药用野生稻的研究进展

如题所述

第1个回答  2016-06-04

中国有3种野生稻,即普通野生稻、药用野生稻和疣粒野生稻。其中,药用野生稻(Orvza officinalis Wall)是最具有研究价值的资源。药用野生稻对许多常见病害以及逆境等都具有抗性和耐受性,其抗性材料检出率和抗性级别都是各种野生稻中最高的。无论是在自然环境中还是在野生稻圃中,药用野生稻都很少发病。研究发现药用野生稻具有极强的耐寒性,并能抗褐飞虱、白背飞虱、黑尾叶蝉、白叶枯病、稻瘟病等病害。
1.1抗病性
章琦等鉴定了3种野生稻对白叶枯病的抗性,其中高抗材料中药用野生稻占参试材料的50%。黄大辉等对31份药用野生稻进行了细菌性条斑病抗性鉴定,筛选出15份抗病材料。
1.2抗虫性
李青等发现广西药用野生稻大多数抗褐稻虱,而且有些兼抗白叶枯病。师翱翔等阴鉴定广西药用野生稻197份材料,对白背飞虱具有免疫和表现抗性水平的有117份,占59.39%,其他亦有抗至中性。秦学毅等在所鉴定保存的202份广西药用野生稻材料中,有3份材料对褐稻虱的抗性为免疫,有88份为高抗,抗至中的有104份,抗性材料占总数的98.5%。彭绍裘等鉴定了云南野生稻的多抗性,发现耿马的药用野生稻高抗白叶枯病,中抗稻瘟病,高抗褐飞虱。杨士杰研究了以黑选A为母本与父本药用野生稻杂交的后代对白背飞虱、黑尾叶蝉、稻纵卷叶螟及二化螟的抗性反应。结果表明,父本药用野生稻(PC)及杂交后代Ac-1、Ac-3对各种虫害均表现出较高抗性。
1.3稻米品质方面
广西药用野生稻不但外观品质好,且蛋白质含量均在11%以上,有的高达16%,是优质育种的好资源。广东省的研究结果表明,l kg药用野生稻米中蛋白质含量高达120.0-177.6 g,高于栽培稻的71.8-91.8 g。
另外,Bon等对39份菲律宾药用野生稻的农艺性状进行分析,结果表明这39份当地药用野生稻在叶片、茎秆、穗及稻粒性状等方面具有多样性,为药用野生稻的利用奠定了基础。陈成斌的研究发现,广西药用野生稻具有多种优良性状,如:耐冷性、抗稻叶瘟病、稻穗瘟病、稻白叶枯病、褐稻虱、白背飞虱、稻瘿蚊等抗性。 药用野生稻的丰富的、优良的性状,都是水稻多目标育种的宝贵抗源,也是基因工程研究的重要物质基础。利用药用野生稻中优异基因对现有栽培稻进行改良,是提高水稻产量和品质的一个重要途径。药用野生稻基因转移利用方面主要包括:单片段异附加系的培育、渗入系的建立及单个有利基因材料的获得三方面。
2.1单体异附加系的培育
在高等植物中,以种间杂交和回交把有益基因转移到另一个物种为目的的育种项目中,单个外源染色体常常被附加到含有受体细胞完整一套染色体中,形成异源单体附加系。这种异源单体附加系是阐明基因组结构和转移基因的有效工具四。Jena等通过栽培稻优良品系与药用野稻杂交并以栽培稻为父本与F1回交,获得了12个单体异附加系,将至少11个单基因性状转移进栽培稻中,证明了褐飞虱和白背飞虱的抗性基因位于药用野生稻第6染色体上。KOBAYASHI等四利用药用野生稻具有抗东格鲁病毒的材料,其抗性通过单体异源附加系成功地转移到栽培稻中,并认为该抗性基因可能位于药用野生稻的第11号染色体上。秦学毅等从198份广西药用野生稻中筛选出3份对褐飞虱高抗(O级)的材料,用高抗材料与感虫材料杂交,结果表明其抗性是受一对显性基因控制;与14个已知抗褐飞虱基因品种杂交、回交和自交,对BC2F2后代材料进行了抗性遗传分析,等位性测定结果表明,抗源材料与已知的14个抗性基因不等位,结果发现广西药用野生稻与国外药用野生稻的抗性基因(隐性基因)不同,初步认为它是一个新的抗性基因。在利用方面,通过幼胚离体培养获得绿苗,经多代回交和自交,成功地将CC染色体组中的抗性基因转育到栽培稻中,获得了BC,F5高世代、异源附加系。Jin等用栽培稻与药用野生稻杂交得到单体异附加系及其回交后代,单体异附加系的第4染色体长臂来自药用野生稻,短臂来自栽培稻。比较分析结果表明,药用野生稻与栽培稻在RFLP及SSR标记方面具有较高一致性。在单体异附加系及其后代中C619处发现一个甲基化改变。对该单体异附加系回交后代分析表明渗入片段很小且对长臂无贡献作用。在C5 13和RGl77间发现一个重组热点,为基因富含区。唐明等对一个药用野生稻异源单体附加系及其回交后代进行了分析,应用分子标记技术确定了该异源单体附加系所附加的染色体是一条嵌合的7号染色体,药用野生稻贡献了其长臂部分,而短臂和着丝粒则来源于栽培稻。将该植株与栽培稻亲本回交,得到109株回交后代,考察了回交群体的主要农艺性状并进行了分子标记分析,发现野生稻染色体片段的渗入影响了回交后代的株高、千粒重、结实率、结实密度、叶宽等农艺性状,而且这些性状之间正相关度很大。
2.2渗入系的建立
Jena等首次报道建立了水稻属种间渗入系,分析水稻177个RFLP标记与药用野生稻基因的关系,发现第4、第10以及第12号染色体上通过一些标记检测到的渗入片断与褐飞虱的抗性基因相关。何光存等利用药用野生稻渗入后代选育的水稻株系B5与籼稻品种明恢63杂交组合的重组自交系进行了抗白叶枯病接种鉴定,利用在第1染色体上筛选到的与水稻抗白叶枯病基因相连锁RFLP分子标记,将抗白叶枯病基因定位在第1染色体短臂的C904和R596之间,是一效应值较大的主效基因,命名为Xa29(t)。
2.3单个基因材料的获得
Huang等通过栽培稻与药用野生稻杂交获得褐飞虱高抗品系B5,利用RFLP标记对该品系的抗性基因进行定位,表明第3号染色体的长臂和第4号染色体的短臂上各有1个抗性基因位点,分别为Obpl和Q6p2。颜辉煌等口刀选用两个感虫栽培稻品种作母本,与两个抗褐飞虱的药用野生稻材料杂交,通过胚培养获得的杂种表现出野生亲本紫色柱头、长芒及抗褐飞虱等特性。钟代彬等以高产优质的栽培稻中86-44为母本,高抗褐飞虱的广西药用野生稻为父本,远缘杂交结合胚拯救,获得高抗褐飞虱的杂种植株F1,再与中86-44回交、自交获得部分株系农艺性状优良,结实正常,高抗褐飞虱的植株。 迄今为止,在药用野生稻有利基因向栽培稻的转移研究中,仍然以杂交手段结合回交手段为主。借助分子标记进行的药用野生稻多种有利性状的转移,得到了具有遗传育种研究的巨大价值和应用潜力的新种质,对药用野生稻有利基因遗传背景也进行了一些研究,但仍存在一些问题。
对药用野生稻的利用主要存在两方面的障碍:(1)分子遗传学背景不清楚。药用野生稻优良基因丰富,但具体的分子机理和遗传背景并不明确,利用时有很大的盲目性。(2)常规育种效率不高。由于药用野生稻是CC染色体组,与栽培稻的染色体组不同,亲缘关系较远,所以CC染色体组的药用野生稻与栽培稻杂交较为困难,出现了杂种不育、回交结实率低、不利基因与有利基因连锁转移、后代选择效率低、育种周期长等问题。为此,水稻育种工作者提出利用分子手段加以解决。钟代彬等指出,如何克服稻属种间有性杂交方面的生殖障碍成为必须首先解决的问题。曹孟良认为,难以利用野生稻有利基因的现状主要是由于采用常规杂交育种,而不是利用转基因技术手段来进行有利基因的转移,利用可转化大片段基因组文库可发掘野生稻有利基因,包括构建野生稻可转化大片段基因组文库,通过转基因技术,将大片段克隆导入栽培稻中,建立全基因组基因嵌入突变体库。通过突变体田间鉴定,筛选出抗寒、抗虫、抗病、高产等突变体材料,同时对控制突变性状的大片段克隆进行亚克隆、功能补偿分析和序列分析,最终克隆野生稻有利基因。
现已经建成的野生稻文库有非洲巴蒂野生稻BIBAC和TAC基因文库口”、云南药用野生稻BAC文库、云南疣粒野生稻BAC文库、东乡野生稻BI- BAC文库、小粒野生稻TAC文库瞰、药用野生稻BI- BAC文库、药用野生稻TAC文库。这些文库的建成不仅保护了野生稻资源,同时也在优异种质基因发掘研究方面起到了积极作用,如云南省农科院生物技术与种质资源研究所2007年完成了普通野生稻、疣粒野生稻和药用野生稻cDNA文库和SSH文库的构建,并从中发现和分离获得一批野生稻重要功能基因eDNA。
在实验室建立了以籼、粳稻为受体的高效离体培养体系,利用潘小芬构建的药用野生稻TAC文库(刘耀光研究员指导),以与植物逆境抗性相关的转录因子家族基因保守的eDNA序列为探针利用Southem杂交对该库进行筛选,已成功筛选出三类特异克隆;对筛选出的特异克隆进行进一步鉴定,并以这些特异克隆为供体,对粳稻及籼稻进行根癌农杆菌介导遗传转化的研究;试验初步得到百余株转化苗,经分子检测及鉴定已确定部分转化苗为阳性转化苗。对于这些转化苗材料笔者将进行更深一步的研究以期对创建水稻抗性新种质起到积极的作用。
综上所述,通过药用野生稻有利基因的发掘及利用,获得了一些极有价值的材料。虽然药用野生稻有利基因的发掘及利用方面仍存在很多问题,但对药用野生稻的挖掘与利用还有广阔的空间,应结合分子育种手段来充分利用这些有利资源,对改良水稻品种及其性状,及培育水稻新品种奠定良好的基础。

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