水稻基因發(fā)掘與分子育種

1、水稻基因發(fā)掘與基因/分子育種武漢大學(xué)章志宏（2010年1月13日，根據(jù)錄音整理）（整理者：許宏廣）刖言：我很高興到這里來(lái)，首先，包括我們?cè)偅仁俏业拇蟾?，也?我在農(nóng)業(yè)廳的同事，非常感謝袁總提供給我這么一個(gè)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。今天就結(jié)合我的工作和大家做個(gè)交流。大家呢，在座的人跟生產(chǎn) 實(shí)踐更緊密點(diǎn)，所以我也經(jīng)常彳主袁總這里跑，我就是希望更多的了解 和學(xué)習(xí)到更多的一些第一線實(shí)踐上的知識(shí)。今天我講的重點(diǎn)呢，主要還是跟我們專業(yè)有關(guān)。因?yàn)橹拔腋?天講的劉教授他打過(guò)電話，咋講呢？我說(shuō)如果講我們專業(yè)的，他們好 多聽(tīng)不懂，就白講了；但是如果說(shuō)講大家聽(tīng)得懂的，那大家都是專家， 我是學(xué)生。所以我跟他討論，那就講大家

2、聽(tīng)得似懂非懂的，最后大家 能夠通過(guò)考試。那么我想通過(guò)幾方面來(lái)講。剛才提到了劉教授已經(jīng)講的這個(gè)部分， 我就簡(jiǎn)單的提一下，復(fù)習(xí)一下。為什么呢？因?yàn)榛虻陌l(fā)掘與育種， 重點(diǎn)是實(shí)際上用分子標(biāo)記技術(shù)，所以這個(gè)分子標(biāo)記技術(shù)在育種應(yīng)用上 是個(gè)很重要的一項(xiàng)很實(shí)用的技術(shù)。所以呢要提一下。那么重點(diǎn)的講詳 細(xì)點(diǎn)就是這兩個(gè)部分。一個(gè)是稻瘟病其抗病性和抗病基因的發(fā)掘。那 么這個(gè)呢是我們目前正在做的一項(xiàng)工作，大家比我更了解。近20多年來(lái)中國(guó)水稻育種的探索1、中國(guó)水稻生產(chǎn)的發(fā)展中國(guó)水稻的生產(chǎn)和發(fā)展，這個(gè)大家可能比我更了解。主要是三個(gè) 時(shí)期，一個(gè)是解放初期的恢復(fù)期。那么這個(gè)時(shí)候水稻單產(chǎn)的年平均增 長(zhǎng)率呢在百分之四點(diǎn)幾，最主要

3、的是在61年到84年，24年所謂的 黃金增長(zhǎng)期。那么這個(gè)時(shí)候呢，連續(xù)24年水稻的單產(chǎn)平均年均增長(zhǎng) 率在百分之四點(diǎn)幾。那么從84年后，我這里顯示的是到94年，這個(gè) 期間水稻單產(chǎn)的年增長(zhǎng)值都是百分之零點(diǎn)零幾。那么從這個(gè)圖片來(lái)看呢，這個(gè)前面是黃金增長(zhǎng)期，這個(gè)斜率是很 大的，好那么從84年之后呢斜率就變平了，甚至于呢到94年之后呢， 那么是有增有減的，那么盡管在這個(gè)時(shí)期還有所謂的超級(jí)稻的發(fā)展， 實(shí)際上呢我們的單產(chǎn)水平并沒(méi)有提高。也就是說(shuō)從84之后那么我們 水稻生產(chǎn)的單產(chǎn)水平是處在一個(gè)徘徊期的。2、24年水稻單產(chǎn)黃金增長(zhǎng)期的兩大動(dòng)力那么我們回顧這24年的黃金增長(zhǎng)期它的兩大動(dòng)力：一個(gè)是矮化 育種，大家都知

4、道；第二呢就是雜交水稻的發(fā)展。這兩大動(dòng)力，我們 說(shuō)呢，從我們分子育種的角度來(lái)說(shuō)呢，我們稱它為常規(guī)育種。那么所謂常規(guī)育種是基于性狀的表現(xiàn)型進(jìn)行選擇的一種育種方 法。那個(gè)時(shí)候的人呢，不管基因，是吧，盡管那個(gè)時(shí)候遺傳學(xué)已經(jīng)建 立了，但是想要建立基因是很困難的。在矮化育種的一個(gè)關(guān)鍵基因就是sd-1直到02年才克隆出來(lái)。當(dāng) 時(shí)做育種是不知道基因的，完全就是憑性狀，性狀的表現(xiàn)型進(jìn)行選擇。 這里用黃色表示了，是基于性狀的表現(xiàn)型進(jìn)行選擇育種。3、1984，中國(guó)水稻育種的迷茫與探索在84年之后中國(guó)水稻育種在迷茫中探索，一個(gè)很大的方面是兩 系雜交稻，我們知道兩系雜交稻是始于1973年的，在沙漠原農(nóng)場(chǎng)的 發(fā)現(xiàn)的。兩

5、系雜交稻真正進(jìn)入應(yīng)用呢，是從兩優(yōu)陪九開(kāi)始的，兩優(yōu)陪 九取代了 3163。02年開(kāi)始兩優(yōu)陪九取代了 3163成為全國(guó)面積種植最大的一個(gè)品 種。盡管如此，兩系雜交稻它的潛力，大家認(rèn)為跟當(dāng)初的雜交水稻比 并沒(méi)有上一個(gè)新的臺(tái)階，停留在一個(gè)產(chǎn)量水平上。兩系雜交稻它有它 的優(yōu)勢(shì)：主要是配種比較方便，配種不受恢保關(guān)系的限制。在三系雜交育種呢，是有一個(gè)恢保關(guān)系的問(wèn)題的，但是兩系雜交 稻就沒(méi)這個(gè)問(wèn)題。那么配種不受恢保關(guān)系的限制，育種家更有可能， 或者說(shuō)機(jī)率更大點(diǎn)選育到好的組合。再就是超級(jí)稻的探索。超級(jí)稻呢起源于日本，在81年就啟動(dòng)了所 謂超高產(chǎn)水稻育種計(jì)劃。那么隨后呢，國(guó)際水稻所開(kāi)展這個(gè)新株型的育種，就是寡分裂

6、， 少分裂，大穗。我們國(guó)家呢，在96年啟動(dòng)了超級(jí)稻的育種，但是對(duì)超級(jí)稻大家很 多人是不太認(rèn)同的。去年呢，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的朱玉紅老先生就寫(xiě)了篇文章，他就說(shuō)從 遺傳這個(gè)角度來(lái)進(jìn)行分析，矮化育種是利用了矮桿基因，遺傳上可以 認(rèn)同的，是一個(gè)突破。雜交水稻它是利用雜種優(yōu)勢(shì)，矮桿育種是一個(gè)常規(guī)稻，是一個(gè)純 系，雜交稻呢是一個(gè)雜種，它是利用了雜種優(yōu)勢(shì)，所以它的遺傳結(jié)構(gòu) 不一樣，因此這個(gè)創(chuàng)新大家也認(rèn)可?？墒菍?duì)于超級(jí)稻呢，在遺傳上，你需要什么新的基因資源，新的 遺傳結(jié)構(gòu)，你沒(méi)有。而且從產(chǎn)量潛力來(lái)看呢，也沒(méi)有上一個(gè)新的臺(tái) 階，所以對(duì)于超級(jí)稻，盡管炒得很熱，很多人不認(rèn)同這個(gè)東西，從實(shí) 際上沒(méi)有上一個(gè)臺(tái)階。當(dāng)然呢，最近

7、我們的張啟發(fā)院士，也提出了這個(gè)綠色超級(jí)稻，估計(jì)今年在科技部應(yīng)該會(huì)提交。張?jiān)菏刻岢龅倪@個(gè)綠色超級(jí)稻的概念， 也是基于基因組學(xué)上大量的基因被鑒定，被發(fā)掘，那么通過(guò)基因的具 體利用，來(lái)實(shí)現(xiàn)所謂的綠色超級(jí)稻。他認(rèn)為呢達(dá)到三個(gè)具體的目的： 1.少打農(nóng)藥；2.少施化肥；3.節(jié)水抗旱。這三個(gè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)實(shí)際上要 通過(guò)基因育種的手段來(lái)進(jìn)行。當(dāng)然這個(gè)還沒(méi)有進(jìn)入實(shí)施階段，實(shí)施效 果會(huì)怎么樣呢，這個(gè)還不好說(shuō)。植物基因組學(xué)的迅猛發(fā)展 開(kāi)啟基因育種時(shí)代1、DNA雙螺旋分子模型建立（1953）好了，在水稻育種迷茫與探索中，分子生物學(xué)的發(fā)展也非常迅速。 分子生物學(xué)的發(fā)展呢，起源于1953年，DNA雙螺旋分子模型的建立。 所謂

8、DNA呢，就是脫氧核糖核酸，通常情況下我們直接說(shuō)它DNA， 因?yàn)檫@個(gè)脫氧核糖核酸說(shuō)起來(lái)名字很長(zhǎng)。那么DNA是個(gè)什么東西呢？它是基因的載體。細(xì)胞里面有細(xì)胞 核，細(xì)胞核里有染色體，染色體的主要骨架部分就是DNA?；虻?密碼呢就在這個(gè)DNA上，所以我們就認(rèn)為DNA是遺傳物質(zhì)。遺傳 嘛，那就是追溯基因的，DNA當(dāng)然也就是基因的載體。對(duì)這個(gè)雙螺旋，分子模型的構(gòu)建呢，最初是起源于對(duì)DNA的X 射線的衍射圖。這是一個(gè)衍射圖，從這個(gè)衍射圖大家就開(kāi)始推測(cè)這個(gè) DNA的模型究竟是什么樣的。當(dāng)時(shí)呢，美國(guó)一個(gè)叫什么林的人，他 就構(gòu)建了一個(gè)模型，他認(rèn)為DNA的模型是三螺旋的，有三條鏈的這 么一個(gè)螺旋。他基于三條鏈的這

9、樣一個(gè)考慮呢，最后就走進(jìn)了一個(gè)胡 同，盡管他是美國(guó)DNA分子研究方面的權(quán)威，但是他就走進(jìn)了這個(gè) 死角?？墒蔷捅贿@個(gè)當(dāng)時(shí)才25歲，剛剛大學(xué)畢業(yè)的沃森和這個(gè)37歲做 物理學(xué)的克里克呢，他們發(fā)現(xiàn)了這個(gè)東西。這個(gè)衍射圖呢，不是他們所做，是英國(guó)的一個(gè)叫做威爾金斯實(shí)驗(yàn) 室他們所做的。他們最開(kāi)始的時(shí)候構(gòu)建模型呢，是把他作為一個(gè)三螺 旋。后來(lái)呢，沃森和克里克他們跟這個(gè)威爾金斯進(jìn)行討論的時(shí)候呢， 威爾金斯就把他們沒(méi)有發(fā)表的這個(gè)X衍射圖片給他們看了。看了之 后，他們就說(shuō)不可能是三螺旋，從這個(gè)可以看出一定是個(gè)雙螺旋。就 這么一下呢，就給了他創(chuàng)造的火花。這個(gè)雙螺旋模型就這么構(gòu)建了。那么分子模型構(gòu)建，我們知道基因在DN

10、A上，DNA的分子模型 也建立起來(lái)了。那么這個(gè)時(shí)候就開(kāi)啟了這個(gè)分子學(xué)時(shí)代的開(kāi)始。2、植物基因組學(xué)的迅猛發(fā)展好了，開(kāi)啟之后呢，那么分子生物學(xué)時(shí)代的開(kāi)始之后呢，基因組 學(xué)就發(fā)展的非常迅速了。具體在水稻上。最早還是日本啟動(dòng)水稻基因 組計(jì)劃，隨后幾個(gè)國(guó)家聯(lián)合，包括我們中國(guó)也參與了這個(gè)國(guó)際水稻研 究所的國(guó)際水稻基因的計(jì)劃，直到02年，水稻基因組的全部測(cè)序， 當(dāng)時(shí)有兩篇文章，一篇是中國(guó)的基因組測(cè)序，一個(gè)是日本基因組測(cè)序， 日本人做基因組測(cè)序，選擇的是日本的一個(gè)粳稻品種。我們國(guó)家呢，是用的這個(gè)9311，從這個(gè)圖片上看呢，這個(gè)是很 典型的我們國(guó)家云南的水植水稻的梯田嘛。好了，這個(gè)水稻基因組圖 的框架公布之后，

11、我們?cè)賮?lái)鑒定水稻的基因，大量的發(fā)現(xiàn)水稻的基因 就變得非常方便了。所以呢，這個(gè)時(shí)候水稻基因的鑒定出現(xiàn)了一系列 的成果，是在我們國(guó)家。3、中國(guó)科學(xué)家冰稻基因克隆成果豐碩中國(guó)人是非常厲害的，只要是中國(guó)人參與的事情那就搞得紅紅火 火。這個(gè)水稻的基因呢，最開(kāi)始是在03年由中國(guó)水稻遺傳所李嘉陽(yáng) 教授在自然雜志上發(fā)表的一篇文章，我們一個(gè)叫Moc1的基因， 管寡分裂的基因。我們剛才說(shuō)了，國(guó)家水稻研究所的新株型育種就是 考慮到這個(gè)寡分裂，他們就將這個(gè)基因給克隆出來(lái)了。這是比較早的 了，08年又有很多基因被中國(guó)科學(xué)家所克隆。這個(gè)基因叫G九H7，是 由張啟發(fā)院士，他們那個(gè)團(tuán)隊(duì)所克隆的。它控制水稻的抽穗期，控制 株高

12、和穗子的大小，一個(gè)基因同時(shí)控制多個(gè)性狀。文章也是發(fā)表在Nat Genet上面，就是Nature的系列刊物。這個(gè)是08年發(fā)表在Nat Genet上的文章，是克隆水稻的匍 匐性基因。野生稻是匍匐生長(zhǎng)的，當(dāng)馴化為栽培稻時(shí)候呢是直立生長(zhǎng) 的。這個(gè)基因分別在北京的中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)被克隆出來(lái)。同時(shí)呢，上海 的植生所也把這個(gè)基因同時(shí)克隆出來(lái)。發(fā)表在同一篇雜志的同一期上 面。這是1364頁(yè)，1365頁(yè)，連續(xù)的。同一期上呢，還有這么一篇文章，也是由上海水生所他們所做的 這個(gè)灌漿的基因。這個(gè)呢是灌漿不好的，所以呢形成了大量的惡白。 這個(gè)是灌漿好的，米粒很透明。這個(gè)顯示的是胚乳的淀粉的結(jié)構(gòu)，這 個(gè)呢大家都知道他們?cè)跂|北

13、做粳稻的高產(chǎn)育種是直立穗，粳稻和小麥 的穗子一樣是直立的，南方釉稻品種的穗子都是彎曲的。直立穗這個(gè) 基因也被中國(guó)科學(xué)院的遺傳所，跟他們合作也將它克隆出來(lái)了，發(fā)表 在Nat Genet上，這是09年發(fā)表的文章。所以呢，中國(guó)科學(xué)家就是厲害，只要是中國(guó)人參與，大量的基因 被克隆出來(lái)。好，我們講分子育種，或者叫基因育種，這個(gè)是一個(gè) 概念不同的說(shuō)法。所謂基因育種就是針對(duì)基因的操作來(lái)進(jìn)行水稻品種 的改良，也可能是對(duì)植物，也可能是對(duì)動(dòng)物，是直接對(duì)基因來(lái)進(jìn)行操 作的，因?yàn)榛蚰厮旧硪彩且粋€(gè)大的分子，我們也稱他為分子育種， 所以呢基因育種與水稻育種是一個(gè)概念。4、基因育種:通過(guò)對(duì)基因的操作實(shí)現(xiàn)品種改良但是基因

14、育種的技術(shù)呢就是這個(gè)東西，要大量的基因能夠被挖掘 出來(lái)，那么這個(gè)所謂挖掘出來(lái)有幾個(gè)方面，一個(gè)是：做遺傳鑒定。我 知道這個(gè)基因的表現(xiàn)型，它起什么作用，它的遺傳鑒定；第二個(gè)呢， 做分子標(biāo)記的定位，如果說(shuō)我們能夠找到跟這個(gè)基因分子連鎖很緊密 的分子標(biāo)記，那么我們就可以通過(guò)分子標(biāo)記輔助育種來(lái)利用這個(gè)基 因，不一定非要把它克隆出來(lái)。用分子標(biāo)記輔助育種呢，只要我能夠 找到跟這個(gè)基因緊密連鎖的標(biāo)記，我就用這個(gè)標(biāo)記來(lái)追蹤這個(gè)基因。 當(dāng)然了，在基因定位了之后，然后還可以做基因的克隆，然后做基因 功能的分析，如果是要做轉(zhuǎn)基因，那么一定是這個(gè)基因被克隆分離出 來(lái)了，才能用來(lái)做轉(zhuǎn)基因，沒(méi)用克隆分離出來(lái)，你轉(zhuǎn)基因用什么

15、東西 來(lái)轉(zhuǎn)呢？所以呢，以基因的發(fā)掘?yàn)榛A(chǔ)，我們談分子育種或者基因育種主 要是這兩個(gè)方面：一個(gè)是分子標(biāo)記輔助育種，一個(gè)是轉(zhuǎn)基因育種。轉(zhuǎn)基因育種一定要要求這個(gè)基因被克隆出來(lái)，那么轉(zhuǎn)基因育種的 它的優(yōu)勢(shì)在哪里呢？不管你這個(gè)基因是什么來(lái)源，你從細(xì)菌來(lái)源也 好，從動(dòng)物來(lái)源也好，從植物來(lái)源也好，甚至人工合成的基因也好， 都可以拿來(lái)轉(zhuǎn)基因，我們做水稻轉(zhuǎn)基因，都可以轉(zhuǎn)到水稻上面去。比 如說(shuō)這個(gè)抗螟蟲(chóng)的育種的必須基因，是芽孢桿菌的基因，毒蛋白的基 因，把他轉(zhuǎn)到水稻上面去，最大的優(yōu)勢(shì)不受物種的限制，不管是從哪 來(lái)的基因，都可以用來(lái)轉(zhuǎn)基因，好，如果說(shuō)是做分子標(biāo)記輔助育種， 它的要求比較低，門檻比較低，我只要能夠做到

16、基因定位，分子標(biāo)記 定位之后呢，我這個(gè)基因就可以用，可用呢，是通過(guò)雜交回交的途徑 來(lái)實(shí)現(xiàn)的，那么既然是要雜交和回交，我們說(shuō)水稻品種之間可以雜交， 是吧？有些野生稻種和栽培稻種之間也可以進(jìn)行雜交，但有些就不 行，好，那么更遠(yuǎn)一點(diǎn)，雜交就不親和了。所以分子標(biāo)記輔助育種它 的門檻低一點(diǎn)，但是對(duì)這些基因的利用就受雜交親和力的限制，雜交 不親和，那么那個(gè)基因就沒(méi)有辦法導(dǎo)入過(guò)來(lái)；雜交親和了，那么那個(gè) 基因才能導(dǎo)入過(guò)來(lái)，因此呢只能夠用它的同種或者說(shuō)近源雜交親和的 種類才能夠把基因?qū)脒^(guò)來(lái)。三、DNA標(biāo)記技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用1、基因?qū)W說(shuō)DNA標(biāo)記技術(shù)，昨天劉教授已經(jīng)講到這個(gè)問(wèn)題了，我簡(jiǎn)單的講 一講。這個(gè)DNA標(biāo)記

17、技術(shù)我們要從基因?qū)W學(xué)說(shuō)說(shuō)起?；?qū)W學(xué)說(shuō)最 初是在上個(gè)世紀(jì)初由美國(guó)的科學(xué)家摩爾根他所建立的。那么在這個(gè)時(shí) 期的時(shí)候人們呢，我們已經(jīng)知道基因是在染色體上面的，當(dāng)然那個(gè)時(shí) 候還沒(méi)有具體到DNA，但是我們已經(jīng)知道基因是在染色體上的?；蛟谌旧w上，相互之間是什么關(guān)系，那個(gè)時(shí)候不知道。摩爾 根呢，是利用了那個(gè)果蠅。那個(gè)果蠅呢，在我們遺傳學(xué)課程里是一個(gè) 重要的模式生物。用果蠅做本科生實(shí)驗(yàn)是一個(gè)很經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)。果蠅呢 是一種很常見(jiàn)的但是好多人不知道那是果蠅，包括我在上學(xué)的時(shí)候也 一樣，見(jiàn)過(guò)，但是不知道那就是果蠅。其實(shí)果蠅在我們廚房里面，夏 天大量的存在。它就喜歡比如我們的剩飯長(zhǎng)霉了，你再一看上面有那 個(gè)小蟲(chóng)子

18、，那就是果蠅。那個(gè)水果攤，邊上的那個(gè)爛水果特別多，果 蠅呢就喜歡吃那個(gè)東西。上面的大量的飛著的那個(gè)小蟲(chóng)就是果蠅。摩爾根就是玩了這個(gè)果蠅，玩出了基因?qū)W說(shuō)。他建立基因?qū)W說(shuō)就 提出了基因是在染色體上，每一個(gè)基因在染色體上都有一個(gè)特定的座 位，它這個(gè)位置是相對(duì)固定的。他當(dāng)時(shí)不說(shuō)是相對(duì)固定，說(shuō)的是固定 的：基因在染色體上座位固定，并且成直線排列。我們剛才看的呢， 這不是染色體么？這里面就直線排列著一個(gè)一個(gè)的基因。當(dāng)然，后來(lái) 發(fā)現(xiàn)了這個(gè)轉(zhuǎn)座子，也叫跳躍基因。這是美國(guó)的一個(gè)老太婆叫邁克林 托克斯，她當(dāng)時(shí)就發(fā)現(xiàn)這個(gè)基因是可以跳躍的。不過(guò)摩爾根當(dāng)初建立 學(xué)說(shuō)，說(shuō)基因的位置是固定的?？墒悄?，邁克林.托克斯，美國(guó)的

19、一位老太婆，現(xiàn)在剛過(guò)世，終 生未娶，她做研究的時(shí)候就發(fā)現(xiàn)這個(gè)基因是可以跳動(dòng)的，當(dāng)時(shí)就稱之 為跳躍的基因?？墒钱?dāng)時(shí)她發(fā)現(xiàn)這個(gè)基因的時(shí)候，她是受到冷遇的， 人們覺(jué)得她是不是瘋了。人家摩爾根都說(shuō)基因在染色體上的位置是固 定的。她怎么發(fā)現(xiàn)這個(gè)基因可以跳呢。所以當(dāng)時(shí)是受到冷遇的當(dāng)然 后來(lái)還是獲得了人們的認(rèn)可，獲得了諾貝爾獎(jiǎng)?，F(xiàn)在我們稱這個(gè)跳躍 基因?yàn)檗D(zhuǎn)座子，有很多的用途。它會(huì)導(dǎo)致一系列的遺傳變異。那個(gè)不 說(shuō)，我們還是從這個(gè)基因?qū)W說(shuō)開(kāi)始。盡管有跳躍基因的發(fā)現(xiàn)，基因?qū)W 說(shuō)還是經(jīng)典的，絕大多數(shù)基因在染色體上，直線排列，位置是固定的。2、水稻經(jīng)典遺傳圖譜好，既然是有這么個(gè)學(xué)說(shuō)出來(lái)，我們就應(yīng)該能夠構(gòu)建遺傳圖譜了。

20、 比方說(shuō)這是一條染色體，我們上面標(biāo)的是2號(hào)染色體。既然這個(gè)是染 色體，基因在上面都有座位，直線排列。那么我們就能夠繪出這樣一 個(gè)遺傳圖來(lái)，對(duì)吧？因此呢，當(dāng)初他的基因?qū)W說(shuō)出現(xiàn)之后，那么我們?cè)谒旧?，基?對(duì)水稻的一系列的認(rèn)識(shí)，比方說(shuō)這個(gè)蠟質(zhì)基因，就是糯米的基因了。它的這個(gè)基因在哪條染色體上，它跟其它的基因座位是個(gè)什么樣的方 式，所以呢我們就繪出了所謂的基因點(diǎn)了。這就是基因圖譜。一條染色體上面的基因，這是基因的符號(hào)，這 是基因之間的距離。具體的我們用遺傳距離來(lái)表示。這個(gè)經(jīng)典遺傳圖 譜呢，以形態(tài)性狀的基因?yàn)闃?biāo)志的。這個(gè)形態(tài)性狀的基因，作為遺傳 標(biāo)記，我們就稱它為形態(tài)學(xué)遺傳標(biāo)記。因此呢，用形態(tài)學(xué)遺傳標(biāo)

21、記繪 出的圖譜，我們現(xiàn)在就稱它為經(jīng)典的圖譜。之所以經(jīng)典呢，過(guò)去建立 了比較好的這種圖，作為現(xiàn)在來(lái)說(shuō)就已經(jīng)過(guò)時(shí)了?；蛟谌旧w上， 他們的位置和距離都給繪制出來(lái)，這就是水稻的遺傳圖譜。這是最初的遺傳圖譜，大量的工作都是日本人做的。這個(gè)圖譜呢 就有一個(gè)很大的問(wèn)題，這就是因?yàn)樾螒B(tài)學(xué)遺傳標(biāo)記的局限性。所謂形 態(tài)學(xué)遺傳標(biāo)記，基于對(duì)性狀的認(rèn)識(shí)，既然是有性狀，它是有對(duì)應(yīng)的基 因。我們能夠看到的這些形態(tài)變異，在水稻上面呢還是不夠。因此呢， 繪出來(lái)的遺傳圖譜，這個(gè)密度就不夠，這是一個(gè)。第二個(gè)呢，形態(tài)學(xué)性狀呢，必須發(fā)育到某個(gè)特定的時(shí)期才能看到。 比方說(shuō)我們要看這個(gè)蠟質(zhì)基因，也就是糯米的這個(gè)基因呢，要等成熟 才能看

22、得到。苗期植株的時(shí)候是看不到的吧。所以呢，形態(tài)學(xué)遺傳標(biāo) 記要想繪出一個(gè)高密度的遺傳圖譜呢，就不可能。這個(gè)所謂遺傳圖譜呢，就像一張地圖一樣的。這個(gè)圖譜有什么用， 為什么一定要去繪這個(gè)圖譜？這就像一個(gè)地圖一樣的，我們發(fā)現(xiàn)了新 大陸，那么首先呢是對(duì)這個(gè)新大陸的記錄。我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新基因也 一樣，我們要想發(fā)掘基因，首先我們要繪制它的遺傳圖譜。地圖找出 來(lái)了，我們?cè)俚降貓D上去找這個(gè)基因?？墒悄?，用這個(gè)形態(tài)性狀的基 因?yàn)闃?biāo)記，進(jìn)行圖譜的繪制，這個(gè)工作呢，可以繪一個(gè)基本的大致的 圖，但是用起來(lái)基本上還是沒(méi)有太大的作用。3、DNA分子標(biāo)記知道了分子生物學(xué)的建立對(duì)DNA雙螺旋的分子模型構(gòu)建之后， 那是53年了，

23、到80就發(fā)現(xiàn)出來(lái)了分子標(biāo)記DNA分子標(biāo)記，我就 不用展開(kāi)，大家反正聽(tīng)一遍，過(guò)一遍就行了。我們?cè)谒旧洗罅渴褂?的就是叫SSR標(biāo)記，又叫微衛(wèi)星標(biāo)記，這個(gè)我是用紅色標(biāo)記的。除 了這個(gè)標(biāo)記外呢，還有很多種其他的標(biāo)記。我們要對(duì)基因進(jìn)行定位和 精細(xì)定位的時(shí)候呢，我們可能要聯(lián)合用到多種不同的標(biāo)記。但是通常 情況下，如果說(shuō)我們只是要做粗略的定位呢，SSR標(biāo)記就可以了，用 起來(lái)比較簡(jiǎn)單，標(biāo)記數(shù)也很多，所以呢在水稻上面，不管是構(gòu)建DNA 指紋圖譜，還是做基因定位，首先所用到的呢就是SSR標(biāo)記，又叫 微衛(wèi)星標(biāo)記。4、DNA聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）介紹這個(gè)SSR標(biāo)記之前呢，先介紹一下這個(gè)PCR，這個(gè)昨天劉 老師介紹

24、到了吧。這個(gè)呢我們就不再具體的講。所謂PCR呢，簡(jiǎn)單 的說(shuō)就是DNA聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，它是用來(lái)對(duì)DNA的某個(gè)特定區(qū)帶 體外進(jìn)行擴(kuò)增的一個(gè)反應(yīng)。那么呢它的發(fā)現(xiàn)者呢就是這個(gè)叫Mullis 的人。他得了諾貝爾獎(jiǎng)，很多科學(xué)家都不服氣，為什么呢？他當(dāng)初發(fā) 明這個(gè)PCR的時(shí)候是一家公司的一個(gè)小職員，而且是吊兒郎當(dāng)?shù)模?吊兒郎當(dāng)?shù)男÷殕T他發(fā)明了這個(gè)PCR技術(shù)，可是現(xiàn)在是大量的使用， 在基因發(fā)掘和基因功能鑒定上是大量的使用，小混混得了諾貝爾獎(jiǎng)。 這在美國(guó)是典型的咯。5、SSR標(biāo)記的檢測(cè)原理SSR,昨天劉老師講了，我不知道他的具體的程度，我們也簡(jiǎn)單 的過(guò)一下。這個(gè)SSR呢是用PCR技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)增的。比方說(shuō)我們?cè)谶@

25、里繪出來(lái)的是一對(duì)染色體，水稻是12對(duì)染色體，我們呢假設(shè)繪出了 一對(duì)，這個(gè)呢是一個(gè)特定的DNA區(qū)段。這是一個(gè)品種，我們稱為P1， 這是另外一個(gè)品種，我們稱為P2。同樣的這個(gè)區(qū)段，我們從這個(gè)圖 上看呢，這個(gè)要長(zhǎng)一些，這個(gè)要短一些。我們通過(guò)PCR擴(kuò)增出來(lái)， 如果你不擴(kuò)增，電泳的時(shí)候那個(gè)量太少了，你看不到。擴(kuò)增之后，量 大量增加，電泳之后，我們就可以肉眼看得到。這個(gè)擴(kuò)增之后呢，然 后再電泳。電泳之后呢，這是這個(gè)P1親本的，它這個(gè)帶呢，比較小， 電泳的時(shí)候就跑的比較快一些。這個(gè)分子比較大，它就跑的比較慢。 好，快慢不一樣，實(shí)際上反映的是它的分子的大小不一樣，不一樣呢 就有差別，這種差別我們就稱之為多態(tài)性

26、。等于說(shuō)這一個(gè)特定的區(qū)帶， 在這兩個(gè)品種之間有差異，我們稱之為有多態(tài)性。有多態(tài)性的這種標(biāo) 記就可以使用了。這就是用RM432，一個(gè)SSR分子標(biāo)記的編號(hào)。1到14呢是14 個(gè)不同的水稻品種。我們用這個(gè)標(biāo)記將這14個(gè)水稻品種測(cè)定的DNA 片段都給擴(kuò)增出來(lái)。然后跑電泳，這是一個(gè)真實(shí)的電泳圖，上一頁(yè)是 模式圖。這個(gè)不同的品種的片段大小都不一樣，最小的就是這一勻 號(hào)品種，其次呢是1號(hào)和2號(hào)；6號(hào)跟7號(hào)；10號(hào)，12號(hào)到14號(hào)， 他們的片段大小都是一樣的。一樣大小的，我們就說(shuō)1號(hào)品種和2號(hào) 品種是沒(méi)有差異的，就沒(méi)有多態(tài)性，叫單態(tài)。2號(hào)品種和3號(hào)品種就 不一樣，3號(hào)品種的帶，跟9號(hào)品種的帶大小一樣，最后一個(gè)

27、帶是4 號(hào)，5號(hào)和10號(hào)品種，我們用這樣一個(gè)標(biāo)記對(duì)這14個(gè)品種的SSR進(jìn) 行檢測(cè)，得出四種不同的帶，一種是這條帶，一種是這條帶，再一種 是這條帶，再一種是最后這一條。這個(gè)標(biāo)記在不同的品種之間，這個(gè) 多態(tài)性還是很好的，可以獲得四種不同的帶。這四種不同的帶有時(shí) 候我們稱為四種不同的基因。但是呢，這個(gè)基因是在一個(gè)座位上的， 稱之為等位基因。6、實(shí)例：應(yīng)用SSR標(biāo)記鑒定雜交稻真假雜種在這里呢，我分別要用到培矮64S跟93-11，它的帶就不一樣， 因此呢，這個(gè)標(biāo)記呢就可以用來(lái)鑒別這兩個(gè)品種了。那么分子標(biāo)記的 應(yīng)用，它大量的是用來(lái)鑒定基因。但是呢，在我們種子行業(yè)呢，應(yīng)用 的比較廣泛，比如說(shuō)鑒別雜交稻的真假

28、雜種，這里呢我舉一個(gè)兩優(yōu)陪 九的例子。這個(gè)P64,大家知道是不育系，這個(gè)是93-11，是恢復(fù)系。 那么不育系跟恢復(fù)系雜交，F(xiàn)1雜種就是兩優(yōu)陪九剛才那個(gè)標(biāo)記不是 在這兩個(gè)親本間有多態(tài)性嗎？我們就要用這個(gè)標(biāo)記來(lái)檢驗(yàn)這個(gè)真假 雜種了。檢驗(yàn)的結(jié)果呢是這樣的，這是一個(gè)模式圖OP64它的帶跑得 快一些，9311呢，跑得慢一些，有差異，有多態(tài)性，就能用，它的 雜種呢，分別繼承了這兩個(gè)親本的這兩個(gè)區(qū)域吧。因此這兩條帶都能 檢驗(yàn)出來(lái)，這條帶就是這條帶，它就是來(lái)源于它，后面這條帶呢，就 是來(lái)自于P64.它是雙帶，而且一個(gè)帶跟這個(gè)親本一樣，一個(gè)帶跟9311 一樣。是這樣的呢，那就是真雜種。否則就不是真雜種。這個(gè)呢是

29、別人做的一張圖，也是用來(lái)檢測(cè)兩優(yōu)陪九的。他就取了 100粒種子，然后用這個(gè)標(biāo)記，PCR跑電泳。這就是一張電泳圖片了。他電泳的時(shí)候呢，他點(diǎn)了兩次樣，這個(gè)時(shí)候我們只看一次樣。這 一個(gè)是親本的，P64的帶在這，跑的要快一些。這個(gè)呢是9311的， 這個(gè)帶要慢一些。這是兩個(gè)親本，后邊呢就是一粒一粒的雜交種子。 如果說(shuō)這兩條帶是雙帶，同時(shí)呢這兩個(gè)帶又跟兩個(gè)親本帶是一樣的， 這個(gè)呢就應(yīng)該是真雜種了。我們一直看過(guò)來(lái)，看到這個(gè)箭頭這個(gè)地方， 這個(gè)呢只有一條單帶，跟這個(gè)不育系可能就是一樣的，它沒(méi)有恢復(fù)系 的那條帶。那說(shuō)明它就是一個(gè)假雜種了，不育系的假雜種。再看這一 條帶，跟恢復(fù)系9311是一樣的，但是呢就沒(méi)有不育

30、系的帶，所以呢 它是來(lái)源于恢復(fù)系的。所以呢也是一粒假雜種。所以呢，這些打箭頭 的都是一些假雜種。這樣他做了 100粒種子，其中有3株是不育系的 假雜種，另外有4株是來(lái)源于恢復(fù)系的。這是用了一個(gè)標(biāo)記來(lái)進(jìn)行真假雜種的檢測(cè)，這個(gè)時(shí)候呢大家可能 會(huì)考慮，這個(gè)假雜種除了不育系的混雜和恢復(fù)系的混雜之外，還有機(jī) 械混雜還有串粉的混雜等等多種因素造成的混雜。比方說(shuō)是串粉混雜的，那會(huì)是一個(gè)什么結(jié)果呢？串粉混雜，那就 是說(shuō)其他的花粉，飛到不育系的這個(gè)植株上，跟不育系雜交，結(jié)出的 雜種吧。那么這個(gè)時(shí)候呢，不育系的雜種這條帶還應(yīng)該存在，又多了 一條飛來(lái)的那個(gè)親本的帶。那么飛來(lái)的這個(gè)花粉的帶，是哪一條帶， 你哪知道呢，

31、誰(shuí)知道從哪飛來(lái)的。所以這個(gè)時(shí)候呢我們要檢測(cè)這種因 素的真假雜種，那就要用更多的分子標(biāo)記來(lái)做，用這一個(gè)分子標(biāo)記是 不夠的。這個(gè)呢是我們跟一家公司做真假雜種的檢測(cè)的，開(kāi)始呢我們用了 幾個(gè)標(biāo)記來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，這里我們來(lái)看，前面有兩粒種子是他給我們的 標(biāo)準(zhǔn)種子，以他們作為對(duì)照，他沒(méi)有給親本我們。這兩粒標(biāo)準(zhǔn)種子的 帶呢，這里是單帶，上面的這條帶我們不管它，我們就看這條帶。后 面的就是雜種了，我們看這個(gè)雜種的帶呢跟這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)種子的帶都一 樣，但是呢，這粒種子就不一樣，所以呢，我們用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)呢在這里 檢測(cè)出一粒假雜種，再后面呢就沒(méi)有了。所以呢在這次電泳上面呢， 他是做了 94粒雜種的檢驗(yàn)，94粒當(dāng)中呢，檢出了一

32、粒假雜種。這是用了一個(gè)標(biāo)記。這個(gè)時(shí)候呢得出的結(jié)論是在94粒當(dāng)中至少 有一粒假雜種。這里說(shuō)的是至少一粒，最多有多少呢？這個(gè)時(shí)候是無(wú) 法下結(jié)論的。所以呢最后我們用了第二個(gè)標(biāo)記，結(jié)果是一樣的?？墒?呢，我們后面又上了幾個(gè)標(biāo)記，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題就很大了。這個(gè)是點(diǎn)了兩次 樣的，我們就看下面的這次點(diǎn)樣的。前面這兩個(gè)，是標(biāo)準(zhǔn)種，是單帶 的?？墒呛竺娴陌l(fā)現(xiàn)大量的都是雙帶，這個(gè)單帶也有，比方說(shuō)這個(gè)就 是單帶，跟它的標(biāo)準(zhǔn)種子是一樣的。所以呢這個(gè)時(shí)候我就看糊涂了，按說(shuō)跟標(biāo)準(zhǔn)種子一樣的，那就是 真雜種，但是有個(gè)前提，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)種子沒(méi)有搞錯(cuò)。標(biāo)準(zhǔn)種子一定沒(méi)搞 錯(cuò)。這個(gè)時(shí)候呢，大部分都是不一樣的，那就是說(shuō)絕大部分都是假雜 種。所以

33、呢，當(dāng)時(shí)他叫我們檢測(cè)我們就真實(shí)的把這個(gè)結(jié)果報(bào)告給他。 至于說(shuō)他給我們的標(biāo)準(zhǔn)種子，他搞錯(cuò)沒(méi)有我們就不知道了，對(duì)不對(duì)， 反正我們就這么一個(gè)結(jié)果。通過(guò)這個(gè)例子呢，我就是說(shuō)，我們要用一 個(gè)標(biāo)記來(lái)檢測(cè)真假雜種呢，只適合于不育系和恢復(fù)系的。機(jī)械混雜的， 隨意串粉混雜的，這樣的混雜就需要用更多的標(biāo)記來(lái)檢測(cè)了。用的標(biāo) 記越多，越可靠，但是工作量就越大。當(dāng)然現(xiàn)在還有人用DNA標(biāo)記來(lái)做水稻指紋圖譜的，那么他是用 了 24個(gè)SSR的標(biāo)記，原理呢跟我們剛才說(shuō)的都是一樣的。稻瘟病及其抗病基因的多樣性1、稻瘟病及其危害再下來(lái)我們講一講這個(gè)稻瘟病。這個(gè)稻瘟病到家都知道，在田間 大家比我看的還多，是水稻的三大病害之一。感染稻

34、瘟病的是一種真菌，我們稱他為稻梨孢菌，就是這個(gè)樣子。它的這個(gè)孢子呢，是一個(gè)梨狀的，所以叫稻梨孢菌。稻瘟病的種類我 們根據(jù)它感病的部位的不同，而分為苗瘟，葉瘟，穗瘟，節(jié)瘟，粒瘟。 在苗期感病，我們稱為苗瘟，在葉子上感病叫葉瘟，在莖節(jié)上感病， 我們稱為節(jié)瘟，在粒子上感病稱為粒瘟。這個(gè)呢是在穗頸上，叫穗瘟。 這里呢，最致命的就是這個(gè)穗頸瘟。這一個(gè)圖片呢，是今年我們到浠水的這一個(gè)農(nóng)戶去看，千真萬(wàn)確 的，電話號(hào)碼都有，遠(yuǎn)看呢，這個(gè)很好啊，是吧，青枝綠葉的嘛，這 個(gè)抽穗了，從這里看我們說(shuō)是葉青籽黃，可是近看呢，也是黃了，黃 了呢是一個(gè)土語(yǔ)了，打箭頭的穗頸這個(gè)地方80%以上都是穗頸瘟。這 個(gè)穗頸瘟大部分都是

35、白帶，少數(shù)低了頭的穗頸瘟呢，也有少量不飽滿 的結(jié)實(shí)。所以基本上是全田無(wú)收，是絕收啊。所以這個(gè)最要命的就是 穗頸瘟，穗頸瘟呢反應(yīng)的是在抽穗，抽穗當(dāng)初，很容易感染。穗頸瘟 呢通常就是白穗，一定都是無(wú)收的。2、稻瘟病菌生理小種（致病型）的分化我們說(shuō)稻瘟病，它有三要素，一個(gè)是病原菌，發(fā)病得有病原菌， 沒(méi)有病原菌，它不會(huì)發(fā)病。第二個(gè)呢得有寄主，得有水稻啊。稻瘟病 在水稻上發(fā)病，當(dāng)然了這個(gè)稻瘟病并不是專一的感染水稻，它還有感 染其他的雜草，還感染大麥。我們張啟發(fā)院士做稻瘟病就是把大麥拿 來(lái)做對(duì)照。第三個(gè)呢，發(fā)病還得有環(huán)境條件，才會(huì)發(fā)病。并不是說(shuō)有 了水稻寄主它就會(huì)發(fā)病。在我們湖北呢，基本上都是感病的，但是

36、并不是常年大面積發(fā)生， 為什么呢，他有一個(gè)條件的問(wèn)題。所以稻瘟病，包括其他的病害和蟲(chóng) 害，也是這么一個(gè)道理，帶有這么一個(gè)三要素：病原菌，寄主和環(huán)境 條件。對(duì)于稻瘟病來(lái)說(shuō)，也就是說(shuō)在室溫，寡照，高濕的條件下，容 易發(fā)病。這個(gè)我們不說(shuō)高溫高濕，為什么呢？真正高溫的時(shí)候它不發(fā) 病，28度以上很少發(fā)病的，但是25，26度，這個(gè)時(shí)候呢，最容易發(fā) 病。所以呢它是室溫寡照，在山區(qū)，濕度大，容易發(fā)病。這個(gè)呢是它的孢子，稻瘟菌的孢子在葉片上，感染葉片的一個(gè)顯 微圖。它最初是要通過(guò)這個(gè)結(jié)合孢來(lái)感染到葉片上去的。這個(gè)稻瘟病， 它的麻煩在哪里呢？它的生理小種很多，不同的生理小種，感染能力 不一樣，并且它跟基因之間有一

37、種基因?qū)虻募僬f(shuō)。我們解釋病原 菌跟寄主之間它們是個(gè)什么樣的相互關(guān)系呢？基因?qū)颉．?dāng)這個(gè)水 稻有這個(gè)抗病基因，跟這個(gè)抗病基因相對(duì)的稻瘟病有個(gè)無(wú)毒基因，這 個(gè)時(shí)候呢，水稻品種就表現(xiàn)出抗病來(lái)。1）稻瘟病菌生理小種的鑒別在水稻當(dāng)中有眾多的抗病基因，在稻瘟病里呢也有眾多的不同的 基因，有大量的不同生理小種的分化，這個(gè)呢在七幾年和八幾年在全 國(guó)做了聯(lián)合鑒定，鑒定出了多少群多少種。當(dāng)然了，這個(gè)只是一個(gè)粗 略的估計(jì)。對(duì)于一個(gè)特定的地區(qū)，特定的時(shí)期來(lái)說(shuō)，我們說(shuō)有一個(gè)菌 群結(jié)構(gòu)的問(wèn)題。我們不是說(shuō)有不同的生理小種嗎？我們對(duì)于一個(gè)特定 的地區(qū)特定的時(shí)期來(lái)說(shuō)，假如說(shuō)鑒定出了20個(gè)生理小種，這些生理 小種它所占據(jù)的

38、比例是不一樣的。我們?nèi)珖?guó)五十六個(gè)民族，不同民族 的比例是不一樣的，漢族是優(yōu)勢(shì)種族，是吧？稻瘟病菌它也有一個(gè)菌 群的結(jié)構(gòu)，它有眾多的生理小種，好，在這一個(gè)特定的地區(qū)來(lái)說(shuō)，一 定的時(shí)期，不同的小種，它占的比例不一樣。占比重大的，我們稱為 優(yōu)勢(shì)生理小種，比重小的就是非優(yōu)勢(shì)。2）菌群結(jié)構(gòu)不斷演變這個(gè)菌群結(jié)構(gòu)呢，它是演變的，特定的地區(qū)，特定的時(shí)期它是一 定的，但是不同的地區(qū)不同的時(shí)期它是一個(gè)變化的。這就是稻瘟病的 麻煩所在。比方說(shuō)在97年，這個(gè)圖是在福建做的一個(gè)鑒定了。這是一個(gè)優(yōu) 勢(shì)生理小種，它所占的比重很大，在60%以上?？墒?8年呢，它的 比重又下降了，到后面呢，一直都比較低，另外呢其他的生理小種原

39、 來(lái)不是優(yōu)勢(shì)的上升為優(yōu)勢(shì)生理小種，所以呢，不同的地區(qū)，不同的時(shí) 期，這個(gè)菌群結(jié)構(gòu)是不一樣的，因?yàn)樗且粋€(gè)動(dòng)態(tài)變化的。3、單一品種集中、連續(xù)種植易導(dǎo)致感病化對(duì)于水稻品種來(lái)說(shuō)，我們知道了，單一的品種如果連續(xù)集中種植 呢，就容易感病化。這個(gè)次數(shù)比較多的呢是在四川，70年代末，大 量推廣的是汕優(yōu)2號(hào)，84年占到了總面積的82%，這就是單一品種 的集中連續(xù)種植。結(jié)果了導(dǎo)致了84年，85年，稻瘟病大流行。這就 是所謂的感病化。到86年呢，又換用了汕優(yōu)63，汕優(yōu)63呢大家都 知道了，它是雜交稻的第二代的代表品種。在它之前都是汕優(yōu)6號(hào)了， 汕優(yōu)2號(hào)。汕優(yōu)63呢當(dāng)初出來(lái)的時(shí)候，抗稻瘟病是它主要的一個(gè)特 點(diǎn)，因?yàn)?/p>

40、福建的稻瘟病是很厲害的。早期一代的雜交稻品種呢，抗病 性都不是太好。它一出來(lái)呢，抗稻瘟病是它最主要的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。甚至 有人說(shuō)它是全球保持抗瘟性最持久的兩個(gè)品種之一。這個(gè)呢，當(dāng)然不 一定很科學(xué)，但是反應(yīng)了當(dāng)初大家對(duì)它抗瘟性的一種熱衷。另外一個(gè)品種是美國(guó)的一個(gè)品種，叫Tetep，它的這個(gè)抗瘟性也 是保持了一個(gè)很長(zhǎng)的時(shí)間的。汕優(yōu)63呢這么抗病，從86年開(kāi)始呢就 大面積推廣了。86年到01年連續(xù)16年推廣面積最大的一個(gè)品種， 符合單一品種連續(xù)種植這么一個(gè)條件。符合這么一個(gè)條件，結(jié)果就是 后面一句話：導(dǎo)致于易感病化。這個(gè)感病化呢，我們也是用四川的一個(gè)資料來(lái)說(shuō)明。它的葉瘟來(lái) 看，86年到89它是1-6級(jí)，隨

41、后隨著時(shí)間的推移，這個(gè)感病級(jí)別逐 漸增加，9級(jí)就是高感了，最高級(jí)別了。它的穗頸瘟呢，前面是三級(jí) 左右，這是個(gè)平均值。這個(gè)時(shí)候穗頸瘟發(fā)病率只有5%。這個(gè)應(yīng)該是 個(gè)中抗水平。可是隨著時(shí)間的推移，它的級(jí)別逐漸提高，病穗率也逐 漸增加，最后達(dá)到90%，達(dá)到最高級(jí)別。這個(gè)數(shù)據(jù)呢，也是四川的一個(gè)數(shù)據(jù)，汕優(yōu)63對(duì)四川它的抗譜的 頻率。我們說(shuō)不是有很多生理小種么，那么對(duì)這眾多的生理小種，它 有多少是抗的呢？這就是所謂的抗病頻率。在87年的時(shí)候呢，抗病 頻率是92%，這個(gè)當(dāng)然很高了?？墒悄刂鹉晗陆?，最后到92年是50% 幾了。現(xiàn)在呢是作為一個(gè)誘發(fā)品種來(lái)使用。作為誘發(fā)也就是說(shuō)它是高 感，它高感稻瘟病，容易發(fā)稻瘟病

42、。所以呢我們就把它作為一個(gè)誘發(fā) 品種，讓它發(fā)病之后產(chǎn)生大量的孢子，再去用這些孢子去鑒別其他的 品種抗病性。在四川作為一個(gè)誘發(fā)品種來(lái)使用。原來(lái)是高抗的現(xiàn)在 是誘發(fā)品種。這就是我們上面這一條，單一品種集中連續(xù)種植，導(dǎo)致 感病化。這個(gè)時(shí)間呢，一般是5年左右。4、水稻品種遺傳多樣性與稻瘟病的控制前面說(shuō)了稻瘟病，它的千變?nèi)f化，我們?cè)賮?lái)看水稻它的抗病性是 不是也是千變?nèi)f化。這個(gè)在2000年的時(shí)候呢，朱有勇，云南農(nóng)業(yè)大 學(xué)的一位教授，他在Nature上的一篇文章。水稻品種的多樣性與 抗稻瘟病的持續(xù)控制。這個(gè)呢，說(shuō)起來(lái)當(dāng)然很簡(jiǎn)單，單一品種的種植 容易感病。這是單一品種種植，是圓圈了，打x的也是單一品種種植。

43、可是把這兩個(gè)品種間作的時(shí)候，它的這個(gè)抗病性就增強(qiáng)。當(dāng)然這個(gè)間 作也許在云南有意義，因?yàn)樵颇鲜巧絽^(qū)，是稻瘟病的高發(fā)區(qū)，因此抗 病性是大家很重視的問(wèn)題。實(shí)際上農(nóng)民用不用這種方法呢，這個(gè)恐怕 我們的袁總更清楚了。因?yàn)楫吘惯€是很麻煩吧，你把兩個(gè)品種間作， 它熟期不一樣，品種特性不一樣，可能高矮也不一樣，看起來(lái)也不太 舒服，不一定很實(shí)用。5、水稻抗瘟病基因的多樣性但是它的理論價(jià)值在于通過(guò)對(duì)不同品種的間作，可以實(shí)現(xiàn)抗稻瘟 病。不同品種的間作在專業(yè)上叫做品種的多樣性，說(shuō)的品種的遺傳多 樣性。如果我們做深入的研究，實(shí)際上是抗病基因的多樣性。因?yàn)樵?2000年以前呢，我們說(shuō)要鑒定抗病基因還很難，但是現(xiàn)在呢變得越

44、 來(lái)越容易了。所以這個(gè)時(shí)候呢，我們?cè)龠M(jìn)一步深入點(diǎn)就是抗病基因的 多樣性，眾多的抗病基因就能夠?qū)崿F(xiàn)抗稻瘟病的持久?，F(xiàn)在鑒定出來(lái)的抗稻瘟病的基因很多，這個(gè)呢是分子標(biāo)記遺傳圖 譜，我們把鑒定出來(lái)的抗稻瘟病的基因都放在這個(gè)圖譜上，這里有一 個(gè)，這里有一個(gè).這個(gè)地方就是Pi1，Pi2跟Pi9所在的地方，同時(shí) 也鑒定了很多抗稻瘟病的基因，這就是在6號(hào)染色體上中部這個(gè)地方 集中分布。我們說(shuō)水稻有12條染色體嘛，還有6條，存在著眾多的 抗稻瘟病基因?，F(xiàn)在呢我們鑒定了很多抗稻瘟病的基因，我這里統(tǒng)計(jì)的是有61 個(gè)，有人統(tǒng)計(jì)的是80多個(gè)，當(dāng)然這個(gè)80多個(gè)，60多個(gè)里面大量的 有重復(fù)性的，所以呢實(shí)際上沒(méi)有這么多。發(fā)現(xiàn)

45、這個(gè)稻瘟病基因它有個(gè) 特點(diǎn)，在水稻染色體上面是集中分布的趨勢(shì)。前面這個(gè)是6號(hào)染色體 這個(gè)區(qū)域，后面是11號(hào)染色體這個(gè)區(qū)域，再呢12號(hào)染色體這個(gè)區(qū)域。 特別有趣的是，抗白葉枯病的基因呢也在這個(gè)地方分布。所以彳主彳主就 是鑒定到一個(gè)抗病基因，彳主彳主有很多抗病基因在那個(gè)地方。不光是抗 稻瘟病，還包括抗其他的病害。這個(gè)抗白葉枯病鑒別的很多基因，都 在這個(gè)地方。所以這個(gè)是抗稻瘟病基因的多樣性。鑒定出來(lái)了，不一 定是克隆出來(lái)了。實(shí)際上已經(jīng)克隆出來(lái)的抗稻瘟病已經(jīng)有這么多。特 別是這兩個(gè)，Pi36, Pi37，是由我們?nèi)A南農(nóng)業(yè)大學(xué)的潘教授克隆出來(lái) 的。這一個(gè)呢，是由我們遺傳所克隆出來(lái)的。其他這幾個(gè)都是在國(guó)外

46、 鑒定出來(lái)的。6、南方稻區(qū)稻瘟病菌對(duì)不同抗病基因的致病率不同的抗病基因，它的抗譜是不一樣的。從這個(gè)圖我們來(lái)看，這 個(gè)標(biāo)的Pi2, Pi1, Pita2都是不同的抗稻瘟病基因。我們看，這兩個(gè)抗 稻瘟病基因，它的抗譜是最好的。這個(gè)圖呢我們顯示的它的這個(gè)感病 頻率。感病頻率越低，說(shuō)明抗譜越寬。從這里看，不同的基因，抗性 是不一樣的。這一個(gè)呢，他選的稻瘟病病菌呢是我國(guó)南方的稻瘟病病 株。這個(gè)是由張啟發(fā)老師的一個(gè)博士生叫陳蕙蘭她所做的。這個(gè)CO39是國(guó)際水稻研究所，他們認(rèn)為沒(méi)有抗病基因的一個(gè)品 種。但是后來(lái)呢發(fā)現(xiàn)它實(shí)際上還是有抗病基因。LXHG是被認(rèn)為完全 沒(méi)有抗病基因的一個(gè)品種，所以在這里它對(duì)將近80

47、%的病菌都是感病 的。所以LXHG被稱之為高感的完全沒(méi)有抗病基因的一個(gè)品種。大家從這個(gè)圖上面可以看出，1.不同的抗病基因，它的抗譜是不 一樣的；2在這里是我國(guó)南方地區(qū)12個(gè)省的抗稻瘟病株接種的這么 一個(gè)結(jié)果。如果你用另外一個(gè)地區(qū)的，比如說(shuō)東北的來(lái)接種，那么這 個(gè)結(jié)果可能就不一樣了。其中這個(gè)Pita這個(gè)是美國(guó)人克隆的，是在美 國(guó)應(yīng)用的最持久最廣泛的一個(gè)抗稻瘟病基因，所以對(duì)我們國(guó)家南方的 稻瘟病抗性不好，但是在美國(guó)可能是很好的。不同地區(qū)稻瘟病不一樣，因此不同的稻瘟病抗性基因的表現(xiàn)也不一樣。7、我國(guó)稻瘟病菌對(duì)不同抗瘟基因的毒力頻率這個(gè)呢也是另外一篇文章上發(fā)表的結(jié)果。他所顯示的呢也是不同 的基因它的毒

48、力頻率是不一樣的。他做接種的呢是我們國(guó)家的10個(gè) 省區(qū)的322個(gè)稻瘟病病菌進(jìn)行接種鑒定之后，發(fā)現(xiàn)不同的基因，它的 這個(gè)能夠感病的菌株的頻率是不一樣的，最高的有90%幾，也有很抗 病的，抗譜很廣的。對(duì)于我們國(guó)家的稻瘟病來(lái)說(shuō)，這三個(gè)Pi-9： 1.8%， Pi-z5： 6.8%，Pi-z： 7.5%基因很好。我們不是有抗病基因的多樣性么， 那么在汕優(yōu)63里面，我們說(shuō)有抗病基因的很好的一個(gè)品種，但是當(dāng) 初并沒(méi)有鑒定在汕優(yōu)63里面到底是什么基因。我們說(shuō)這個(gè)時(shí)候是常規(guī)育種，是基于性狀的表現(xiàn)型進(jìn)行育種，只 曉得它抗，但是它攜帶有什么抗病基因，有多少抗病基因，那誰(shuí)知道 呢。那個(gè)時(shí)候一來(lái)鑒定基因很困難；第二呢

49、我們做育種的人呢彳主彳主不 考慮基因，抗病就用，不抗病就甩了。那么現(xiàn)在我們能夠鑒別到基因 了，并且能夠鑒別到眾多的抗病基因，這個(gè)時(shí)候我們就考慮把不同的 基因聚在一起抗性是不是更好了。從這個(gè)結(jié)果來(lái)看，單基因，它的抗 性高的75%，低的35%，把兩個(gè)結(jié)合到一個(gè)品種當(dāng)中去，看他的抗 性是否更好了。8、抗病基因聚合對(duì)水稻廣譜抗瘟性的作用這里來(lái)看呢，Pik跟Pita聚合到一塊，它的抗病頻率增加到91.7%. 通過(guò)這個(gè)結(jié)果呢，我們就可以看出，稻瘟病菌有眾多生理小種的優(yōu)化， 并且有它的菌群結(jié)構(gòu)。不同的地區(qū)，不同的時(shí)間推移呢，它是動(dòng)態(tài)變 化的。所以這個(gè)東西很復(fù)雜，很頭疼。作為我們水稻來(lái)說(shuō)，它也有它 的抗病基因

50、的多樣性。當(dāng)我們單個(gè)基因也許抗病性不好，但是呢通過(guò) 基因的聚合，抗譜也更寬。從時(shí)間上來(lái)說(shuō)也變得更持久。關(guān)于稻瘟病防控的結(jié)語(yǔ)所以這里呢，結(jié)束語(yǔ)就是說(shuō)：1.菌群結(jié)構(gòu)的變化會(huì)導(dǎo)致水稻抗 性的“喪失；汕優(yōu)63原來(lái)的抗病基因沒(méi)有變，是稻瘟病菌變了，所 以它感病了。所以我們說(shuō)抗性喪失“是打了引號(hào)的，如果說(shuō)還是原來(lái) 的菌株，還是原來(lái)的稻瘟病，它應(yīng)該還是抗的。2.抗病基因有多樣 性，只有通過(guò)抗病基因多樣性的利用，才能達(dá)到目的。早期就是不同 的抗病品種進(jìn)行間作，但是間作不現(xiàn)實(shí)。我們鑒別了抗病基因以后， 通過(guò)多個(gè)抗病基因的聚合，就能夠使抗譜變寬，抗性更為持久所以 呢遺傳多樣性的利用是防治稻瘟病的利器。要培育廣譜抗

51、菌的持久品種，有兩大基礎(chǔ)工作要做。1.我是在湖 北育種，我就要了解湖北這個(gè)地區(qū)的菌群結(jié)構(gòu)是什么樣的，有哪些生 理小種，有哪些是優(yōu)勢(shì)生理小種；2.不是有眾多的抗性基因么，有 哪些基因?qū)边@些地區(qū)的生理小種是有抗性的，這個(gè)要了解。也就是這個(gè)圖所顯示的，稻瘟病來(lái)了之后我怎么招架的問(wèn)題。如 果說(shuō)你這個(gè)招架老是一成不變，就是這么樣，那么它呢是變化的，那 么就沒(méi)法應(yīng)對(duì)了。但是呢，它變我有變，而且我是超前在變，知道它 會(huì)怎么變，我先變，那么當(dāng)然我就可以戰(zhàn)勝它了。所以呢就需要有這 么一個(gè)愛(ài)因斯坦的大腦做支撐。這是愛(ài)因斯坦的大腦，是真實(shí)的，當(dāng) 然只是一個(gè)圖片。五、抗瘟基因Pizy的發(fā)掘及其分子育種1、稻瘟病抗

52、源的收集與鑒定這個(gè)呢，是我們做的一個(gè)具體的工作。我們就是鑒定了 Pizy這 個(gè)抗稻瘟病的基因。在這個(gè)06年07年的時(shí)候呢，這個(gè)是剛剛啟動(dòng)的 一項(xiàng)工作，跟宜昌地區(qū)農(nóng)科所他們合作的。最初了我們就要收集到抗 源品種，因?yàn)橥ㄟ^(guò)抗源，才有它的有效基因。那么收集到這個(gè)抗病品 種之后呢，然后我們放到這個(gè)遠(yuǎn)安大山里面進(jìn)行鑒定，不同的品種的 抗稻瘟病是不一樣的，最高的是9級(jí)，不感病是0級(jí)。在這里呢我們 看2級(jí)的有好幾個(gè)，這個(gè)2級(jí)呢，一般來(lái)說(shuō)葉瘟在2級(jí)就應(yīng)該是在中 抗以上了。高感的是9級(jí)，這些打9級(jí)的呢就是我們?nèi)ヨb定的時(shí)候， 它的苗子已經(jīng)死掉了，就是苗瘟的時(shí)候發(fā)病就已經(jīng)死掉了。2、構(gòu)建基因定位的F2群體我們鑒定了

53、 11份高抗的抗源，鑒定了抗源之后，要去進(jìn)一步去 鑒別抗病基因了。E7010是一個(gè)高抗的抗源，814B呢也就是荊楚種 業(yè)的一個(gè)保持系，它是高感的，達(dá)到了9級(jí)。要鑒別這個(gè)基因，首先呢把這兩個(gè)高抗的和高感的進(jìn)行雜交，F(xiàn)1 代，然后再自交，到了F2代，F(xiàn)2代當(dāng)然就有眾多的單株，放到遠(yuǎn)安， 進(jìn)行抗病性鑒定。當(dāng)然這里面不同的單株它的抗性是不一樣的，根據(jù) 不一樣的繪成這么一個(gè)分布圖，1級(jí)的有幾株，2級(jí)的有20多株，三 級(jí)的達(dá)到了 160多株，依次類推，一直到9級(jí)的。這個(gè)圖呢，對(duì)我們做遺傳學(xué)研究的人來(lái)說(shuō)就很有意思了。如果說(shuō) 是多基因控制的，那么這個(gè)圖就應(yīng)該是一個(gè)正態(tài)分布，只有一個(gè)峰。 但是在這里呢，顯然不是

54、一個(gè)正態(tài)，這里有一個(gè)峰，這是一個(gè)主峰， 這里呢還有一個(gè)小峰。所以從這個(gè)圖，我們看出了它就應(yīng)該由主基因 控制，是一個(gè)還是兩個(gè)效應(yīng)比較大的基因來(lái)控制著。1-4級(jí)是抗病， 5-9級(jí)是感病?？共』蜻z傳分析這樣呢抗病單株有218株，感病單株有78株。這個(gè)抗病單株與感 病單株就符合3： 1的比例，學(xué)專業(yè)的人當(dāng)然很清楚是3:1的比例就 說(shuō)這個(gè)抗病性是由一個(gè)基因來(lái)控制的，并且這個(gè)基因抗病對(duì)感病是顯 性的。它的雜種F1應(yīng)該是跟它的抗病親本一樣的，是抗的。到了F2 呢它們就出現(xiàn)了分離。所以就得出結(jié)論，是由單個(gè)基因分離所導(dǎo)致， 而且是顯性的。這個(gè)結(jié)果當(dāng)然就很好了，如果說(shuō)是多基因控制，這個(gè) 很多基因攪在一塊，要鑒別

55、這個(gè)基因難度就很大。4、抗、感之間陽(yáng)性標(biāo)記篩選我們當(dāng)初呢，是11個(gè)高抗的抗源，唯一就是這個(gè)抗源是單基因 控制的，所以我們很容易就將它的抗性基因鑒別出來(lái)。鑒定的時(shí)候， 我們當(dāng)然要用到分子標(biāo)記了。分子標(biāo)記，這就是所說(shuō)的遺傳圖譜。遺 傳圖譜就像一張地圖一樣，我們就要用這張地圖去找，這個(gè)基因究竟 在這張地圖的什么地方，實(shí)際上就是用不同地方的分子標(biāo)記要追蹤這 個(gè)抗病基因。哪個(gè)地方的標(biāo)記能夠追蹤得到，那么這個(gè)基因就應(yīng)該在 什么地方。所以呢，這個(gè)時(shí)候我們就用不同的標(biāo)記來(lái)進(jìn)行追蹤了。這個(gè)S指 感病親本的，R指抗病親本的，如果說(shuō)感病親本和抗病親本的分子標(biāo) 記的帶型不一樣，這個(gè)我們稱之為多態(tài)性。后面呢，這個(gè)是抗病

56、植株， F2不是有抗病的感病的么，在F2中它的這個(gè)帶型是雙帶，這個(gè)時(shí)候 感病親本在這里也是雙帶，在F2代里面，抗病植株和感病植株都沒(méi) 有差別，那就說(shuō)明了和這個(gè)基因沒(méi)有關(guān)系。有差別的呢，是下面這種情況：前面還是兩個(gè)親本，一個(gè)感病一 個(gè)抗病。這個(gè)是F2里面抗病植株的帶，跟抗病親本是一樣的；感病 植株的呢，跟感病親本的帶是一樣的，這個(gè)時(shí)候我們可以看出，抗病 植株的帶跟抗病親本一樣，感病植株的帶跟感病植株的一樣，這個(gè)時(shí) 候我們看這個(gè)標(biāo)記就應(yīng)該跟這個(gè)基因有聯(lián)系了。有聯(lián)系了就說(shuō)這個(gè)標(biāo) 記所在的區(qū)域就是這個(gè)基因所在的區(qū)域，所以在這么一個(gè)大的圖譜上 面，12條染色體就發(fā)現(xiàn)11號(hào)染色體末端的這些標(biāo)記跟抗病信息有

57、關(guān) 系，那就說(shuō)明了抗病基因就在這個(gè)地方。5、抗病基因Pizy的分子標(biāo)記定位再接下來(lái)，進(jìn)一步明確這個(gè)抗病基因在這個(gè)地方究竟是在哪個(gè)點(diǎn) 上面，這就是分子標(biāo)記定位了。當(dāng)然這個(gè)原理也很簡(jiǎn)單上匕方說(shuō)這是 染色體，這個(gè)是抗病基因R，這個(gè)是不抗病基因r，挨著它的是分子 標(biāo)記RM24,它一雜交就是這個(gè)樣子，F(xiàn)1自交就是眾多的F2單株，單 株里面呢就有抗病的，有感病的?？共⌒澡b定之后呢，就把那些感病 性的分離出來(lái)，這一個(gè)是感病的，跟親本完全一樣。這個(gè)是基因，這個(gè)是標(biāo)記，基因跟標(biāo)記間沒(méi)有發(fā)生交換。這個(gè)呢， 左邊這一半是沒(méi)有交換的，可是右邊這一半就發(fā)生了交換，這個(gè)交換 呢，可以發(fā)生的遺傳上稱為重組。交換發(fā)生頻率的高

58、低就決定于這個(gè) 基因跟這個(gè)標(biāo)記間的距離，遺傳距離越遠(yuǎn)，它們之間就越容易交換； 遺傳距離越近，就越不容易發(fā)生交換。所以我們做基因定位呢就是要 找到連鎖很緊密的不容易發(fā)生交換的標(biāo)記。這一半是發(fā)生了交換的， 這里整個(gè)都是發(fā)生了交換的，我們就把這個(gè)發(fā)生交換的頻率計(jì)算出 來(lái)。這個(gè)計(jì)算出來(lái)的頻率呢我們稱為重組值。交換頻率越高，標(biāo)記與 基因的距離越遠(yuǎn)，交換頻率越低，標(biāo)記與基因的距離越近。依據(jù)這么 一個(gè)原理，我們就可以把這個(gè)重組值計(jì)算出來(lái)。我們分別把不同的標(biāo) 記的重組值都計(jì)算出來(lái)之后呢，這個(gè)RM224標(biāo)記與這個(gè)基因的距離 是最近的，只有0.9個(gè)遺傳距離，這個(gè)距離當(dāng)然就很小很小了。通常 情況下呢，我們?cè)谧龌蚨?/p>

59、位的時(shí)候，標(biāo)記與基因的距離在1個(gè)遺傳 距離以下，那就認(rèn)為已經(jīng)是很緊密了。從這個(gè)圖上我們也可以看的出來(lái)，我們?cè)谶@里鑒定了眾多的F2 單株，有的抗病，有的感病，我們把感病的這些單株呢都挑出來(lái)，用 這個(gè)RM224分子標(biāo)記來(lái)看，在這個(gè)里面這是感病親本的帶，這是抗 病親本的帶，這些打括號(hào)的都是在F2代里感病的植株。既然是感病 的植株，應(yīng)該跟感病親本的帶一樣的，如果是完全一樣，那就沒(méi)有交 換了。我們來(lái)看是不是完全一樣，這里呢，不同的感病單株都是單帶， 這條帶呢，跟感病親本是一樣的。這個(gè)上面也是，唯獨(dú)只有這么一株， 它是不一樣的。也就是說(shuō)當(dāng)時(shí)我們鑒定的54株里只有一株發(fā)生了交 換，那么我們就把這個(gè)交換頻率計(jì)

60、算出來(lái)，這個(gè)交換頻率應(yīng)該是 0.9%。0.9%就是0.9個(gè)遺傳距離，以此類推，我們把這個(gè)標(biāo)記跟這基 因的遺傳距離都給計(jì)算出來(lái)了。這樣一來(lái)，我們就把這個(gè)基因定位于R224和ID2658之間，跟 這個(gè)基因的距離都顯示出來(lái)了。所以最開(kāi)始我們是在11號(hào)染色體這 個(gè)大的區(qū)域內(nèi)，接下來(lái)呢這一步就是具體把它定位到這個(gè)點(diǎn)上去了， 這就是分子標(biāo)記定位了。這樣呢我們就獲得這么樣一個(gè)結(jié)果，抗稻瘟 病基因Pizy跟RM224是挨的很緊密的，連鎖很緊密的。6、抗病基因Pizy的抗譜分析接下來(lái)我們來(lái)考查這個(gè)抗病基因的頻率究竟有多高，它對(duì)哪些地 區(qū)的稻瘟病是抗病的。這樣呢，我們就到黃山去，取了這個(gè)穗頸瘟， 附帶谷城的，遠(yuǎn)安