一种水稻穗瘟抗性基因的分子标记方法与流程

本发明属于农作物分子遗传育种学领域，涉及一种水稻穗瘟抗性基因的分子标记方法。

背景技术：

水稻是我国最重要的粮食作物之一，对保障我国粮食安全和国民经济增长具有重要意义。稻瘟病是我国水稻生产上最严重的病害，具有传播快、发生广、危害重等特点(凌忠专等，1989，我国北方稻区稻瘟病菌生理小种研究.中国农业科学，22(3):7-13)。进一步发掘和利用我国抗稻瘟病基因资源，培育和种植抗病品种是控制稻瘟病发生和减少水稻产量损失最经济有效的途径。

迄今，各国科学家从水稻中鉴定了100多个抗稻瘟病基因，其中有24个抗病基因被成功克隆。这些抗病基因可以引入或聚合到现代品种，选育出高抗、广谱的品种。但传统育种方法费时、费力、表型鉴定困难、育种效率低，由于抗病基因多为显性、基因间往往存在上位性互作，抗病基因聚合更为困难。通过分子标记辅助育种可以有效解决这一问题。

我国太湖流域稻作历史悠久，被认为是粳稻起源地之一，蕴藏有丰富的稻种资源，李培富等(2007，4个太湖流域粳稻地方品种抗稻瘟病性的遗传分析，遗传，2007年10期)报道我国太湖流域粳稻地方品种黑壳子粳对苗瘟的抗性表现广谱和高抗的特点。在我们的研究中，其对穗瘟也表现出极高的抗性。从我国特有的种质资源中鉴定和克隆穗瘟抗性基因，可以获得具有自主知识产权的基因，对提高我国水稻抗稻瘟病育种水平，尤其是粳稻的抗稻瘟病育种有重大意义。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供水稻品种黑壳子粳穗瘟抗性基因Pb-hk1的分子标记方法。通过检测与抗病基因Pb-hk1紧密连锁的分子标记，可以确定有无抗病基因Pb-hk1，并预测水稻植株的稻瘟病抗性，加快抗稻瘟病水稻新品种的选育进度。

本发明的目的可通过如下技术方案实现：

水稻黑壳子粳穗瘟抗性基因Pb-hk1的分子标记方法，包含如下操作步骤：

(1)取水稻样品，提取水稻样品基因组DNA；

(2)利用表1中的任意一对或两对与水稻黑壳子粳穗瘟抗性基因Pb-hk1紧密连锁的分子标记引物，对所述的水稻样品基因组DNA进行PCR扩增，PCR扩增产物在8％非变性聚丙烯酰胺凝胶上进行电泳检测，如果扩增出对应大小的分子标记DNA片段，标志着Pb-hk1基因的存在:

表1

其中，所述的PCR扩增的反应体系为：10×缓冲液(含Mg²⁺)1.0μl，4pmol/μl的表1中所述的分子标记引物对1μl，2.5mM dNTPs 0.2μl，5U/μl的Taq酶0.1μl，10ng/μl的水稻样品基因组模板DNA 1μl，加水至10μl；反应程序为：DNA 94℃预变性5分钟后；94℃变性40秒，55℃退火40秒，72℃延伸展40分钟，循环35次；最后72℃延伸10分钟。

水稻黑壳子粳穗瘟抗性基因Pb‐hk1的分子标记引物对，选自以下两种分子标记引物对中的任意一组：RM27187-F：SEQ ID NO.1/RM27187-R：SEQ ID NO.2；RM27381-F SEQ ID NO.3/RM27381-R：SEQ ID NO.4。

本发明所述的分子标记引物对在鉴别抗稻瘟病基因Pb-hk1中的应用。

本发明所述的分子标记引物对在筛选抗稻瘟病水稻中的应用。

本发明所述的分子标记引物对在抗稻瘟病水稻分子育种中的应用。

有益效果

本发明所提供的水稻黑壳子粳穗瘟抗性基因的分子标记方法，具有以下优点：

(1)黑壳子粳为太湖流域粳稻地方品种，具有高抗穗瘟的特征，其主效抗病基因Pb-hk1为一个新的穗瘟抗性基因，筛选获得与之紧密连锁的分子标记RM27187和RM27381，为分子标记辅助选择育种和克隆Pb-hk1基因奠定了基础。利用本发明任意一对与水稻黑壳子粳穗瘟抗性基因Pb-hk1紧密连锁的分子标记，进行穗瘟抗性基因Pb-hk1的鉴别，选择效率都达到93％以上，利用两对分子标记引物的选择效率达99.78％。

(2)通过本发明分子标记定位的基因位点精确，鉴定方便。由于这些标记与穗瘟抗性基因Pb-hk1的重组率低(≤6.79％)，通过检测这些与抗病基因Pb-hk1紧密连锁的分子标记，可以确定抗稻瘟病基因Pb-hk1(t)的存在与否，预测水稻植株的稻瘟病抗性，从而快速抗病育种进程。

(3)辅助育种选择目标明确，节约成本。在传统抗病育种方法中，对育种材料的穗瘟抗性进行表型鉴定，受接种环境影响较大，表型鉴定的结果可靠性低。因此抗病育种不仅费时，而且难度大，成本高。通过检测穗瘟抗性基因Pb-hk1，可以在苗期取样，提取DNA，利用上述标记就可鉴定出抗稻瘟病的单株，淘汰其它植株，不仅节约生产成本、控制育种群体规模，而且大大提高抗稻瘟病个体的选择效率。

附图说明

图1.水稻穗瘟抗性基因Pb-hk1紧密连锁SSR标记RM27187的8％非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳图。

其中：M：分子量Marker；H：黑壳子粳；S：苏御糯；F：杂合型；1-5：抗病重组自交系；6-10：感病重组自交系。

图2.水稻穗瘟抗性基因Pb-hk1紧密连锁SSR标记RM27381的8％非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳图。

其中：M：分子量Marker；H：黑壳子粳；S：苏御糯；F：杂合型；1-5：抗病重组自交系；6-10：感病重组自交系。

具体实施方式

实施例1

(一)材料与方法：

1.李培富等利用抗稻瘟病水稻地方品种黑壳子粳(♀)与感病品种苏御糯(♂)杂交获得F₁，自交获得F₂分离群体，用于遗传分析，明确黑壳子粳对“北1”菌系的抗性是由两对抑制基因互作控制。本发明在此基础上，采用单粒传法构建F_2:8重组自交系群体，即两亲本杂交获得F₁，自交获得F₂，F₂单株自交产生株系，连续自交6代，最终构建成包括162个株系的F_2:8重组自交系群体。利用该群体定位到一个与抗穗瘟相关的主效位点，此位点位于第11条染色体标记RM27187和RM27381之间，并与这两个标记紧密连锁，遗传距离为6.34cM.其提供不低于34.00％的抗性。

2.菌种培养和接种鉴定方法，参照李培富等(中国水稻科学,2007，21：579～584)。

3.DNA提取方法：用CTAB法提取分离群体各单株的DNA。

4.紧密连锁分子标记的确定:

(1)标记多态性筛选：以亲本黑壳子粳和苏御糯的DNA为模板，用Gramene网站上公布的水稻SSR标记(http://www.gramene.org)，经PCR反应进行多态性分析。

(2)多态性标记的抗感池筛选:在重组自交系群体中，随机选择5个接种鉴定为抗病表型的家系材料(抗病重组自交系)和5个接种鉴定为感病表型的家系材料(感病重组自交系)，提取DNA后分别混合，形成抗病池和感病池，对多态性标记进行筛选分析其与抗感之间的关系，如果某一标记的抗病池电泳结果和抗病亲本一致，感病池电泳结果和感病亲本一致，则说明该标记可能与抗病基因紧密连锁。

(3)紧密连锁分子标记的验证：将可能与抗病基因紧密连锁的分子标记分别在构成抗感池的5个家系材料中进行验证，如果连锁关系确实存在时，再在所有的家系材料中进行验证，根据连锁的多态性标记与对应的抗感表型，分析标记与基因间的重组频率，计算出标记对抗性的选择效率。

5.PCR反应体系：体积为10μl，其中10×缓冲液(含Mg²⁺)1.0μl,分子标记引物对(4pmol/μl)1μl，2.5mM dNTPs 0.2μl,Taq酶(5U/μl)0.1μl,模板DNA(10ng/μl)1μl，加水至10μl。反应程序为:DNA 94℃预变性5分钟后，(94℃变性40秒，55℃退火40秒，72℃延伸展40分钟)循环30次，最后72℃延伸10分钟。在biometre扩增仪上进行PCR扩增，扩增产物在8％非变性聚丙烯酰胺凝胶(100ml聚丙烯酰胺溶液中含7.6克丙烯酰胺和0.4克甲叉双丙烯酰胺)上进行电泳分离，然后在紫外透射仪上照相，记录结果。

(二)结果与分析：

研究结果发现，SSR标记RM27187、RM28381与抗病基因Pb-hk1紧密连锁(图1，图2)，在亲本中的扩增条带大小如表2所示。在重组自交系162个家系材料中，选择效率计算方法如下

SSR标记RM27187与抗病基因Pb-hk1之间出现11个交换型配子，重组率仅为6.79％，该标记对抗性的选择效率达93.21％；

SSR标记RM27381与抗病基因Pb-hk1之间出现7个交换型配子，重组率仅为4.32％，该标记对抗性的选择效率达95.68％；

SSR标记RM27187和RM27381双标记筛选的选择效率为1-6.79％*4.32％＝99.78％；

通过上述2个分子标记可以高效鉴定抗稻瘟病基因Pb-hk1存在与否，单标记选择效率均达到93％，双标记组合的选择效率达99.78％。可用于分子标记辅助选择有效提高水稻抗病品种的育种进程，控制育种群体规模。

表2.