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世界上有一半以上人口以大米为主食,水稻育种对于保障粮食安全具有重要意义。水稻生长过程中会遭遇多种病虫的危害,褐飞虱(brownplanthopper,BPH,Nilaparvatalugens Stal)是其中最严重的虫害之一,可造成水稻严重减产甚至绝收。利用褐飞虱抗性基因资源对现有优良水稻品种进行遗传改良是防治褐飞虱危害最经济有效的方法。分子育种技术的进展,为提高育种效率,加速新品种的培育提供了新的途径。本研究通过连续回交,结合目标基因正、负向分子标记选择和背景选择(whole genome marker assisted background selection),将褐飞虱抗性基因快速准确地导入到优良水稻中,创建了一批抗褐飞虱水稻新材料。主要结果如下:1、利用回交和分子标记辅助选择(MAS)技术,成功地将来源于“B5”的两个褐飞虱抗性基因BPH14和BPH15同时导入到优良恢复系“华恢938”中,创建了“HB13002-5-30-10”、“HB13002-5-31-24”和“HB13002-50-9-7”等 3 个携带纯合BPH14和BPH15基因,遗传背景回复率为86.62%-87.88%的新株系。苗期褐飞虱抗性鉴定结果表明,3个新株系的褐飞虱综合抗级为1-3级,表现抗或高抗褐飞虱。以这3个新株系为父本与4个不育系进行配组,当所用不育系也携带纯合BPH14和BPH15基因时,所配杂交组合苗期也表现抗褐飞虱;当不育系不携带BPH14和BPH15基因时,所配杂交组合的苗期褐飞虱抗性未得到提高。三次重复田间试验表明,3个新株系的主要农艺性状、产量和稻米品质与受体亲本“华恢938”相似;所配杂交组合中,以“荃9311A”为母本与新株系所配组合的主要农艺性状、产量和稻米品质表现优良,与生产对照组合“丰两优4号”相当,可以进一步进行多点试验、有望培育出新的杂交稻品种。2、通过回交,目标基因的正、负向分子标记选择,覆盖12条染色体的SSR标记及中、高密度SNP芯片的全基因组分子标记背景选择技术,将供体亲本“HB13001-14-5”的BPH14和BPH15基因成功地导入到“五山丝苗”遗传背景中,选育出5个BPH14和BPH15双基因纯合新株系,分别命名为“HB17004-7-47”、“HB17004-7-50”、“HB17004-7-54”、“HB17004-7-72”和“HB17004-7-88”。芯片及测序分析结果表明,这些新株系中所导入的BPH14和BPH15基因片段长度均分别为434.7 kb和417.6 kb;除两个抗性基因所在染色体片段外,新株系的其余遗传背景与受体亲本“五山丝苗”相同,遗传背景回复率均为99.78%。苗期褐飞虱抗性鉴定结果表明,5个新株系的褐飞虱抗性均为1级,表现高抗褐飞虱;成株期褐飞虱抗性鉴定表明,5个新株系的褐飞虱抗性均为3级,表现抗褐飞虱;相同条件下,“五山丝苗”均表现感褐飞虱。分蘖期蜜露分泌量及虫增重实验表明,褐飞虱在新株系上取食后的蜜露分泌量及虫增重较对照均显著降低。海南和武汉两季的田间比较试验结果表明,5个改良株系的产量、生育期、主要农艺性状及稻米品质均与“五山丝苗”基本一致。此外,利用改良株系与不同不育系配组产生的杂交稻组合在生育期、产量及主要农艺性状方面,也和受体亲本与对应不育系配组产生的杂交稻组合基本一致,且新组合的部分稻米品质指标较原始组合显著提升。上述研究结果表明,通过全基因组分子标记背景选择技术,已经将BPH14和BPH15基因精准地导入“五山丝苗”遗传背景中,并在保持其原有性状基本不变的情况下,定向地改良了其褐飞虱抗性。目前,改良株系“HB17004-7-88”已提供给国内商业化种子公司作为“五山丝苗”的替代系用于生产。这也是目前世界上通过回交和全基因组分子标记背景选择导入双基因片段最短、背景回复率最高的育种案例之一。3、以“HB13001-14-5”为供体,创建了若干个“五山丝苗”遗传背景的单片段代换系,这些代换系均只携带1个包含BPH14或BPH15基因的染色体片段,片段长度从428.5 kb-13.3 Mb不等;这些代换系中除导入片段外,其余遗传背景与“五山丝苗”相同。通过对代换系的导入片段长度、主要农艺性状及稻米品质表现进行差异分析,发现BPH14基因上下游连锁区段中存在影响生育期和株高的QTLs。4、同样利用回交,目标基因正、负向分子标记选择及全基因组分子标记背景选择的方法,将BPH14和BPH15基因导入到大面积推广种植的优质品种“黄华占”遗传背景中,选育出了 5个新株系,分别命名为“HB17010-180-171-1”、“HB17010-180-171-39”、“HB17010-180-171-63”、“HB17010-180-171-75”和“HB17010-180-171-86”。芯片分析结果显示,这些新株系的BPH14和BPH15基因所在染色体座位的导入片段长度分别为362.7 kb和1049.4 kb,遗传背景回复率均为99.64%。苗期褐飞虱抗性鉴定结果表明:“黄华占”的褐飞虱抗性为9级,表现高感褐飞虱;而5个改良株系的褐飞虱抗性均为1级,表现高抗褐飞虱。成株期褐飞虱抗性鉴定结果表明:“黄华占”的成株期褐飞虱抗性为7级,表现感褐飞虱;而相同条件下,5个改良株系的褐飞虱抗性也均为1级,表现高抗褐飞虱。分蘖期蜜露分泌量及虫增重实验表明:褐飞虱在新株系上取食后,其蜜露分泌量及虫增重显著降低。海南和武汉两地的大田试验表明:5个改良株系在海南株高显著低于受体亲本“黄华占”,而改良株系的产量、生育期及其他主要农艺性状“黄华占”无显著差异;5个改良株系在武汉的产量、生育期及主要农艺性状与“黄华占”均无显著差异。米质分析结果表明:改良株系在海南的稻米加工品质和外观品质均较“黄华占”显著提高;改良株系在武汉的稻米品质表现与“黄华占”基本一致。上述研究结果同样表明,通过全基因组背景分子标记选择技术,已经将BPH14和BPH15基因精准地导入“黄华占”到遗传背景中,显著提高了其褐飞虱抗性,且不会对其生育期、主要农艺性状及产量产生不利影响。