基于GWAS的稻瘟病抗性基因克隆和功能分析

The utilization of resistance (R) genes is the most economic and effective way against rice blast disease, caused by the fungal pathogen Magnaporthe oryzae. Traditional gene mapping and map-based cloning strategies are increasingly hard to identify novel blast R genes, because of its low-density linkage map and limited mapping recombinant population. Genome-wide association study(GWAS) ）is a newly developed strategy to mapping genes in rice, which bases on a natural rice population and a high-density haplotype map of the rice genome. Using this technique, we recently identified two novel blast R gene loci on rice chromosome 7 and 9, respectively. In this proposed project, we will isolate and functionally analyze the two novel blast R genes based on our previous study. Our proposed study holds a promise to reveal the molecular genetic mechanisms of the two novel mapped blast R genes as well as to provide novel R genes for blast control.

抗病基因的利用是防治水稻稻瘟病最经济有效的方法。由于遗传图谱密度低和重组群体小，应用传统的基因定位和图位克隆分离新抗病基因的难度越来越大。在前期研究工作中，我们采用新的基因定位策略（基于自然群体和由SNP分子标记构建的高密度单倍体图谱的全基因组关联分析GWAS方法），在水稻第7和9号染色上定位到2个新的抗稻瘟病基因位点。本项目将在原有研究基础上、进一步分离和鉴定这两个新的稻瘟病抗性基因，揭示这2个新稻瘟病抗性基因的分子遗传机制，为防治稻瘟病提供新的抗性基因资源。

稻瘟病是由稻瘟菌引起的最严重水稻病害，利用水稻抗病基因是最经济有效的防治方法。本项目拟采用全基因组关联分析（GWAS）方法定位水稻抗稻瘟病基因，幷克隆新的抗病基因，为防治稻瘟病提供基础。为此，本项目组开展以下研究：.室内接种鉴定水稻多样性群体（RDP1）中246个水稻品种对110-2、193-1-1、87-4三个稻瘟菌小种的抗性表型。发现群体中粳稻平均抗性水平比籼稻好，籼稻抗性两极分化更严重。.全基因组关联分析定位水稻基因组中与稻瘟病抗性紧密关联SNP（-Log10p≥3.5）456个，归集为78个抗稻瘟病关联区域（RARB），其中20个RARB为新发现的抗稻瘟病基因位点，与已知位点重叠的RARB 58个，7个RARB已克隆基因Pish/Pi37、pi21、Pi2/9、Pi5、Pb1、Pik和Pita，证明GWAS准确性。.分析与Pik位点重叠的RARB67中紧密关联SNP-11.27515951和SNP-11.27513320在抗、感品种中的单倍型，结果显示：它们的单倍型与抗病表型关联度达到84.5%，与感病表型关联度为61.1%，表明它们与Pik位点抗性关联。PCR和测序发现稻瘟菌110-2、193-1-1、87-4基因组中含AvrPik-D基因，表明Pik与RARB67位点联锁。.以Pik基因引物PCR和测序分析抗病品种，鉴定一个与Pik、Pikm、Pi1、Piks基因组序列同源性为99%的基因，命名为Pik112，比较编码氨基酸序列发现 Pik112蛋白已知Pik等位基因蛋白不同。蛋白互作分析显示：Pik112选择性与Pik无毒基因蛋白中AvrPik-A/D/E互作，不与AvrPik-C互作，互作关系与Pikm、Pik的类似。表明Pik112为Pik位点具有抗病功能的新等位基因。.本项目研究结果将为防治水稻稻瘟病提供新的抗性基因，定位的抗病关联区域以及紧密关联SNP分别可作为抗病育种选择目标和分子标记，进一步研究Pik112信号转导将为解析水稻抗病机理提供基础。