水稻抗褐飞虱基因qBph31(t)的克隆与抗性机理分析

Rice (Oryza sativa. L) is the main food crops in China, while brown planthopper (BPH) is one of the most serious insect pests in rice production. Use of BPH resistance genes to breed resistant rice varieties is the most efficient method in the integrated control to the pest. For protection from lost of resistance by planting varieties with single BPH resistance gene in large scale, it is necessary to further exploit resistance gene sources and clone resistance genes with different resistance spectrum in order to breed new varieties with stabler and durabler resistance through gene recombination and reaction of different BPH resistance. Based on fine mapping of BPH resistance gene qBph31(t) and development of near-isogenic lines and pyramiding lines with different genetic backgrounds, the present proposal research program focus on further cloning the qBph31(t), expounding its biological function and resistance mechanism in molecule, cell and physiology aspects, understanding its insect-resistance effect under different genetic backgrounds and effect on plant growth and development, yield and other important traits. The study results will provide theoretical basis and gene source for rice breeder of the country to carry out molecular design and accumulation of multiple resistance genes of BPH resistance varieties.

水稻是我国最主要的粮食作物，褐飞虱是水稻生产中危害最严重的害虫之一，利用抗褐飞虱基因培育抗虫水稻品种是褐飞虱综合防控中最为经济有效的方法。为防范单基因抗褐飞虱品种大面积种植后出现抗性丧失问题，有必要进一步拓宽抗褐飞虱基因的材料来源，克隆出抗性谱不同的抗性基因，不同抗性基因间相互组合和作用，将会为新育成的水稻品种提供更加稳定和持久的抗性。在前期精细定位抗性基因qBph31(t)并在培育的不同遗传背景下的近等基因系、多基因聚合系基础上，本课题旨在进一步图位克隆抗性基因qBph31(t)，从分子、细胞、生理等方面初步阐明其生物学功能及抗性机理，明确其在不同遗传背景下的抗虫效果以及对水稻生长发育、产量和其他重要农艺性状的影响，为我国水稻育种界进行抗褐飞虱分子设计育种及抗褐飞虱多基因聚合育种提供理论依据和基因资源。

褐飞虱是水稻生产中危害最严重的害虫之一，严重威胁水稻的产量。实践表明，鉴定、克隆并利用抗性基因培育抗性品种是有效防控该害虫的最佳方式。为此，本课题在前期定位抗性基因的基础上，进一步精细定位、克隆该基因，并开展抗性基因介导的抗性网络解析，同时培育一批携带单个或多个抗病虫基因的优良性状的稳定株系，获得以下几个重要结果：（1）经过大量筛选重组单株和开发分子标记，将抗性基因定位在25kb区间内，基于候选基因分析构建了转化载体，并获得转基因植株，为确认抗性基因完成关键步骤。（2）基于对褐飞虱取食响应的抗性相关基因筛选，选择并转基因验证多个基因，结果表明它们均与抗性有关，为后面抗性机理的阐述奠定基础。（3）构建了单基因和多基因抗病虫稳定的且农艺性状优良的株系，为抗性育种提供绝好的中间材料或直接用于杂交组合的配制。（4）基于课题中取得的研究进展和结果，目前已公开发表标注课题的论文6篇，其中SCI论文4篇，申请和授权发明专利各1项，且后续仍有新品种保护权和重要SCI论文产生。通过本课题的研究，新克隆的抗性基因将应用于水稻抗虫育种，为抗虫机理的研究提供非常好的基因资源和互作模型。另外，多个抗性相关基因的筛选和验证可以很好地阐释褐飞虱抗性作用的基因网络。最后，实验过程中培育的一批单抗或多抗病虫害的优良材料是抗虫水稻育种的绝好资源。