水稻抗白葉枯病V型菌xa5基因利用現狀及前景

成太輝，陳 深，楊健源，朱小源，伍圣遠，洪啟金，曾列先

（1.廣州市番禺區農業科學研究所，廣東 廣州 511450；2. 廣東省農業科學院植物保護研究所/廣東省植物保護新技術重點實驗室，廣東 廣州 510640）

水稻是最重要的糧食作物，全球50%、中國65%以上的人口以稻米為主食。我國水稻種植面積約占全國糧食作物種植總面積的30%，產量達到了糧食總產的40%，播種面積和總產量均居糧食作物之首，水稻生產對我國乃至世界的糧食安全至關重要［1-2］。水稻生產中常面臨各種病蟲害不同程度的威脅，其中由革蘭氏陰性菌黃單胞桿菌水稻變種（Xanthomonas oryzaepv.oryzae,Xoo）引起的白葉枯病，是對水稻生產危害最嚴重的一種細菌性病害，病菌主要從水稻傷口侵入，沿葉脈擴展，細菌在維管束內生長繁殖。水稻發病后，葉片枯萎，影響光合作用，不結實或千粒重降低，一般減產20%～30%，嚴重的可減產80%，甚至絕收［3-7］。白葉枯病也是我國水稻生產上的三大病害（稻瘟病，白葉枯病，紋枯?。┲?，廣泛發生，除新疆外各省稻區都有分布，華南沿海稻區氣候高溫高濕，特別是晚季稻處于臺風高發季節更加有利于白葉枯病的發生與流行，危害尤甚。品種一般秈稻重于粳稻，粘稻重于糯稻，雜交稻重于常規稻［8-11］。

水稻白葉枯病菌有致病性分化，20世紀80年代末，一個強毒菌系Ⅴ型菌在廣東省出現，并逐漸上升發展。含Xa4基因主栽抗病品種乃至當時廣東生產上種植的所有品種無一能抵抗該致病型。理論和生產實踐證明，防控白葉枯病最經濟有效的措施是培育抗病品種推廣種植［11-12］。廣東省農科院植物保護研究所與廣州市番禺區農科所合作，利用攜帶抗Ⅴ型菌隱性基因xa5的國際水稻品種IRBB5，結合稻瘟病抗源，先后選育出抗白葉枯病強毒菌系Ⅴ型菌，并對稻瘟病表現抗至高抗，米質優良，產量與與區試對照品種相當或稍高，達到廣東省主栽品種水平的系列水稻新品種白香占、白粳占和白絲占［13-16］。這些品種在病區種植，取得明顯的防控效果。本文簡述水稻白葉枯病強毒菌系Ⅴ型菌近年發生流行趨勢，以及水稻抗白葉枯Ⅴ型菌xa5基因的利用現狀及前景，為抗白葉枯病育種抗性基因選擇和生產上遏制強致病菌系Ⅴ型菌蔓延擴展，有效防控水稻白葉枯病，增加稻米產量提供參考。

1 水稻白葉枯病菌致病性分化及強毒菌系Ⅴ型菌近年發生流行趨勢

1.1 水稻白葉枯病菌的致病型

白葉枯病菌有明顯的致病性分化，形成不同致病型。我國水稻白葉枯病菌在中國鑒別寄主金剛30、特特普、南粳15、爪哇14、IR26的抗感反應表現為SRRRR（Ⅰ型）、SSRRR（Ⅱ型）、SSSRR（Ⅲ型）、SSSSR（Ⅳ型）、SSRRS（Ⅴ型）、SRSRR（Ⅵ）、SRSSR（Ⅶ）、RRRSR（Ⅷ）和SSSSS（Ⅸ型）9個致病型［17］（表1）。

表1 中國水稻白葉枯病菌致病型Table 1 Pathotype of rice bacterial blight in China

1.2 強毒菌系Ⅴ型菌近年發生流行趨勢

Ⅴ型菌是致病譜廣、毒性強、危害大的菌系，本課組于20世紀末在廣東首先發現。該致病型能使國際鑒別品種IR26嚴重感病，廣東含Xa4基因主栽抗病品種乃至當時生產上種植的所有品種無一能抵抗。根據我們2014—2017年對廣東水稻白葉枯病菌系發生動態監測，Ⅴ型菌連續4年發生頻率居首，在廣東已上升為優勢致病菌型（表2）。更為嚴重的是該致病型已擴展到浙江、江蘇等長江流域稻區［18-19］，對我國稻米安全生產威脅很大。

表2 2014—2017年廣東水稻白葉枯病菌系發生動態Table 2 Occurrence dynamics of rice bacterial blight strains in Guangdong during 2014-2017

2 抗水稻白葉枯病強毒菌系Ⅴ型菌品種資源及主要抗性基因遺傳特點

2.1 水稻抗白葉枯病強毒菌系Ⅴ型菌基因資源

不同抗性基因和水稻品種對白葉枯病菌不同致病型的抗性有明顯差異，迄今國內外報道的水稻白葉枯病抗性基因有45個［20］，但能抗白葉枯病強毒系Ⅴ型菌的基因不多。曾列先等［21］對國際水稻種質資源抗華南水稻白葉枯病菌主要菌系進行抗性鑒定，在1 592份種質資源中評選出對華南強毒菌系Ⅴ型菌抗至高抗兼有較好經濟性狀的重點抗源僅有BG1222（Xa34（t））、IRBB5（xa5）、IRBB7（Xa7）和IRBB203（Xa3）4個品種，這些抗病資源為抗病品種的培育打下了良好的基礎。

2.2 抗白葉枯病強毒菌系Ⅴ型菌基因遺傳特點

通過抗性遺傳分析表明，BG1222、IRBB5兩個品種對Ⅴ型菌抗性均由1對隱性基因支配；IRBB7和IRBB203對Ⅴ型菌抗性由1對顯性基因控制，IRBB5、IRBB203和IRBB7為近等基因系，已知其抗性基因分別為xa5、Xa7 和Xa3，其中xa5為隱性基因，Xa7和Xa3為顯性基因。BG1222對Ⅴ型菌抗性由1對隱性基因支配，與攜帶有xa5抗性基因品種IR1545-339-2-2、IRBB5的抗性基因等位性測定結果表明，BG1222攜帶的抗性基因與xa5不等位，并獨立遺傳。陳深等［22］等將BG1222對Ⅴ型菌抗性基因定位xa34（t）。xa5和xa34（t）都是隱性抗病基因，適合常規稻育種。

3 水稻白葉枯病強毒菌系Ⅴ型菌有效抗性基因xa5利用情況

3.1 利用攜帶xa5基因品種資源IRBB5選育的抗病新品種

本課題組利用含有隱性基因xa5的國際水稻品種IRBB5，與優質、抗稻瘟病感白葉枯病品種（品系、中間材料）雜交、多系復交，通過系譜選育和各世代抗病性同步鑒定等方法，先后育成白香占、白粳占和白絲占系列水稻新品種。這3個品種對白葉枯病強毒系Ⅴ型菌和稻瘟病雙抗，米質達到廣東省標優質3級，產量與區試對照品種相當或稍高，達到廣東省主栽品種的水平，同時抗逆性較強，適宜廣東白葉枯病常年發病區域生產上利用，特別是沿海白葉枯病重病區大面積推廣。

白香占是以IRBB5（xa5）為抗源供體，與華南優質感病品種七粳早2-4、七絲早21、九七香占等雜交、復交（IRBB5 / 七粳早23-4 / / 七絲早21/ / / 九七香占）系譜選育而成［13］。該品種是首次利用國際稻抗Ⅴ型菌基因xa5選育成功的含新型抗病基因品種，也是廣東乃至華南生產上利用的第1個抗白葉枯病強毒菌系Ⅴ型菌品種，白香占的育成是水稻抗白葉枯病強毒菌育種的重大突破，對提升華南地區抗病育種水平，解決沿海白葉枯病強毒菌系Ⅴ型菌病區生產之需有深遠的影響。該品種遺傳了九七香占的稻瘟病抗性，也可作為華南地區優良的抗稻瘟病品種資源在抗稻瘟病育種上利用和稻瘟病區生產應用。白香占遺傳圖譜見圖1。

圖1 白香占遺傳圖譜Fig. 1 Genetic linages of Baixiangzhan

在白香占抗性取得突破的基礎上，我們利用攜帶抗Ⅴ型菌基因xa5的抗白粳秈占結合高產、抗稻瘟病中間育種材料進一步選育優良抗病品種，其中以五百粒與粳秈89雜交的中間材料（母本穗大質優）與抗白粳秈占（父本攜xa5基因抗性較好）雜交配組（五百粒/粳秈89//抗白粳秈占），采用系譜法選育出抗病新品種白粳占，該品種保持白香占的抗性，產量提高。2013年早造參加廣東省區試，平均產量433.01 kg/667m2，比對照種玉香油占增產1.18%； 2014年早造參加廣東省生產試驗，平均產量439.91 kg/667m2，比對照種玉香油占增產5.05%。日產量3.11～3.44 kg。

以白香占抗白葉枯病和稻瘟病雙抗抗源作父本、廣東優質豐產地方品系番豐絲苗作母本進一步選出產量更高的白絲占2017年通過了廣東省品種審定。白絲占品種產量表現：2016年參加廣東省晚造區試，平均產量446.72 kg/667m2，比對照種粵晶絲苗2號增產0.74%。2016年晚造參加省生產試驗，平均產量454.73 kg/667m2，比對照種粵晶絲苗2號增產1.16%。日產量3.79～4.04 kg。白絲占生育期與對照種粵晶絲苗2號相當。米質鑒定為省標優質3級，抗稻瘟病和白葉枯病，耐寒性中。適宜廣東省粵北以外稻作區早、晚造種植。白香占、白粳占及白絲占主要農藝性狀指標見表3。

表3 白香占、白粳占和白絲占主要農藝性狀Table 3 Agronomic characters of Baixiangzhan,Baigengzhan and Baisizhan

另外我們還培育出含有隱性基因xa-5兩個外觀食用品質特優、高產新品系A114和A738，含有隱性基因xa5的恢復系R5在常規優質水稻和三系雜交稻將作為重要橋梁親本加以利用。

3.2 抗病品種示范與生產表現

近年，白香占等抗病品種在白葉枯病強毒菌系Ⅴ型菌發病稻區種植，表現出抗病品種防控白葉枯病的明顯優勢。廣東省陽西縣地處粵西沿海，臺風發生頻繁，水稻生產晚造（雙季連作第二造）處于臺風高發季節，禾苗常因臺風暴雨造成的機械損傷及洪澇引發白葉枯病暴發流行，是白葉枯病重災區。我們于2014年晚造在陽西縣上洋鎮白石村設立水稻白葉枯病防控示范，以抗病品種白香占（抗）、新黃占（抗）、白粳占（抗）、珍豐優9822（中抗）、美優9822（中抗）等抗病品種利用為主要措施，結合農業栽培避病及化學防治等方法，開展水稻白葉枯病綜合防控示范，取得顯著效果（表4）。

示范結果表明，抗病品種白香占、新黃占、白粳占未施用任何藥劑防治，白葉枯病輕微發生（發病率0.8%～1.2%，病情指數0.1～0.4），而對照品種發病嚴重（發病率55.6%，病情指數36.2），抗病品種發病率減少54.4%～54.8%，防效達到99.4%以上。與對照比較，抗病品種開始發病日均推遲12 d。增產稻谷30.16%～47.62%?？共∑贩N防控效果也比其他防治措施明顯。

表4 水稻白葉枯病綜合防治效果Table 4 Integrated control efficiency of rice bacterial blight

4 問題與建議

在水稻抗病雜交育種中，選擇攜帶抗性基因品種資源的親本是重要的，但抗源親本通常是比較原始的種質，生產性狀較差，如IRBB5含有隱性基因xa5抗白葉枯病強毒系Ⅴ型菌，但其穗子小，著粒疏，經濟性狀差，要育成適宜生產上大面積利用的品種，需要不斷改良。我們首先把IRBB5轉育成帶有xa5隱性抗性基因的優質品系抗白占，抗白占經濟性狀也有所改良，是一大進步，但其不抗稻瘟病?？拱渍荚俎D育成兼抗稻瘟病的雙抗優質品種白香占，又提高了品種的多抗性，擴寬了品種的用途和應用價值。但白香占豐產性能還有待提高。在白香占雙抗優質的基礎上與廣東優質豐產地方品系結合，進而培育出保持白香占抗性和優良米質，豐產性更好的白粳占和白絲占。

在常規稻育種中，隱性基因比顯性基因更易利用，在雜交F2的后代中經過人工接種白葉枯強毒菌系Ⅴ型菌，即可選到抗病穩定的株系，再結合豐產性狀、稻米品質及對稻瘟病抗性鑒定，可加快綜合選育目標的實現。白香占、白粳占及白絲占的選育成功并在生產上大面積生產利用就是實例。

水稻抗白葉枯病強毒系Ⅴ型菌遺傳決定植物的抗病性是生物自身的一種潛能，水稻對白葉枯病的抗性主要分為水平抗性和垂直抗性。水平抗性由微效多基因共同作用和控制，即多個微效基因效應的累加。這類抗性較為穩定不易喪失，利于培育持久抗性品種。垂直抗性則一般受控于1～2對主效抗病基因，即受主效基因的控制。這類抗病基因一般表現為對特定小種抗性較強。對白葉枯病菌特定的某個或幾個致病?；捅憩F的抗性。在抗白葉枯病強毒菌系V型菌育種中，已 知 IRBB5（xa5）、BG1222〔Xa34（t）〕、CBB23（Xa23）為非等位抗病基因，可以通過雜交育種和分子輔助標記，將兩個或兩個以上抗性基因有效聚合，結合稻瘟病抗性培育出攜帶多個抗性基因的水稻新品種，以提高品種的持久抗性。

xa5是隱性基因，雜交后代抗性基因純合快，可較快獲得抗性穩定的品種，是常規稻育種的優異基因，但隱性基因F1抗性不表達在雜交水稻上直接應用有局限性。中國農科院作物所章琦研究員等［23-25］鑒定出一個來自普通野生稻的抗白葉枯病新基因Xa23，它是抗譜廣、抗性導入效應很強的一個完全顯性的全生育期抗性基因，可在雜交水稻抗病育種上重點選擇應用。