[发明专利]一种利用植物抗病基因富集簇的分子育种方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于植物抗病育种领域，具体涉及一种利用植物抗病基因富集簇的分子育种方法。

背景技术

由于植物病害每年给农、林生产带来巨大的损失，合理有效地防治植物病害是保障农、林可持续发展所必须解决的关键问题之一。大量实践证明，开发和利用已有的植物抗病种质资源是防治植物病害最为有效的方法之一，其中又以植物抗病基因的开发与利用最为经济有效。

但到目前为止，国际、国内传统的抗病育种主要有两种途径：途径一，常规育种方法，即将优质高产的品种与抗病性强的材料杂交，然后通过不断的回交选育，最后得到抗病且优质的新品种。这一过程尽管有效，但极其耗时，因此当新品种培育出来之后，极可能对病原菌新进化产生的株系或小种表现为感病。途径二：利用基因定位、克隆、转基因的途径，目前利用最多的克隆方式为经典的图位克隆方法，即将抗病和感病的品种杂交，然后对大量的分离后代接种病菌、鉴定抗性、遗传作图等，最后在精确遗传定位的基础上进行克隆；这种方法虽然取得了一定的效果，但同样存在克隆周期长、费时费力、分离和鉴定困难，难于找到用于农业生产的有效基因。以水稻抗稻瘟病基因为例，到目前为止，全世界共克隆了20多个抗稻瘟病基因，且尚无用于生产实际的报道。追溯其主要原因，我们认为，缺乏对植物抗病基因抗病机制及田间持久抗性机制的认知所致。

植物抗病基因是植物与病原菌长期相互作用的结果，在植物的进化过程中扮演着十分重要的角色。近年来，植物抗病分子机制的研究取得了突破性进展，但从生产实践的角度看，目前植物抗病基因的研究存在三个根本问题：一是能否发现抗病基因的高效克隆方法；二是究竟能否找到广谱高抗的基因；三是多少抗病基因才能使一个品种具有田间抗性，从而使这些基因用于育种实践。由于克隆的抗病基因数量太少，因而尚不知道一个基因组有多少抗病基因？在高抗品系中是否存在广谱高抗的基因？决定品种抗性的究竟是几个主效抗病基因，还是许多个抗不同病菌小种基因的组合？这些基本问题不清楚，就不知道抗病基因抗性变化及其在基因组中分布的规律性，很难实现抗病基因的实用化。

我们另辟新径，提出了以植物与病菌共进化为基础的抗病基因克隆方法，专利申请号：201210453400.9。该方法的基本假设为，为了对付快速进化的病菌，寄主的抗病基因位点的进化也更快。反之，植物对付进化较慢的病菌(或病菌的基因)，其相应抗病基因进化也较慢。我们以水稻稻瘟病的抗性为例进行了研究，通过各种遗传参数的计算，从而估计每一个基因位点的进化速度，在水稻基因组500多个NBS-LRR基因位点中，选出了130多个进化快的位点；在10个高抗品系中系统的克隆这些位点的基因，共克隆了约1000个候选抗病基因；通过遗传转化到感病品系，最后用不同小种的稻瘟病菌鉴定其抗性。最终，我们一共获得168个功能性抗稻瘟病基因，其中含27个抗谱广、抗性强的抗稻瘟病基因。

通过对抗病基因在各个品种基因组的遗传定位分析，发现多个高抗广谱的基因位于某个高抗品种的同一个基因簇中，即抗稻瘟病基因的富集簇。这些抗病基因的富集簇，不仅为指导我们利用抗病基因富集簇进行分子抗病育种提供了理论基础，同时由于我们非常清楚这些富集簇的染色体位置、序列、来源品系等，为我们进行快速的抗病育种提供了可靠的原材料。

目前克隆的基因，还没有用于生产的成功例子。一个突出的问题是：从抗性很好的水稻供体品系中克隆的基因，其抗谱和抗性均欠佳。抗稻瘟病的基因Pi2/9就是突出的例子，其供体抗谱很广，但克隆的pi2/9单个基因的抗性则相对有限。这种现象暗示，一个抗病品种中可能含有多个抗稻瘟病基因。要使抗稻瘟病基因用于实际生产，不仅需要一定数量的广谱高抗基因，而且需要把他们组合到一起。因此，定位育成的品种，多了5-10个广谱高抗的基因，抗性强或抗性得到加强，使之可以在生产上继续使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种稻瘟病性强的利用植物抗病基因富集簇的分子育种方法及其应用。