Balancing selection and wild gene pool contribute to resistance in global rice germplasm against planthopper

褐飞虱 种质资源 生物 单核苷酸多态性 基因 稻属 抗性(生态学) 遗传学 基因组 标记辅助选择 选择(遗传算法) 水稻 基因型 农学 人工智能 计算机科学
作者
Cong Zhou,Qian Zhang,Yu Chen,Jin Huang,Qin Guo,Yi Li,Wensheng Wang,Yongfu Qiu,Wei Guan,Jing Zhang,Jianping Guo,Shaojie Shi,Di Wu,Xiaohong Zheng,Lingyun Nie,Jiaoyan Tan,Chaomei Huang,Yinhua Ma,Fang� Yang,Xiqin Fu,Bo Du,Lili Zhu,Rongzhi Chen,Zhikang Li,Longping Yuan,Guangcun He
出处
期刊:Journal of Integrative Plant Biology [Wiley]
卷期号:63 (10): 1695-1711 被引量:29
标识
DOI:10.1111/jipb.13157
摘要

Interactions and co-evolution between plants and herbivorous insects are critically important in agriculture. Brown planthopper (BPH) is the most severe insect of rice, and the biotypes adapt to feed on different rice genotypes. Here, we present genomics analyses on 1,520 global rice germplasms for resistance to three BPH biotypes. Genome-wide association studies identified 3,502 single nucleotide polymorphisms (SNPs) and 59 loci associated with BPH resistance in rice. We cloned a previously unidentified gene Bph37 that confers resistance to BPH. The associated loci showed high nucleotide diversity. Genome-wide scans for trans-species polymorphisms revealed ancient balancing selection at the loci. The secondarily evolved insect biotypes II and III exhibited significantly higher virulence and overcame more rice varieties than the primary biotype I. In response, more SNPs and loci evolved in rice for resistance to biotypes II and III. Notably, three exceptional large regions with high SNP density and resistance-associated loci on chromosomes 4 and 6 appear distinct between the resistant and susceptible rice varieties. Surprisingly, these regions in resistant rice might have been retained from wild species Oryza nivara. Our findings expand the understanding of long-term interactions between rice and BPH and provide resistance genes and germplasm resources for breeding durable BPH-resistant rice varieties.

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