水稻条纹叶枯病抗性遗传和育种研究进展

生物谷

　　水稻条纹叶枯病(  Rice  Stripe  Disease  )是由灰飞虱(  Laodelphax  striatellus  Fallen.  )传播引起的东亚温带地区一种最严重的水稻病毒病害，它广泛分布于日本、中国、韩国、前苏联和南美等国家和地区。该病1897年最早发生在日本关东的群马、枥木等地区，我国最早发生该病是在1964年。近几年，随着气候环境变化和种植结构调整，水稻条纹叶枯病发病规模有不断扩大的趋势。目前该病分布于我国16个省、市、自治区，其中以江苏、云南等地最为严重。资料显示，近几年江苏水稻受灾面积都在千万亩以上，2004年全省涉及面积157  万hm2，占水稻总面积的79％。

　　长期以来，化学药剂是防治水稻条纹叶枯病的一项重要措施。但目前生产上广泛使用的农药只针对介体昆虫，植株一旦染病就没有十分有效的防治措施，因而其效果是有限的；而且化学药剂的使用不可避免地对环境造成污染和破坏。利用水稻品种抗性被认为是目前防治条纹叶枯病最经济、有效的手段。

　　本文从水稻条纹叶枯病的病原和传毒介体、鉴定方法、抗性遗传机理以及抗性育种现状等方面，概述目前水稻条纹叶枯病抗性遗传和育种研究的进展，并对今后的发展趋势进行了展望。

1  病原物及其传毒介体

　　水稻条纹叶枯病的病原是条纹叶枯病毒(  Rice  Stripe  Virus，RSV  )，为单链的  RNA  病毒，属纤细病毒属(或称柔线病毒属)。从病株中分离纯化的病毒在电镜下为直径3  nm  的分枝丝状体或8  nm  宽的丝状体。作为纤细病毒属典型的代表种，近年来人们对其基因组结构、功能、复制、转录、表达策略、病毒分子变异等作了较为全面的研究。RSV  粒体由4种  ssRNA  和单一的外壳蛋白组成，全基因组序列长17096  bp，目前4个不同的  RNA  组分的编码、表达策略及其功能逐渐被阐明。其中  RNA1  采用负链编码策略，RNA2、RNA3  和  RNA4  则采用双义编码策略，即  RNA  的毒义链(  Viral  Sequence，vRNA  )和毒义互补链(  Viral  Complementary  Sequence  )都存在阅读框，都可编码蛋白。病毒部分基因已经被克隆，如外壳蛋白(  Coat  Protein，CP  )基因、病害特异性蛋白(  Disease-specific  Protein，SP  )基因等。和大部分病毒一样，RSV  有着广泛的变异。不同地区病株上的分离物在致病性、核苷酸序列等方面存在着一定的差异。

　　RSV  能侵染水稻、小麦、大麦、燕麦等37种禾本科植物，灰飞虱(  Small  Brown  Planthopper，SBPH  )为主要寄主和传毒媒介。灰飞虱对  RSV  的传播属循回增殖型传播，一旦染毒可持久性传毒，并由雌虫经卵传播给下一代幼虫；同时该病毒也能在植物体内复制。

　　灰飞虱的带毒虫量(带毒率)是水稻条纹叶枯病发生流行的主要影响因子。目前用于检测灰飞虱带毒率的方法很多，如酶联免疫吸附法检测(  ELISA  )、A  蛋白酶联吸附法检测(  SPA-ELISA  )、膜上斑点免疫吸附法检测(  DIBA  )、RT-PCR  和  Northern  杂交等。

2  水稻条纹叶枯病抗性遗传机理

　　水稻条纹叶枯病是由传毒媒介灰飞虱传播的病毒病。因而水稻对该病的抗性主要表现在抗病性和抗虫性两个方面，抗病性即对条纹病毒的抗性，它又可细分为抗病毒侵染和病毒侵染后的忍耐性两种；而抗虫性即对传毒介体灰飞虱的抗性(图1)。

　　目前对水稻灰飞虱的抗性遗传研究比较少。Okamoto  等最早对水稻品种抗灰飞虱特性做了研究，表明籼稻中有丰富的抗灰飞虱资源。灰飞虱对抗虫品种的不喜食性或抗生性，可能是造成这些品种较少感染  RSV  的原因。研究还表明，水稻中的抗虫性和抗病毒性不是完全一致的。抗灰飞虱的品种在田间表现抗性的有效性远不如抗病毒品种，所以目前还没有抗虫性品种在生产上应用的报道。

　　Washio  等采用人工苗期接种的方法最早开始了水稻对条纹叶枯病毒的抗性遗传研究。目前主要有两种病毒抗性基因的遗传机制被阐明。一种以日本陆稻品种为代表，抗性由两对显性互补基因  Stva  (Stv1)  和  Stvb  (Stv2  )共同控制；另一种以一些非日本籼稻品种(  Modan  )为代表，抗性由一对不完全显性基因  Stvb-i(Stv3  )控制(表1)。此外，还有个别报道认为水稻抗病毒性是由多基因控制的。

　　随着分子标记技术的发展，对由主基因和微效多基因结合控制的遗传以及微效多基因控制的遗传进行分析已经成为可能，不同研究者所使用的材料、鉴定方法和抗性评价指标不同，检测到的数量性状位点(  Quantitative  Trait  Loci，QTL  )也略有不同，但共有的结果认为在第11号染色体的相似区段存在一个贡献率较大的位点，这可能与  Stvb-i  在该染色体上有关。除此以外，在该染色体还发现大量的抗性基因位点，对这些抗性位点的研究可以为植物抗性基因进化提供依据。

　　Hayano-Saito  等构建了  Stvb-i  位点的精细物理图谱，横跨  XNpb220  与  XNpb257/XNpb254  标记间的1.8  cM  区段，Stvb-i  含于两个  BAC  重叠的约286  kb  的区域内，但目前还无进一步的研究报道。

　　虽然抗性基因仍未被克隆，但是其他一些转基因工程防治病毒病的策略逐渐被应用，以转病毒外壳蛋白(  Coat  Protein，CP  )基因策略为最有应用潜力的途径之一。Hayakawa  等和唐义燕等分别将条纹叶枯病毒的  CP  基因导入到粳、籼稻中，结果表明  CP  蛋白在转基因植株中表达，而且对  RSV  也表现出一定的抗性。可能是由于  CP  基因介导抗病性表现为只抗  CP  基因供体病毒或亲缘关系密切的病毒株系，所以目前没有在育种中应用的报道。刘力等设计合成了特异性切割该病毒  RNA  保守区和编码病害特异蛋白基因的核酶，从而控制病情的发展。林含新等构建了含有  CP  和病害特异性蛋白(  SP  )基因的植物表达载体，准备进一步共转化水稻。

3  水稻条纹叶枯病的鉴定方法

　　水稻条纹叶枯病的抗性鉴定依赖带毒灰飞虱通过刺吸传播  RSV  的方式。目前主要有重病区自然接虫鉴定和人工接虫鉴定两种方法。人工接虫鉴定又可细分为集团混合接虫和单一品种(株系)接虫鉴定。这些方法各有优缺点，但是都要求保证灰飞虱有较高的带毒率，从而使被测植株尽可能受毒(表2)。

　　在抗性鉴定标准方面，研究者根据不同的研究目的，采用不同的标准。有采用株发病率作标准的，也有采用病情指数来作标准的(表3)。显然，对于遗传分析来讲后一种划分标准比较准确。

4  水稻抗条纹叶枯病育种现状和分子标记辅助选择的应用

　　抗性育种的实践和抗性鉴定结果表明，在抗病性方面籼稻、陆稻＞爪畦稻＞粳稻＞糯稻；籼粳交、水陆交后代＞粳粳交后代。这也与粳稻中缺少抗条纹叶枯病基因的事实相吻合。日本和韩国由于受条纹叶枯病危害较早、较严重，所以较早开展抗该病的水稻育种工作，并取得了显著的效果。1963年日本中国农业实验场发现巴基斯坦籼稻  Modan  与农林8号回交5次的  B5F7  系统表现高抗，从此开始了系统的抗条纹叶枯病育种。Toriyama  从上述材料中选育出  St.No1  和  chugoku  31(中国31号)，这两个品系后来逐渐成为抗病育种的亲本材料，在随后的20年时间内又有一大批高抗、优质品种被育成。在陆稻抗性利用方面，利用陆稻农林24及关东72号，通过与水稻连续回交的方法，也相继育成了大量的抗性品种，如中国40、中国41等。但由于陆稻本身的缺陷，部分转育而来的抗性品种的外观和食味品质明显不如一些推广品种。此外，利用的抗源还有  Mudgo、IR  系列的一些品种。韩国把  Modan  的抗性基因导入到粳稻  Mineyutake、Miyang15  中，以这些品种为桥梁亲本，选育了一批丰产、优质抗条纹叶枯病的新品种，这些抗病品种的育成和推广大大抑制了水稻条纹叶枯病的大发生。日、韩抗水稻条纹叶枯病育种的成功实践告诉我们，选育抗病品种是从根本上控制水稻条纹叶枯病危害的重要途径，对  Stvb-i  基因的利用更是育成品种的关键。

　　早在20世纪70年代中期，邢祖颐等就开展了水稻条纹叶枯病抗源筛选和抗性育种研究，筛选、鉴定出塔杜康(  Todukan  )、特特普(  Tetep  )、窄叶青8号等抗性品种，同时选育出中作180、中作9号及中作59号等抗性品种。但由于后来条纹叶枯病在我国发病较轻的缘故，长期没有被作为一种主要育种目标引起育种家的关注。直到近几年条纹叶枯病在我国部分省市大暴发后，才重新引起重视。目前江苏省可以直接利用的综合性状较好的粳稻抗病品种并不多，如镇稻88、镇稻99、徐稻3号、徐稻4号、盐稻8号等品种已在生产上推广应用。为了尽快育成一些综合性状更好的品种在生产上应用，引进遗传机制研究较清楚的国外抗性材料，来改良我国粳稻的抗病性不失为一种好办法。我们已经利用从日本引进的含  Stvb-i  抗病基因的水稻材料如  Aichi106、关东194等，通过系统选育和杂交选育育成了部分抗性和品质良好的水稻新品系。

5  展望

5.1  抗条纹叶枯病优良遗传资源的引进、发掘与利用

　　目前，日本和韩国在生产上广泛使用的抗性材料大都含  Stvb-i  基因，虽然抗源相对狭窄，但至今尚未有该基因抗性丧失的报道。特别是新近育成的品种不仅抗性强，且品质优良。实践证明，直接引用这些具有稳定抗性的优质粳稻品种作抗源，来改良我国高产粳稻品种的条纹叶枯病抗性是有效的。然而，随着  RSV  的变异，抗病性丧失的可能仍然存在。所以加强对现有水稻资源的抗性筛选，并对一些新的抗病基因(或位点)的遗传规律进行研究，将有助于我国水稻的抗条纹叶枯病育种研究。

5.2  抗条纹叶枯病育种目标与其他育种目标的结合

　　选育抗条纹叶枯病水稻品种的同时，还要兼顾水稻其他重要病虫害的抗性，如稻瘟病、白叶枯病等。并把这些抗性育种目标与高产、优质相结合，推动江苏粳稻育种再上新台阶。

5.5  分子标记在抗性育种中的利用

　　随着现代分子生物学技术在育种中的应用，分子标记辅助育种(  MAS  )展现出广阔的前景，目前在水稻中已经有很多这方面的报道，如水稻白叶枯病基因、稻瘟病基因等。水稻条纹叶枯病的抗性鉴定操作比较繁琐，受外界条件影响较大。因此，筛选与抗病基因紧密连锁的分子标记，用于辅助选择育种，对提高选择效果具有十分重要的意义。目前日本和韩国已经开展了这方面的研究，找到了一些与抗条纹叶枯病紧密连锁的  RFLP、RAPD  和  SCAR  标记，并开始服务于该病的抗性育种研究。

5.4  抗病基因的克隆和转基因育种

　　尽管  RSV  的变异较大，但目前我们对日本抗性材料的鉴定结果表明，这些材料在江苏的抗性仍非常好，说明  Stvb-i  基因可能对不同地区的  RSV  病毒株系有广谱的抗性，对该基因的克隆和转基因研究对于抗水稻条纹叶枯病育种也有重要的意义。