王小剛，蘇思榮，李曉蓉，張銀霞

（寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，銀川 750021）

稻瘟病不僅會導(dǎo)致水稻產(chǎn)量顯著下降，病害發(fā)生嚴(yán)重的情況下甚至是顆粒無收，而且還會影響稻米品質(zhì)[1]。因此，防治稻瘟病，降低稻瘟病發(fā)病率對世界糧食安全具有重要意義?？沟疚敛∷拘缕贩N不斷地選育與合理種植可以有效地阻礙稻瘟病的發(fā)生，且持續(xù)對抗稻瘟病基因進(jìn)行挖掘和利用對水稻抗稻瘟病育種具有非常重要的意義。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，已有大約超過30個抗性基因被成功克隆[2]。本文通過整理已克隆的水稻抗稻瘟病基因，分析其在染色體上的分布，歸納其基因的分類，闡述其遺傳特性、抗病機(jī)制及抗病效果。最后對已克隆的水稻抗稻瘟病基因在水稻抗性育種中的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)，以期為水稻抗稻瘟病育種提供理論依據(jù)。

1 水稻已克隆抗稻瘟病基因在染色體上的分布

從目前整理的已克隆基因結(jié)果來看，有30個屬于NBS－LRR蛋白，就是典型的Pi-b基因，且是第一個克隆出來的主效抗稻瘟病基因，其位于2號染色體上。Pi-9是第一個被克隆出來的廣譜抗稻瘟病基因。Pi-21是第一個被克隆出來的部分抗性基因。Bsr-d1為MYB轉(zhuǎn)錄因子，是在廣譜持久抗病材料地谷中發(fā)現(xiàn)并克隆出來的部分抗性基因。這些基因不均勻地分布在各條染色體上（圖1）。其中第11號、第6號染色體上分布較多，第5號、第7號染色體上暫時沒有發(fā)現(xiàn)已克隆的抗稻瘟病基因。由圖可知，在6號、9號、11號和12號染色體上，形成已克隆抗稻瘟病基因簇。

圖1 已克隆水稻抗稻瘟病基因在染色體上的分布

2 已克隆水稻抗稻瘟病基因的分類研究

已克隆抗稻瘟病基因由于編碼的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)特征不同，其作用機(jī)理相應(yīng)也不同，為了更清楚地研究抗性機(jī)理，本文對水稻抗稻瘟病基因進(jìn)行了分類和分析。

根據(jù)不同的基因編碼蛋白將其分類。

2.1 核苷酸結(jié)合位點(diǎn)-富含亮氨酸重復(fù)序列蛋白（NBS-LRR）

Pi-b的NBS區(qū)包含3個保守結(jié)構(gòu)、17個LRR區(qū)和8個半胱氨酸殘基，其呈簇狀分布。Pi-b可以通過溫度、光照和其他環(huán)境變化來誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)；Pi-ta是第二個被克隆的抗稻瘟病基因，含有2個外顯子和1個1 463 bp的內(nèi)含子，其與效應(yīng)蛋白質(zhì)AVR-Pita直接識別；Pi-9有17個不完整的富含亮氨酸重復(fù)，該基因在植株中組成型表達(dá)，不受稻瘟病侵染誘導(dǎo)。

2.2 受體蛋白激酶（RLK）

Pi-d2有825個氨基酸，其蛋白質(zhì)與細(xì)胞外區(qū)特殊的膜外凝集素相互作用。23個疏水氨基酸組成跨膜螺旋結(jié)構(gòu)，絲氨酸/蘇氨酸激酶構(gòu)成細(xì)胞質(zhì)區(qū)域。

2.3 富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域蛋白（PCP）

Pi-21由266個氨基酸組成，其C端包含富含脯氨酸域，N端具有蛋白互作結(jié)構(gòu)域，參與水稻防衛(wèi)反應(yīng)，介導(dǎo)水稻的全生育期抗性。

2.4 富含ARM重復(fù)序列蛋白

Ptr是一個非典型的廣譜抗性蛋白，有4個Armadillo重復(fù)區(qū)，抗病性與Pi-ta有關(guān)，是單子葉植物所特有的基因。

2.5 富含四肽重復(fù)序列蛋白（TPRs）

新近發(fā)現(xiàn)并克隆的水稻稻瘟病抗性基因Bsr-k1是一個對稻瘟病和白葉枯病都具有廣譜抗性的隱性基因。Bsr-k1蛋白能與免疫應(yīng)答相關(guān)的OsPAL基因家族的大部分mRNA結(jié)合，木質(zhì)素合成增多，增強(qiáng)了水稻對稻瘟病菌的抗性。

3 水稻已克隆抗稻瘟病基因的遺傳特性

3.1 水稻已克隆抗稻瘟病基因的顯隱性

已克隆的抗稻瘟病基因大部分為顯性基因，例如Piz-t、Pi-z、Pi-2、Pi-9、Pig-m等均為顯性抗病基因[3]。極少數(shù)為隱性基因，例如Bsr-k1。隱性抗病基因結(jié)構(gòu)保守及其作用機(jī)制的識別將有助于進(jìn)一步了解抗病機(jī)理。

3.2 水稻已克隆抗稻瘟病基因的專化性

已克隆的抗稻瘟病基因大多表現(xiàn)小種?；鏟id2對稻瘟病菌株ZB15表現(xiàn)為專一抗性；Pi-37對菌株CHL1340和CHL1159具有?；剐浴Ｉ贁?shù)表現(xiàn)非小種?；?，如Pi-21基因的近等位基因系A(chǔ)A-pi21對10種稻瘟病菌具有中等抗病性，屬于功能喪失性突變。

3.3 水稻已克隆抗稻瘟病基因的廣譜性

水稻廣譜抗稻瘟病基因大部分以基因簇的形式呈現(xiàn)。如第6號染色體上有抗性基因Pi-9、Pi-2等形成基因簇。其中，來自13個國家/地區(qū)的43個菌株，在四倍體小粒野生稻（Oryza minuta）中鑒定出的Pi-9基因都對其產(chǎn)生抗性?？沟疚敛』騊i-54/Pik-h、Pi-1、Pi-49在第11號染色體長臂上以基因簇分布所呈現(xiàn)。在魔王谷中鑒定的Pi-49對153個稻瘟菌株有抗性?？沟疚敛』騊i-tb、Pi-39、Pi-ta在第12號染色體短臂上以基因簇分布所呈現(xiàn)。Pi-ta對大部分來自歐洲的稻瘟病菌株有抗性。為了能夠縮短抗稻瘟病育種周期，也為了拓寬抗病基因的應(yīng)用領(lǐng)域，就要不斷挖掘廣譜抗病基因。

4 水稻已克隆抗稻瘟病基因的抗性機(jī)制研究

水稻稻瘟病菌免疫機(jī)制的研究促進(jìn)了水稻稻瘟病抗病機(jī)理的深入探討。通過分析發(fā)現(xiàn)水稻抗稻瘟病基因的抗病機(jī)制可以分為5類。

（1）R基因介導(dǎo)的稻瘟病完全抗性機(jī)制。不同的R基因表現(xiàn)出的抗稻瘟病特性有差異，部分R基因具有廣譜抗稻瘟病性；有些R基因抗譜相對較窄，對某些生理小種具有?；?。

（2）轉(zhuǎn)錄因子參與調(diào)控的稻瘟病部分抗性機(jī)制。目前，植物所特有的WRKY型轉(zhuǎn)錄因子通過轉(zhuǎn)錄激活或轉(zhuǎn)錄抑制，調(diào)控水稻抗性相關(guān)基因的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控稻瘟病抗性。

（3）泛素連接酶參與調(diào)控的稻瘟病部分抗性機(jī)制。泛素連接酶可以直接與AVR蛋白互作，如APIP6，APIP10。當(dāng)效應(yīng)蛋白Avr-Piz-t進(jìn)入水稻細(xì)胞后，會立即被APIP6和APIP10識別，促進(jìn)Avr-Piz-t降解并阻止病原菌的侵入。

（4）磷酸激酶參與調(diào)控的稻瘟病部分抗性機(jī)制。調(diào)控蛋白的磷酸化狀態(tài)是稻瘟病菌侵染水稻免疫信號激活的關(guān)鍵。SDS2是RLK蛋白，其通過RLCK118將磷酸化修飾信號傳遞給NADPH氧化酶OsRbohB，促進(jìn)植物細(xì)胞內(nèi)ROS的迸發(fā)，加強(qiáng)了水稻抵御稻瘟病菌侵染的能力。

（5）其他非R基因參與調(diào)控的稻瘟病部分抗性機(jī)制。與植物激素合成相關(guān)蛋白，如合成酶OsACS2等。提高OsACS2的表達(dá)量，促進(jìn)PR基因表達(dá)，提高水稻對多種稻瘟病菌生理小種的抗性，在抗病育種中具有較好的應(yīng)用潛力[4]。

R基因介導(dǎo)的稻瘟病完全抗性已廣泛應(yīng)用于水稻育種和生產(chǎn)中。雖然非R基因介導(dǎo)的部分抗性相對較弱，但其抗性廣譜，抗性持久穩(wěn)定。

5 水稻已克隆抗稻瘟病基因的應(yīng)用研究

近年來，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)多基因聚合有助于提高水稻品種抗性的持久性和廣譜性[5]。劉士平等[6]研究發(fā)現(xiàn)，多個抗稻瘟病基因聚合后，相關(guān)性極顯著的抗性基因均有互相作用的表現(xiàn)，這樣的表現(xiàn)結(jié)果能夠抵抗單個抗病基因不能抵抗的生理小種。目前，已報(bào)道的利用抗稻瘟病基因聚合提高其抗性的研究見表1。其中，陳志偉等[7-8]將Pi-1、Pi-9和Pi-kh基因?qū)氲礁；?73和N175中，分別選育出10個?；?73的近等基因系和16個N175的近等基因系。用?；?73近等基因系Line9配組的雜交稻新組合兩優(yōu)7283和金泰優(yōu)683在區(qū)試中均表現(xiàn)出產(chǎn)量高、抗病強(qiáng)及生育期適宜等特點(diǎn)。姚姝等[9]將Pi-ta、Pi-b和Wx-mq基因聚合一體，最終選育出了一個水稻新品種“南粳0051”，其不僅高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，而且還表現(xiàn)為抗稻瘟病。馬作斌等[10]利用水稻聚合雜交的方法，在后代材料中鑒定出了一個穩(wěn)定株系A(chǔ)-3，而且發(fā)現(xiàn)該株系同時含有Pi-ta和Pi-b 2個抗性基因，后被遼寧省品種審定委員會審定且命名為“鐵粳16”。

表1 水稻已克隆抗稻瘟病基因的應(yīng)用

6 結(jié)束語

以上研究表明，稻瘟病菌和稻瘟病抗性基因共同進(jìn)化，然而含有單個抗性基因的材料經(jīng)過多年種植后其抗性逐年下降，但是聚合多個已克隆且廣譜稻瘟病抗性基因的品種，在大規(guī)模應(yīng)用推廣以后，抗性表現(xiàn)明顯提高，而且延伸了抗病的時效性；但是，還可能產(chǎn)生針對多個抗性基因的超級稻瘟病小種。因此，注重調(diào)查當(dāng)?shù)氐牡疚敛【鷥?yōu)勢生理小種，及時發(fā)出稻瘟病菌流行預(yù)報(bào)，改種或者輪種含有新的已克隆抗稻瘟病基因的水稻品種，避免水稻品種的稻瘟病抗性迅速喪失，延長稻瘟病抗性基因的水稻品種使用壽命。