全基因组水平关联分析深度发掘水稻广谱、持久抗稻瘟病基因

Rice blast disease causes 10-30% of annual yield losses in rice production worldwide. Due to the frequent loss of resistance genes, it is urgent to find broad-spectrum and durable resistant genes among the rice germplasm.Although Genome-wide association study (GWAS) has been used in mapping genes of agronomic traits in rice, use of the new technology for blast disease resistance has not been reported. Here we propose to identify new rice blast resistance genes by GWAS using the 413 SNP-genotyped rice cultivars collected from 82 countries and 15 blast isolates collected from six contries. The Virus induced gene silence (VIGS) system will be employed to confirm the blast resistant gene candidates. After establishing a SNP-based molecular detection system for new blast resistance genes, we will screen 400 core germplasms selected from the China national rice germplasm bank to characterize their resistance spectrum. This study not only lead to identification of novel resistance genes but also provide new strategies for the use of rice blast resistant cultivars in China.

稻瘟病危害严重，造成水稻年减产10%-30%。水稻种质中抗稻瘟病资源丰富，如何快速发掘和利用种质资源中的抗稻瘟病基因是亟待解决的问题。目前，利用全基因组关联分析（GWAS）技术发掘水稻广谱抗稻瘟病基因报道极少，本项目拟以82个国家的413份水稻资源为材料(均已获得高密度SNP单倍型图)，用国际国内共15份稻瘟菌小种(中国10份，国外5份)对其进行抗病鉴定，通过关联分析技术深度发掘抗稻瘟病候选基因，并利用病毒载体介导的基因沉默(VIGS)系统对获得的候选抗稻瘟病基因进行功能验证，鉴定一批具有抗稻瘟病功能的新基因。同时，综合15个小种的GWAS结果，开发出与广谱抗稻瘟病性状相关联的分子标记系统，并用其快速鉴定国家种质资源库中的400份核心水稻资源，为稻瘟病基因资源动态布局提供理论支撑。本研究对深度发掘自然群体中的抗稻瘟病新基因及建立抗性资源在不同地区的合理布局体系都具有重要的理论和实践意义。

稻瘟病造成水稻年减产10-30%，尽管前人研究表明水稻种质资源中抗稻瘟病基因资源丰富，然而，如何快速发掘和利用水稻种质资源中的抗稻瘟病基因以及进一步对水稻稻瘟病抗性进行全基因组遗传结构解析是亟待解决的问题。本项目利用400份遗传多样性非常丰富的国际水稻资源，在高密度SNP标记图谱完成的基础上，对种质资源进行大规模抗性鉴定，在获得基因型和表型数据的基础上，采用全基因组关联分析（GWAS）结合RNAi技术，对水稻基因组中包含的抗性位点进行深入发掘，旨在解决快速发掘抗性位点、基因以及解析水稻抗稻瘟病的遗传结构的科学问题。本研究共鉴定到97个与稻瘟病抗性紧密关联的位点，其中15个位点与已经克隆的抗稻瘟病基因所在区域重合，另外82个位点为新位点，其中最为紧密关联的72个位点对稻瘟病抗性的贡献率最高达98%。进一步对这些抗性位点进行候选基因分析发现，这些抗性关联区域的最大的几类候选抗稻瘟病基因包括：NBS-LRR 家族，蛋白激酶家族，转录因子家族。我们进一步选取其中的一个位点LABR_64进行候选基因功能分析，通过RNAi和转基因技术，鉴定到LABR_64区域的两个新的抗稻瘟病基因LABR_64-1 和LABR_64-2. 另外，本研究同时对稻瘟病基因组的变异进行了研究，发现了多态性转座子在稻瘟病基因组的可塑性过程中起重要作用，开发了一种基于短序列快速检测多态性转座子的方法。总之，本项目自2013年1月实施以来， 按照年度计划，顺利完成了既定目标。为抗稻瘟病分子辅助育种奠定了理论基础、提供了新的抗病分子标记及基因资源。