水稻地方品种薄稻中抗稻瘟病基因Pd-bd1候选基因在亲本间的序列差异分析(2)
水稻稻瘟病抗性可分为两种类型：完全抗性和部分抗性(Poland, et al., 2009)。完全抗性的特点是寄主对某些病原生理小种是免疫的或高抗的，即同一寄主品种对同一病菌的不同生理小种具有“特异”反应或“专化”反应。一般情况下，抗病性为显性，感病性为隐性，一般由1对或几对主效基因控制。部分抗性是一种不完全抗性，寄主与病原菌以亲和的方式互作，其抗病性易受环境条件的影响，杂交后代群体多呈连续的正态分布或偏正态分布，有明显的超亲现象等。通常认为部分抗性是由微效多基因或数量性状位点（quantitative trait locus，QTL）控制的抗性，通常用病害叶面积、病斑密度和病斑的大小来评价这种抗性；部分抗性能有效降低病原菌的侵染程度，抗性比较持久稳定(Wang, et al., 1994)。
在充分利用完全抗性基因的基础上，发掘和利用部分抗性基因（QTL）资源，通过对部分抗病基因进行遗传分析，明确其抗病遗传规律，对培育更优良的、持久的稻瘟病抗性品种具有重要的理论和实践意义。到目前为止，至少报道了100个稻瘟病抗性基因。除了Pi21和Pib，其他抗性基因都有共同的结构域：核苷酸结合位点（Nucleotide-binding Site-leucine, NBS）和富含亮氨酸重复序列结构（leucine rich repeat, LRR）。这类NBS-LRR蛋白可以分为两个亚类，即曲螺旋结构（coiled-coil，CC）和Toll白介素-1受体结构（Toll/interleukin-1 receptor，TIR），然而目前还没有在单子叶植物（包括水稻）中发现TIR-NBS-LRR基因(Deyoung and Innes, 2006；Bai et al., 2002；Meyers et al., 2003)。另外，NAC蛋白是最大的一类植物中特有的转录因子，在植物生长发育中具有重要的调控作用(Olsen et al., 2005)。该类蛋也参与与植物对干旱、高盐、低温等非生物和病原菌侵染等生物胁迫的抗逆反应(Mohammed, Sharoni and Shoshi, 2013)。抗性基因编码的抗性蛋白在识别效应分子时，其主要通过LRR结构域进行识别作用。这至少100个稻瘟病抗性基因其中45%的基因来源于粳稻，51%来源于籼稻，另外4%来源于野生稻 (Sharma, et al., 2012)。抗性基因在基因组主要以单一的基因座形式或多个抗性基因形成基因簇的形式分布。
在这100个已被鉴定的基因中，大多数抗性基因以基因簇的形式分布在水稻染色体上。水稻的第6、11和12染色体分别存在一个大的基因簇(Yang, et al., 2009)。第6染色体上已定位了14个抗性基因，其中Pi-2、Pi-9、Pi-gm、Piz-5和Pi-zt等基因以抗病基因簇的形式分布于短臂近着丝粒附近(Ashkani, et al., 2016；Yang, et al., 2009；Chen, et al., 2015；Ishihara, et al., 2014)。第12染色体上已定位16个抗性基因，在其近着丝粒区域也存在一个至少有9个稻瘟病抗病基因Pi-4、Pi-6、Pi-19、Pi-20、Pi-31、Pi-32、Pi-tq6、Pi-ta和Pi-ta2组成的抗病基因簇(Yu, et al., 1991；Hayashi, et al., 1998；Li, et al., 2008；Sallaud, et al., 2003；Tabien, et al., 2000；Hayashi, et al., 2006；Bryan, et al., 2000)。大量研究表明，水稻第11染色体是包含抗性基因最多的染色体。已鉴定的在长臂的近末端区域，由Pi1、Pi7、Pi18、Pi44、Pilm2、Pik、Piks、Pikm、Pikh、Pikg和Pikp等24个以上的稻瘟病抗性基因组成基因簇(Jorgeluis, et al., 2008；Wang, et al. 1994；Chen, et al., 1999；Tabien, et al., 2000；Fjellstrom, et al., 2003；Hayashi, et al., 2006；Li, et al., 2007；Pan, et al., 1996；He, et al., 2006)。
一些地方品种与稻瘟病菌之间有着悠久的共存历史，在长期的协同进化中形成的广谱持久的稻瘟病抗性。因此，在缺乏基因交流的地方品种中发掘、鉴定新的抗病基因能够有效提高水稻抗病育种的效率(储瑞珍, 2013)。本实验室以广谱、高抗稻瘟病粳稻地方品种薄稻和感病品种苏御糯为亲本，杂交后，采用单籽传方法构建了一套由124个家系组成的RILs群体。利用稻瘟病菌株Hoku1，定位到一个主效穗瘟抗性基因Pd-bd1，位于BS83-BS80之间74.9 Kb的区域内（图1-1）对苗期叶瘟和穗瘟具有较高抗性。利用基因注释网站（http://rice.plantbiology.msu.edu/cgi-bin/gbrowse /rice/）对BS83-BS78之间74.9 Kb的区域进行候选基因预测，获得10个候选基因。分别是P1（LOC_Os11g45950）、P2（LOC_Os11g45960）、P3（LOC_Os11g45970）、P4（LOC_Os11g45980）、P5（LOC_Os11g45990）、P6（LOC_Os11g46010）、P7（LOC_Os11g46020）、P8（LOC_Os11g46030）、P9（LOC_Os11g46040）和P10（LOC_Os11g46050）（表1-1）。其中，包含一个编码NAC结构域蛋白（P1）,两个编码NBS-LRR结构域蛋白（P3、P4），一个编码von Willebrand factor type A（VWA）结构域蛋白（P5），一个未知的表达蛋白（P2和P10）及4个反转录转座子（P6-P9）。