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曾生元等
, 2011,
水稻抗褐飞虱基因及其在分子育种中的应用
,
分子植物育种
(online) Vol.9 No.104 pp.1749-1758 (doi: 10.5376/mpb.cn.2011.09.0104)
1752
测到一个主效的
QTL
bph23
(
t
)
。第
12
和
4
号染色体
发现抗飞虱位点最多，而且它们之间均存在强度不
同的连锁关系。由图
1
可见，在水稻第
12
号染色
体的长臂上约
8 Mb
的区间内存在
8
个抗性基因，
包括
Bph1
、
bph2
、
Bph9
、
Bph10
(
t
)
、
Bph18
、
bph19
(
t
)
、
Bph21
(
t
)
及
Bph26
(
t
)
，它们之间的关系还有待进一步
研究；在其次的
4
号染色体的抗飞虱位点也存在类
似的集中分布现象。水稻不同亚种
(
种
)
来源的抗褐
飞虱基因在这几个区域集中，还是因为不同来源及
遗传图谱的差异导致了同一位点在不同研究中出
现偏差？从目前分子标记定位的结果看，这些基因
存在等位关系的可能性较小。然而这些研究使用的
材料和方法都有所差异，不同研究之间又缺乏相互
交流验证，因此它们之间的详细关系还不明了。例
如，来自药用野生稻的抗褐飞虱基因之前只在第
3
、
第
4
染色体检测到
bph11
、
bph12
、
Bph13
(
t
)
、
Bph14
、
Bph15
，而且它们位置相近
(Hirabayashi et al., 1998;
Hirabayashi and Ogawa, 1999; Huang et al., 2001;
Renganayaki et al., 2002)
，由于有些基因没有精细定
位，它们相互之间也没有进行等位性测试，所以它
们之中是否有互为等位基因的情况还有待于检验。
迄今得到精细定位的抗褐飞虱基因只有
11
个
Bph1
、
bph2
、
Bph3
、
Bph6
、
Bph10
、
Bph14
、
Bph15
、
Bph18
、
Bph19
(
t
)
、
Bph20
(
t
)
及
Bph21
(
t
)
。
图
1
第
12
号染色体上的抗褐飞虱基因连锁示意图
(Murai et
al., 2001; Nguyen and Bui, 2003; Jena et al., 2006;
苏昌潮等
,
2006; Sun et al., 2006; Rahman et al., 2009; Yara et al., 2010)
Figure 1 Rice BPH-resistant genes on Chromosome 12 (Murai
et al., 2001; Nguyen and Bui, 2003; Jena et al., 2006; Su et al.,
2005; Sun et al., 2006; Rahman et al., 2009; Yara et al., 2010)
1.4
水稻抗褐飞虱数量性状基因座
(QTL)
的发掘
Maxwell
和
Jennings (1980)
将植物的抗虫性分
为单基因抗性、主基因与修饰基因结合控制的抗性
和多基因抗性。研究发现抗褐飞虱品种
IR36
、
IR64
携带抗虫主基因
bph2
、
Bph1
，但由于它们还含有其
它微效的抗性基因，所以比只含有单个
Bph1
、
bph2
的水稻品种表现出更持久的抗性
(Heinrichs, 1985;
Alam and Cohen, 1998)
。通过对
IR64/Azucena
衍生
的加倍单倍体群体
(DH)
、重组自交系群体
(RIL)
，
Nipponbare/Kasalath//Nipponbare
衍生的回交重组自
交系群体
(BILs)
及对其他来源的衍生群体的研究发
现：除贡献率大的主效基因外
(
如
Bph1
)
，这些品种
的抗性还受到一些微效基因的修饰，这些微效基因
广泛分布于各条染色体上
(Alam and Cohen, 1998;
苏昌潮等
, 2002; Xu et al., 2002; Soundararajan et al.,
2004; Su et al., 2005)
。由于主效基因的贡献值大，
它们更容易被检测到，也更受遗传育种家的关注，
因而目前的研究主要还是针对主效基因，定位的大
多抗褐飞虱基因严格来讲大多亦为主效基因。对效
应较小的
QTL
研究和利用还有待进一步深入。
2
抗褐飞虱的分子机理
褐飞虱是一种刺吸式害虫，主要吸食水稻植株
韧皮部筛管内的汁液，不会给植物表皮带来大的伤
害。研究表明抗虫品种在褐飞虱吸取了其韧皮部内
的汁液之后才起作用，而抗、感虫品种对褐飞虱的
取食均不存在物理或机械障碍
(Cook and Denno,
1994)
，说明抗虫品种对褐飞虱的抗性缘于韧皮部汁
液的某种化学因子。但是，目前尚未证实是何种化
学因子
(
在起作用
)
。
分子水平上揭示水稻品种抗虫机制的核心内
容是抗虫基因的克隆及其功能分析。目前只有一个
抗褐飞虱基因有功能解释—
Bph14
。
Bph14
是采用
图位克隆策略获得的
(
王布哪等
, 2001; Huang et al.,
2001; Yang et al., 2002; Du et al., 2009)
。通过含野生
稻
B5
中抗褐飞虱基因的重组自交系
RI35
和感虫品
种
TN1
构建的群体，将
Bph14
精细定位于水稻第
3
染色体上的标记
SM1
和
G1318
之间，物理距离为
34 Kb
。在这区段内有两个基因被注释，通过互补
试验和
RNAi
证实
Bph14
为其中一个编码螺旋卷曲
—核苷酸结合—富亮氨酸重复的基序
(coiled-coil,
nucleotide-binding, and leucine-rich repeat, CC-NB-
LRR)
。进化分析发现
Bph14
与水稻中其他同源蛋
白关系紧密，同其他物种的已知的抗性基因部分同
源。比对分析发现
Bph14
蛋白的
CC
和
NB
结构域
在不同品种间高度保守，但是其
LRR
结构域中的
54
个氨基酸及两个氨基酸缺失是特异的。
RT-PCR
显示各品种间表达差异不明显，
Bph14
在褐飞虱取
食品种
RI35
后表达增强，但与感虫品种
Kasalath