水稻地方品种群体遗传分析及其与稻瘟病菌的群体互作

Rice landrace, characterized with intra-varietal heterogeneity and resistance variation to Magnaporthe oryzae, is the most important germplasm resource in rice breeding improvement program. However, intensive research in landrace population genetic diversity is lacking. In present proposal, Yuelianggu (YLG), a popular rice landrace variety harboring excellent bio- and abiotic tolerance traits at Yuanyang County, was being widely selected from this region. Initially, a recombinant inbred lines population comprising 120 subpopulations was obtained by using single seed descent method. Experimental population will be constructed through screening and evaluated by using simple sequence repeat (SSR) fingerprinting procedure. The typical genotype will be resequenced and through genome structure comparison mining novel SNP. With massive artificial inoculation assay, to a typical YLG genotype, all Magnaporthe oryzae strains will be divided into two groups, Virulent and Avirulent subgroups. Whole genome resequencing of both these two subgroups strains will be done and genome-scale comparison be analyzed. Based on genomes global alignment of tested typical lines and its corresponding virulent/avirulent strains, we attempt to confirm or predict known/candidate pathogenic-related acceptor or avirulent genes by using genome-wide association study stratyge (GWAS). Further, field experiment of YLG typical lines and natural population will be fulfilled as schedule, disease dynamic survey and Magnaporthe oryzae races characterizing will ensure elucidate principle of rice-pathogen interaction. The promising research would facilitate rice landrace sustainable cultivation and rice core collection methodology complementary.

水稻地方品种由于具有多种优良性状，成为重要的育种种质资源，其普遍存在品种内的遗传异质性，在稻瘟病抗病表型上也存在差异。但至目前仍缺乏系统研究其群体遗传多样性的报道。本研究拟采用群体基因组学的研究策略，以选自云南红河元阳的月亮谷为材料，首先分析单粒传自交群体的遗传多样性和抗病性，对具有代表性基因型的月亮谷进行全基因组重测序，人工批量接种确定稻瘟菌群体对特定基因型的毒性频率，将稻瘟病菌群体致病性进行分组，并进行全基因组重测序，比较分析月亮谷、稻瘟病菌的基因组特点，挖掘新的单核苷酸多态性标记；另外，利用全基因组关联分析法和其他生物信息学工具推定或预测已知或候选的致病因子；最后，田间试验调查自然条件下月亮谷病害发生情况，分析单一基因型与混合基因型（自然群体）寄主与稻瘟菌的群体互作方式，探索稻瘟菌群体与地方品种互作规律，为水稻地方品种的可持续利用和完善水稻种质资源科学保护方法提供理论支持。

为阐释部分水稻地方品种持久种植机制。本研究采用群体遗传学和转录组学方法分别对来自元阳哈尼梯田的水稻地方品种月亮谷进行了群体遗传结构分析、田间稻瘟菌群体遗传研究、不同月亮谷抗感单粒传纯系对田间稻瘟菌群体的选择作用及单粒传抗感纯系对稻瘟菌穗期侵染的转录组学研究。结果表明，形态上月亮谷对稻瘟病具中抗水平，但无论是在群体内还是群体间均普遍表现出明显差异，说明不同来源的月亮谷存在抗病功能表型上的变异；遗传多样性分析显示，48对SSR引物对24个月亮谷自然群体（720个单株）共检测出91个多态位点，多态性位点百分率为77.08%，Nei多样性指数平均值为0.064，24个群体之间的遗传相似系数在0.9753-0.9866之间，群体内个体之间的遗传相似系数在0.86-1.00之间；AMOVA分析显示，以地理村寨作为自然居群单位，其变异以居群内的变异为主（63.49%），聚类分析显示，村寨群体间的遗传多样性与村寨间的地理空间距离有一定相关性；试验田间采集到的稻瘟病菌群体遗传分化明显，来自不同品种（品系）的稻瘟病菌群体遗传差异较大（p<0.05），在感病单粒传纯系上和自然群体上分离到的稻瘟菌遗传宗谱组成复杂；对来源于梯田环境与不同水稻品种（系）的稻瘟菌群体遗传结构进行SSR标记多样性分析的结果显示，梯田环境的稻瘟菌遗传多样性显著高于来源于田间种植品系，而且，来自不同水稻品种（系）的稻瘟菌群体遗传差异也较大，抗病纯系与现代品种合系22-2分离到的菌株遗传多样性最低，说明不同水稻品系（种）对环境中稻瘟菌群体产生了不同的选择压力；采用Illumina HiSeq2500测序平台对稻瘟菌人工接种穗期月亮谷抗感纯系进行转录组测序和分析，共获得127.36Gb Clean Data，各样品Clean Data均达到6.37Gb，Q30碱基百分比在91.47%及以上，基于比对结果，进行可变剪接预测分析、基因结构优化分析以及新基因的发掘，发掘新基因1,498个，其中1,116个得到功能注释。