水稻黑条矮缩病抗病育种研究进展

赵小慧

摘    要：水稻黑条矮缩病广泛发生于我国南方地区，直接影响到水稻产量，极易造成巨大经济损失。该病害以灰飞虱为病毒传播对象，具有传播速度快、受损面积大等特征。为有效提升水稻对黑条矮缩病的抗病性，各研究单位开展了多年的水稻黑条矮缩病抗病育种研究工作，找寻出了地理位置、水稻种质类型、生态地理等因素对水稻抗病性的影响。基于此，文章以水稻黑条矮缩病症状、病原、发病规律为切入点，简述了现阶段水稻黑条矮缩病抗病育种研究成果，以期为相关工作人员提供理论性帮助。

关键词：水稻;水稻黑条矮缩病;抗病育种;QTL

文章编号：1005-2690（2022）01-0109-03       中国图书分类号：S435.111.4       文献标志码：B

1 水稻黑条矮缩病概述

1.1 水稻黑条矮缩病的发现

水稻黑条矮缩病首次发现于1963年浙江省余姚县，初始水稻发病面积较小，并未造成较大产量损失[1]。但随后此病害在我国华东和华北稻区暴发流行，造成了严重的经济损失。之后的30年间，因耕作制度的改变，此病害逐渐减少甚至销声匿迹。直至近年来，水稻黑条矮缩病害在中国东部和其他东亚国家再度蔓延，对水稻的产量和品质造成了严重影响[2]。

1.2 水稻黑條矮缩病症状

水稻黑条矮缩病是由水稻黑条矮缩病毒（rice black-streaked dwarf virus，RBSDV）引起，主要通过灰飞虱以持久性不经卵方式传播，其传播范围广且速度快。RBSDV的田间典型症状包括水稻浓绿矮缩，分蘖少，叶片僵直，叶背、叶鞘甚至茎秆上有蜡白色至暗褐色条状突起，不能抽穗或包茎穗、穗粒变小甚至畸形，结实率低等[3]。植物一旦被感染，一般无法治愈。因此，RBDSV病害也被称为“水稻中的癌症”，在水稻的各生长阶段均有可能感染黑条矮缩病毒，通常感病时间越早，水稻发病越重[4]。

因感染黑条矮缩病的时间不同，水稻发病症状也呈现明显差异。初期水稻发病症状最为显著，感病水稻的高度仅为正常水稻1/3，后续拔节与抽穗效果不佳。中期感病水稻植株矮化并不明显，但叶片呈现深绿特征，不穗或者半包穗;后期感病水稻发病症状难以被及时发现，部分水稻上部茎秆处可能会出现小瘤突。因此可以从瘤突出现的节位分析水稻感病时期。

1.3 水稻黑条矮缩病发病规律

水稻黑条矮缩病毒的寄主范围较大，在自然条件下能侵染水稻、玉米、高粱、大麦、小麦、燕麦等多种禾本科作物。由于不经卵传播，带毒灰飞虱首先侵染冬小麦，之后带毒的冬小麦成为黑条矮缩病的初侵染源。次年一代灰飞虱从小麦病株上获毒，于麦收后大量迁飞至水稻秧田进行传毒，成为此病害的主要侵染源。其后一直为害水稻，直至秋熟后再经灰飞虱传回小麦等麦类作物上越冬，由此完成整个病害侵染循环[5-6]。

1.4 水稻黑条矮缩病发病原因

近年来，水稻黑条矮缩病广泛发病流行的原因有3个方面。一方面，由于农业耕作制度的改变，灰飞虱适宜越冬的场所充足，导致水稻黑条矮缩病大面积流行;另一方面，随着全球气候变暖，灰飞虱的繁殖能力和生存能力均增强，致使灰飞虱虫口密度增大、带毒率升高，病害发生加重;此外，由于目前全国大面积种植的水稻品种绝大部分不抗水稻黑条矮缩病，这些品种也为病害的流行与暴发提供了丰富的寄主资源[7]。通过对水稻黑条矮缩病进行多年研究，发现黑条矮缩病的发病原因主要为越冬虫源地的毒源充足、灰飞虱迁移范围较广、有效抗病品种缺失等。

1.5 水稻黑条矮缩病现有防治方法

目前，国家及有关部门对黑条矮缩病防治工作给予了高度重视，为有效控制黑条矮缩病的发生，生产上多采用预防为主、综合防治为辅的防控原则，重点是清除毒源，切断传播循环链。具体措施有以下几点。一是调整农业耕作栽培制度;二是在水稻易感病期和灰飞虱传毒期科学用药;三是增强病虫害监测预报水平，密切关注灰飞虱迁移情况，同时加大黑条矮缩病防治的宣传力度，收集病害预报结果，制订专项技术解决措施方案。

2 水稻黑条矮缩病抗病育种现状

目前，黑条矮缩病害主要通过化学药剂杀灭灰飞虱方式进行治理。由于灰飞虱种群数量十分巨大、迁移性强、传播持久，极易对化学药剂产生耐药性，导致黑条矮缩病预防效果与预期目标存在较大差异[8]。为从根本上控制水稻黑条矮缩病出现，种植抗病品种成为防治该病害的最经济有效方式之一。通过开展大规模水稻抗病原筛选工作，研究水稻黑条矮缩病抗性遗传基因，为改良水稻品种提供必要支持。

水稻黑条矮缩病研究工作主要集中在水稻黑条矮缩病毒的分类学地位、基因组结构与编码蛋白功能、病毒检验、传毒特征等方面[9]，对抗病育种相关工作研究成果较少。研究初期，部分学者采用田间自然诱发鉴定方式，从多个水稻品种中寻找高抗及中抗材料，最终研究结论也不尽相同，但所有结论一致认为当前水稻主栽和候选品种普遍不抗水稻黑条矮缩病[10-13]。不少学者对不同地方水稻品种继续进行抗黑条矮缩病的田间诱发鉴定，结果得到部分抗黑条矮缩病的水稻品种[14-15]。

由于田间鉴定存在很多不确定因素，例如鉴定环境条件不同，灰飞虱的偏食性、不同年份不同区域间灰飞虱发生量和带毒率不同等，导致田间诱发鉴定结果的可重复性差且准确率低。因此，近年来部分研究学者配合使用人工室内接种方式[16-17]，对水稻的黑条矮缩病的抗病性进行进一步鉴定。

王宝祥等（2014）[18]多年多点田间诱发鉴定和人工接种鉴定的结果均表明，来自20多个国家的1 240份水稻材料中有3个稳定、高抗黑条矮缩病的品种。方先文等（2015）[19]对田间筛到的连续两年未发病且农艺性状较好的6份粳稻资源进行人工接虫鉴定，最终获得了1份高抗水稻黑条矮缩病的水稻资源。李路路等（2020）[20]将两种鉴定方法结合对浙江省20个主栽水稻品种进行抗性鉴定，结果筛选到能稳定抵抗RBSDV的两个籼稻品种。上述发掘高抗黑条矮缩病水稻资源的研究为水稻黑条矮缩病抗病育种和抗病基因的鉴定、定位及克隆提供了材料基础。

3 抗性遗传学研究

据报道，水稻对RBSDV的抗性是由QTL或多个基因控制的数量性状[21-22]。潘存红等（2009）率先利用珍汕97/明恢63的重组自交系（RILs），对黑条矮缩病抗性QTL开展试验研究，结果共找到6个QTL，其中效应最显著的QTL位于第6染色体上;在此基础上，Li等（2013）[23]继续利用珍汕97/明恢63的RIL群体，在明恢63的6、7和9号染色体上鉴定了3个RBSDV抗性QTL，并将第6水稻染色体上的主效QTL进行了精确的定位，这个QTL是目前有关水稻黑条矮缩病抗性基因/QTL领域研究的报道中唯一1个被精确定位的。王宝祥等（2010）对来自日本的越光/桂朝2号的RIL群体展开了研究，最终在3号染色体上检测到了一个RBSDV抗性的QTL，该QTL包含了越光的抗性等位基因。Zhou T等（2015）利用Tetep/淮稻5号构建抗RBSDV的分子连锁图谱，鉴定了3个新的RBSDV抗性QTL，即qRBSDV-3、qRBSDV-10 和 qRBSDV-11，本研究结果证明鉴定的所有抗性位点与抗病毒基因有关。最近，使用源自IR36和L5494杂交的RIL群体在第1、6、8和9号染色体上共检测到12个RBSDV抗性QTL[24]。Sun等（2017）[25]利用9194与苏御糯杂交衍生的F2∶F3群体，鉴定了一个高抗性品种9194，并在第3、6、9和11染色体上定位了4个抗RBSDV QTL。Feng等（2019）[26]通过田间鉴定RDP1品种对RBSDV的抗性，并利用GWAS技术鉴定水稻基因组中的RBSDV QTL，结果鉴定出几个抗RBSDV水平较高的品种和13个抗RBSDV QTL。总的来说，上述研究获得的材料和鉴定的抗性QTL有望为高效选育水稻抗RBSDV品种提供有用资源，但由于缺乏高抗性资源和抗RBSDV的主效QTL，水稻抗RBDSV的遗传研究和育种进展还是进展缓慢。

4 水稻黑条矮缩病抗病机制初探

由于缺乏稳定的高抗黑条矮缩病的水稻资源和抗性鉴定的不稳定性，目前有关水稻黑条矮缩病抗性遗传的基础研究还较少。例如，李艳舞（2015）[27]通过对RBSDV侵染水稻的miRNA进行分析，获得14个在抗感水稻品种中显著差异表达的水稻miRNA，经验证这些miRNA參与调控水稻抗病反应和组织生长发育过程，此研究是首次报道与抗RBSDV相关的miRNA。之后又有研究团队发现，茉莉（jasmonic acid，JA）合成途径相关基因的表达水平在RBSDV侵染水稻后会显著上调以响应JA介导的对RBSDV的防御过程[28]。而且在此基础上，李路路等通过实时荧光定量PCR（RT-qPCR）方法证明，RBSDV侵染后的水稻体内转录因子OsMYC2和病程相关基因非表达子OsNPR1均上调表达，JA、水杨酸（salicylic acid，SA）介导的抗病途径被激活以此抵抗RBSDV的侵染，另外此研究还发现各籼粳稻品种对RBSDV所表现出的不同抗性与其体内的JA和SA激素水平有关。

最近，Wang Z Y等（2021）[29]系统研究发现，水稻OsAGO2在抵抗RBSDV侵染过程中会显著表达以响应RBSDV的侵染。进一步研究表明OsAGO2利用DNA甲基化调控OsHXK1的表达，负调控水稻对RBSDV的抗性。过量表达OsHXK1能够有效诱导活性氧的积累，以提高水稻对RBSDV的抗性。

5 结束语

水稻黑条矮缩病抗病育种工作对保障我国南方水稻产量意义重大。为从根本上提升水稻黑条矮缩病抗病育种研究水平，还需要着重开展不同水稻品种对水稻黑条矮缩病的抗性评估工作，分析影响水稻品种抗病性能的各类因素，切实优化水稻育种流程，培育出具有更为显著抗病性的水稻品种，进而鉴定水稻黑条矮缩病抗性基因或QTL。

参考文献：

[1]朱凤美，肖庆璞，王法明，等.江南稻区新发生的几种稻病[J].植物保护，1964，2（3）：100-102.

[2]Zhou T，Du L，Wang L，Wang Y，et al.Genetic analysis and molecular mapping of QTLs for resistance to rice black-streaked dwarf disease in rice[J].Scientific Reports，2015，5（1）：10509.

[3]孙枫，徐秋芳，程兆榜，等.中国水稻黑条矮缩病研究进展[J].江苏农业学报，2013，29（1）：195-201.

[4]李毅.水稻病毒的分子生物学[M].北京：科学出版社，2001.

[5]魏朗.抗黑条矮缩病转基因水稻育种新材料的创制[D].扬州：扬州大学，2019.

[6]周彤.水稻黑条矮縮病抗性鉴定技术和遗传研究[D].南京：南京农业大学，2013.

[7]周梦姗.水稻抗黑条矮缩病转基因植株的构建与鉴定[D].长沙：湖南农业大学，2016.

[8]卢百关，秦德荣，方兆伟，等.苏北地区水稻黑条矮缩病暴发流行原因及防控对策[J].江苏农业科学，2009（4）：148-149.

[9]刘江宁.水稻黑条矮缩病抗性QTL定位[D].扬州：扬州大学，2019.

[10]王宝祥，江玲，陈亮明，等.水稻黑条矮缩病抗性资源的筛选和抗性QTL的定位[J].作物学报，2010，36（8）：1258-1264.

[11]李爱宏，戴正元，季红娟，等.不同基因型水稻种质对黑条矮缩病抗性的初步分析[J].扬州大学学报（农业与生命科学版）2008，29（3）：18-22.

[12]卢百关，程兆榜，秦德荣，等.江苏水稻主栽和候选品种抗黑条矮缩病鉴定[J].南方农业学报，2011，42（12）：1481-1485.

[13]孙明法，万林生，任仲玲，等.江苏省不同生育类型水稻品种对黑条矮缩病的抗感差异性[J].江苏农业科学，2010（6）：173-176.

[14]農保选，郭辉，张宗琼，等.普通野生稻对南方水稻黑条矮缩病的抗性机制分析及主效QTL定位[J/OL].分子植物育种：1-20[2022-01-06].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/46.1068.S.20210825.1924.023.html.

[15]刘延刚，陈军，唐洪杰，等.山东省主要粳稻品种对黑条矮缩病的抗性鉴定[J].农业科技通讯，2014（1）：78-80.

[16]周彤，王英，吴丽娟，等.水稻品种抗黑条矮缩病人工接种鉴定方法[J].植物保护学报，2011，38（4）：31-35.

[17]周彤，吴丽娟，王英，等.灰飞虱从冷冻病叶获得水稻黑条矮缩病毒方法的研究初报[J].中国水稻科学，2010，24（4）：425-428.

[18]王宝祥，胡金龙，孙志广，等.水稻黑条矮缩病抗性评价方法及抗性资源筛选[J].作物学报，2014，40（9）：1521-1530.

[19]方先文，张云辉，张所兵，等.抗黑条矮缩病水稻品种资源的筛选与鉴定[J].植物遗传资源学报，2015，16（6）：1168-1171.

[20]李路路，侯士辉，张合红，等.水稻黑条矮缩病抗病品种的筛选及其抗病机制初探[J].核农学报，2020，34（6）：1138-1143.

[21]潘存红，李爱宏，陈宗祥，等.水稻黑条矮缩病抗性QTL分析[J].作物学报，2009，35（12）：2213-2217.

[22]Zheng T，Yang J，Zhong W，et al.Novel loci for field resistance to black-streaked dwarf and stripe viruses identified in a set of reciprocal introgression lines of rice（Oryza sativa L.）[J].Molecular Breeding，2012，29（4）：925-938.

[23]Li A，Pan C，Wu L，et al.Identification and fine mapping of qRBSDV-6MH，a major QTL for resistance to rice black-streaked dwarf virus disease[J].Molecular Breeding，2013，32（1）：1-13.

[24]Zhang H，Ge Y，Wang M，et al.Mapping QTLs conferring resistance to rice black-streaked dwarf disease in rice（Oryza sativa L）[J].Euphytica，2016（2）：323-330.

[25]Sun Z，Liu Y，Xiao S，et al.Identification of quantitative trait loci for resistance to rice black-streaked dwarf virus disease and small brown planthopper in rice[J].Molecular Breeding，2017，37（6）：72.

[26]Feng Z M，Kang H X，Li M Y，et al.Identification of new rice cultivars and resistance loci against rice black-streaked dwarf virus disease through genome-wide association study[J].Rice，2019，12（1）：49.

[27]李艳舞.水稻抗黑条矮缩病相关miRNA鉴定及功能分析[D].南京：南京师范大学，2015.

[28]He Y Q，Zhang H H，Sun Z T，et al.Jasmonic acid-mediated defense suppresses brassinosteroid-mediated susceptibility to rice black streaked dwarf virus infection in rice[J].New Phytologist，2017（1）：388-399.

[29]Wang Z Y，Chen D Y，Sun F，et al.ARGONAUTE 2 increases rice susceptibility to rice black-streaked dwarf virus infection by epigenetically regulating HEXOKINASE 1 expression[J].Molecular Plant Pathology，2021，22（9）：1-12.