，57℃退火30s，72℃延伸30s，扩增38个循环；最后72℃终延伸10min。
进一步地，上述分子标记的引物对可用于制备白背飞虱抗性水稻选育试剂盒。
综上所述，本发明定位到调控水稻白背飞虱抗性的主效QTL qWBPH-3，应用该QTL位点获得与其紧密连锁的2对分子标记，利用该分子标记可预测水稻材料的白背飞虱抗性，加快水稻理想株型的选育。
附图说明
图1所示为调控水稻白背飞虱抗性的主效QTL定位过程中所使用的遗传材料构建流程图；
图2所示为RIL群体白背飞虱抗性的频率分布图；
其中，Nekken代表水稻品种热研2号，HZ代表水稻品种华占；
图3所示为调控水稻白背飞虱抗性的主效QTL qWBPH-3在第3号染色体上的位置；
图4所示为分子标记Indel Wbph-1的引物对在亲本及其F1代和RIL群体中扩增产生的电泳图；
其中，1为华占、2为热研2号、3为热研2号/华占杂交后代F1(抗性偏母本华占)、4-12为热研2号/华占杂交组合的RIL群体中抗性较高的水稻株系材料。
图5所示为分子标记Indel Wbph-2的引物对在亲本及其F1代和RIL群体中扩增产生的电泳图；
其中，1为华占、2为热研2号、3为热研2号/华占杂交后代F1、4-12为热研2号/华占杂交组合的RIL群体中抗性较高的水稻株系材料。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1调控水稻白背飞虱抗性的主效QTL定位
1.实验材料的获取
以热研2号为供体亲本，水稻品种华占为受体亲本进行杂交，利用单粒传法(即，对F1进行套袋单株受种处理，直至后代株系表型不发生分离)，最终得了120个稳定遗传的株系(F13，所有株系表型稳定)，组成重组自交系RIL群体，如图1。
选取亲本与各株系种子(F13)各60粒，表面消毒后浸种2天，再用湿润的毛巾包裹，置于37℃恒温箱中催芽48h后，挑选露白一致的种子播种。30天后，选择生长状况相似的亲本及各株系秧苗各24株移栽，所有水稻材料种植于浙江省金华市浙江师范大学生化学院试验田，常规管理。
2.白背飞虱抗性数据测定
利用国际标准苗期筛选法(Standard Seed-box Screening Test,SSST法)对水稻进行白背飞虱抗性鉴定。
结果如图2所示，白背飞虱抗性数据表现为连续正态分布且范围广泛，有较多超亲个体存在(1级，高抗)，表现出数量性状的遗传特点。
3.QTL定位分析
利用实验室前期开发的大量的SNP和Indel标记构建的遗传图谱，对水稻白背飞虱抗性进行数量性状座位(QTL)区间作图，通过R-QTL专业软件分析整个染色体组的标记和数量性状表型值的关系，将QTL逐一定位到连锁群的相应位置，并估计其遗传效应。若检测到LOD>2.5的分子标记，则认为LOD值最高处对应的2个标记间存在1个QTL。
最终，在水稻华占整个染色体组中找到位于第3染色体上的Indel Wbph-1标记和Indel Wbph-2标记之间的一个主效QTL，白背飞虱抗性LOD值高达5.95，其遗传距离为55.98-62.91cM，物理距离为13058915-14674834bp，并命名为qWBPH-3(图3)。
实施例2分子标记辅助选择
在QTL位点qWBPH-3上下游分别设定分子标记Indel Wbph-1和分子标记IndelWbph-2，并设计引物；
分子标记Indel Wbph-1的引物对为：
上游引物：5’-GGCTATTATGTACACTGCAGCA-3’，SEQ ID NO.1；
下游引物：5’-CTGGATCGGCAGGCGTAG-3’，SEQ ID NO.2；
分子标记Indel Wbph-2的引物对为：
上游引物：5’-TCGAACCGCTCCATCCATTT-3’，SEQ ID NO.3；
下游引物：5’-TTGGCCATGGAAGGAGGG-3’，SEQ ID NO.4。
取亲本热研2号、华占及其F1代和RIL群体的水稻叶片，提取基因组DNA，利用上述分子标记对其基因组DNA进行PCR扩增；
PCR反应体系：上游引物(10μmol)1μL，下游引物(10μmol)1μL，DNA模板(＞100ng/μL)2μL，mix酶(擎科生物公司，2×Taq Master Mix)6μL，ddH2O 1μL；
反应程序为：94℃预变性3min；94℃变性30s，57℃退火30s，72℃延伸30s，扩增38个循环；最后72℃终延伸10min。
PCR扩增产物在4％琼脂糖凝胶电泳检测，部分结果如图4-5所示。
对电泳检测条带带型进行分析，其中，条带趋向于亲本华占，则说明该株系水稻白背飞虱抗性较好，若趋向热研2号则说明抗性较差。
将受试株系水稻白背飞虱抗性与通过带型分析预测的结果进行比对，显示预测结果与实际检测结果相吻合。
实施例3水稻白背飞虱抗性相关QTL在水稻育种中的应用
将抗性较弱的水稻品种父本日本晴，与母本华占进行杂交，获得相应的F1，以日本晴为轮回亲本进行回交，至BC3F1代。提取BC3F1代部分单株DNA，然后用Indel Wbph-1和Indel Wbph-2的引物进行PCR扩增，并进行电泳检测。
对电泳检测条带带型进行分析，条带趋向于亲本华占，则说明该株系水稻白背飞虱抗性较好。利用该方法进行筛选，定向选择，可获得白背飞虱抗性较强且保留了日本晴优良性状的水稻，大大提高了育种效率。
综上所述，本发明的调控水稻白背飞虱抗性的主效QTL可以有效加快优化水稻品种的进程。在水稻分子辅助育种的过程中可以培育白背飞虱抗性较大的水稻，同时进行水稻品质和产量的优化。此种方法简便易行，安全有效，有益于提高水稻品种的经济价值，兼顾经济与生态效益，适于大规模推广应用。
本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
序列表
<110> 浙江师范大学
<120> 调控水稻白背飞虱抗性的主效QTL及分子标记与应用
<160> 4
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 22
<212> DNA
<213> Artificial
<400> 1
ggctattatg tacactgcag ca 22
<210> 2
<211> 18
<212> DNA
<213> Artificial
<400> 2
ctggatcggc aggcgtag 18
<210> 3
<211> 20
<212> DNA
<213> Artificial
<400> 3
tcgaaccgct ccatccattt 20
<210> 4
<211> 18
<212> DNA
<213> Artificial
<400> 4
ttggccatgg aaggaggg 18

Claims (4)

1.与调控水稻白背粉虱抗性主效QTL连锁的分子标记，其特征在于，所述QTL位于分子标记Indel Wbph-1和分子标记Indel Wbph-2之间；
所述分子标记Indel Wbph-1的引物对为：
上游引物：5’-GGCTATTATGTACACTGCAGCA-3’，SEQ ID NO .1；
下游引物：5’-CTGGATCGGCAGGCGTAG-3’，SEQ ID NO .2；
所述分子标记Indel Wbph-2的引物对为：
上游引物：5’-TCGAACCGCTCCATCCATTT-3’，SEQ ID NO .3；
下游引物：5’-TTGGCCATGGAAGGAGGG-3’，SEQ ID NO .4。
2.权利要求1所述的分子标记在水稻品种选育中的应用，以所述的分子标记的引物对对水稻DNA进行PCR扩增，扩增产物进行电泳检测，通过带型分析水稻的白背飞虱抗性；条带趋向于亲本华占，则说明该株系水稻白背飞虱抗性较好，若趋向热研2号则说明抗性较差。
3.一种白背飞虱抗性水稻的选育方法，其特征在于，提取水稻DNA，使用权利要求1所述的分子标记的引物对对其DNA进行PCR扩增，扩增产物进行电泳检测，通过带型分析水稻的白背飞虱抗性；条带趋向于亲本华占，则说明该株系水稻白背飞虱抗性较好，若趋向热研2号则说明抗性较差。
4.根据权利要求3所述的一种白背飞虱抗性水稻的选育方法，其特征在于，所述PCR扩增的反应体系为：上游引物1μL，下游引物1μL，DNA模板2μL，mix酶6μL，ddH2O 1μL；
PCR扩增的反应程序为：94℃预变性3min；94℃变性30s，57℃退火30s，72℃延伸30s，扩增38个循环；最后72℃终延伸10min。
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