南繁区稻曲病菌的遗传多样性及稻曲病菌和水稻纹枯病菌的分子检测

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南繁区位于我国海南岛南部,在水稻等农作物科学育种上有着不可替代的地位,是我国农作物繁育制种的重要基地。随着各地大量的育种材料进出南繁区,在利用南繁区热带气候资源优势的同时,外来物(有害生物和转基因生物等)对该地区的农业生态环境和生产安全造成了潜在的危害。为了明确南繁区稻曲病菌[Ustilaginoidea virens(Patou.)Bref.]的遗传多样性以及建立快速检测稻曲病菌和水稻纹枯病菌(Rhizoctonia solani Kühn)的技术,为水稻病害的防控措施的制定提供理论依据。本研究对南繁区(三亚市、乐东县和陵水县)稻曲病菌的形态特征、培养性状和DNA的AFLP多态性等方面进行了分析,同时也建立了稻曲病菌和水稻纹枯病菌的LAMP快速检测技术,并在水稻种子带菌检测上进行了应用。现将主要研究结果报道如下:(1)稻曲病菌的培养性状观测及分子鉴定。从南繁区两次采集稻曲病样品,共分离得到57个稻曲病菌菌株。这些菌株在PSA培养基上生长缓慢,培养性状不完全一致,呈现出一定的多样性;经稻曲病菌ITS特异性引物扩增鉴定,这些菌株均能得到一条380bp的特征条带,表明所有菌株均为稻曲病菌。(2)稻曲病菌DNA的AFLP多态性分析。从256对引物中筛选出10对扩增条带较为丰富以及多态性较高的引物。结果共扩增出545条DNA条带,其中包含500条多态性条带,多态性的百分率为91.74%;聚类分析结果表明,57个菌株分为11个AFLP谱系,陵水县菌株分布在8个谱系中,其他两个群体都分布在7个谱系中,表明陵水县菌株间遗传分化程度较高;三个稻曲病菌群体中,陵水县群体的多态性位点百分率(PPL)为81.75%,高于乐东县群体的74.60%和三亚市群体的49.21%;三亚市群体的Shannon’s信息指数(I)为0.1997,低于乐东县群体的0.2656和陵水县群体的0.3062;陵水县群体的Nei’s基因多样性指数(H)为0.1934,高于乐东县群体的,0.1662和三亚市群体的0.1273,陵水县群体表现了最大的遗传多样性。(3)稻曲病菌的遗传结构分析。总物种的基因分化度Gst为0.0541,基因流Nm为8.7460,表明遗传变异主要来自于各个群体内,不同群体间均存在一定基因交流;基于遗传一致性的群体聚类分析表明,三个群体菌株的遗传相似度很高。(4)稻曲病菌和水稻纹枯病菌LAMP快速检测技术的建立及应用。基于稻曲病菌侧翼基因Uvt3277和水稻纹枯病菌乙酰乳酸合成酶编码基因AG1IA00222的序列,分别建立了稻曲病菌和水稻纹枯病菌的环介导等温扩增(LAMP)检测技术。稻曲病菌LAMP反应体系的Mg2+最适浓度为4 mmol/L,甜菜碱最适浓度为0.2 mol/L,dNTPs的最适浓度为1.2 mmol/L,61℃下反应60 min,然后80℃下反应10 min使Bst DNA聚合酶灭活以终止反应;水稻纹枯病菌LAMP反应体系的Mg2+最适浓度为4 mmol/L,甜菜碱最适浓度为0.2 mol/L,dNTPs的最适浓度为0.8 mmol/L,63℃下反应50 min,然后80℃下反应10 min使Bst DNA聚合酶灭活以终止反应。本试验的结果可以通过加SYBR Green I荧光染料1μL,在黑色背景条件下观察颜色变化或者琼脂糖凝胶电泳分析是否出现梯形条带来判定。(5)稻曲病菌和水稻纹枯病菌LAMP引物的灵敏度和特异性试验。结果只有稻曲病菌和水稻纹枯病菌在各自的LAMP检测体系中的反应结果呈阳性,而其它参试菌株都为阴性,表明两者的LAMP引物特异性较好;稻曲病菌和水稻纹枯病菌的检测灵敏度均为100fg/μL,分别比普通PCR灵敏度高了100倍和1000倍。(6)LAMP检测技术在水稻种子带菌检测上的应用。通过真菌ITS通用引物常规PCR反应,对来自南繁区22份水稻种子样品进行了病原真菌检测,结果只有1份种子样品没有条带,表明其余21份种子样品中可能含有目标真菌;在稻曲病菌和水稻纹枯病菌LAMP检测反应中,分别有14份和2份呈阳性结果,结果表明LAMP检测技术能够准确地检测出水稻种子中是否有这两种病原真菌侵染。本研究为稻曲病菌和水稻纹枯病菌的早期诊断提供了一种快速、简单、特异和灵敏的手段,适合田间和基层部门使用。
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