CN102577929A - 水稻三系不育系低发芽率的一种改良方法 - Google Patents

Abstract

水稻三系不育系低发芽率的一种改良方法，其特征在于：以水稻三明显性核不育为载体，以低发芽率三系不育系的保持系为轮回亲本，经67次回交把Gm6基因转导到低发芽率三系不育系的保持系中，自交后获得与原保持系相似的但含有纯合的Gm6基因可育株，在其可育株进行加代、纯合过程中，采用系谱选择法，选择大量的单株以原三系不育系为细胞质供体进行连续回交并进行发芽率筛选和亲本差异性排除，最终获得与原三系不育系基本一致，发芽率达到商用标准的三系不育系。其优点是获得改良的三系不育系除了发芽率提高达到商用标准和含有Gm6基因外，其遗传组成与原三系不育系基本一致。

Description

水稻三系不育系低发芽率的一种改良方法

技术领域：

本发明涉及水稻三系不育系低发芽率的一种改良方法，包括转导水稻Gm6基因到低发芽率三系不育系的保持系中和发芽率筛选以及亲本差异性排除。

背景技术：

水稻三明显性核不育的发现：2001年在福建省尤溪县西城镇凤元村进行两系核不育系育性鉴定时，在SE21S/Basmati 370组合编号为S221的800多株F₂代分离群体中发现一株雄性不育株与其他雄性不育株的花粉败育形态不同的植株，其败育的花药形态特别，花丝、花药细小，几乎呈线型，白色，花药不开裂。经测交、回交、姐妹交的后代育性分离调查，不育株与可育株呈1∶1分离，以不育株为母本与普通品种配制杂交组合，其后代育性呈1∶1分离，可育株后代分离不出不育株，表明S221不育性受核内1对显性不育基因控制。经初步鉴定为一新的显性核不育材料，暂定名为“三明显性核不育(SanmingDominant Genic Male Sterile)”，该研究论文《水稻三明显性核不育基因的初步鉴定》发表在2008年第10期《作物学报》。

水稻三系不育系元丰A、钱江1号A、D297A等存在自身和生产出的F₁代种子达不到国标二级种子的发芽率不低于80％标准。我所育成的优质抗病三系不育系元丰A经多年的种子生产实践表明其发芽率在70％左右，达不到商用标准，种子企业在种子生产经营过程中存在较大的风险，而种植农户对元丰A配组的优质、高产新品种需求量越来越大，供需矛盾突出。

发明内容：

本发明的目的在于克服水稻三系不育系存在发芽率低的缺陷，提供水稻三系不育系低发芽率的一种改良方法。最大限度地保持原三系不育系遗传组成，选用水稻三明显性核不育为载体把Gm6基因转导到低发芽率三系不育系的保持系中，完成Gm6基因转导的低发芽率三系不育系保持系尚未完全纯合稳定，需进行加代、纯合。在加代、纯合过程中采用系谱选择法，选择大量的单株与原三系不育系进行连续回交并进行发芽率筛选和亲本差异性排除，最终获得与原三系不育系基本一致，发芽率达到商用标准的三系不育系。

本发明的方案是：其特征在于：

①选用含有三明显性核不育基因的水稻植株作母本与含有Gm6基因的亲本作父本进行杂交获得F₁植株；

②选用含有显性核不育基因和Gm6基因的F₁植株作母本与低发芽率三系不育系的保持系作父本进行杂交获得复交F₁植株；

③在复交F₁代植株分离群体中选择含有Gm6基因的三明显性核不育植株作母本与低发芽率三系不育系的保持系作父本进行回交获得BC1植株；

④在回交BC1植株后代分离群体中选用含有Gm6基因的三明显性核不育植株作母本与低发芽率三系不育系的保持系作父本进行回交获得BC2植株；

⑤在回交BC2植株代分离群体中选用含有Gm6基因的三明显性核不育植株作母本与低发芽率三系不育系的保持系作父本进行回交获得BC3植株，依次获得回交BC4、BC5、BC6、BC7植株；

⑥当回交至BC6植株或BC7植株后，获得与低发芽率三系不育系的保持系相似的含有Gm6基因性状的可育株，与原三系不育系的保持系相似度达99.21875％以上，其可育株的Gm6基因性状是处在杂合状态，经自交后获得含有Gm6基因的纯合体；

⑦利用自交后获得含有Gm6基因纯合体可育株种子，分株系进行加代种植300--500株的群体，选择大量的单株以原三系不育系为细胞质供体进行回交，获得回交F₁代；

⑧以原三系不育系细胞质为供体进行回交获得回交F₁代为母本，以相对应的株系为父本进行第二次回交，获得回交F₂代；F₂代种子进行发芽率选择，淘汰低发芽率的株系，选留高发芽率的株系；

⑨以获得回交F₂代高发芽率的株系为母本，以相对应的株系为父本进行第三次回交，获得回交F₃代，回交F₃代种子第二次进行发芽率选择，淘汰低发芽率的株系，选留高发芽率的株系。同时对高发芽率的株系与原保持系进行水稻指纹图谱的比对，淘汰指纹图谱有差异的株系，选留指纹图谱没有差异的高发芽率株系；

⑩以获得高发芽率和指纹图谱没有差异的回交F₃代为母本，以相对应的株系为父本进行第四次回交，获得回交F₄代；回交F₄代种子再一次进行发芽率和与原保持系进行水稻指纹图谱的比对，验证发芽率和与原保持系水稻指纹图谱的比对结果真实性；

以通过验证发芽率和与原保持系水稻指纹图谱的比对结果真实性的回交F₄代为母本，以相对应的株系为父本进行第五次回交，获得回交F₅代；

以回交F₅代为母本，以相对应的株系为父本进行扩大繁殖，即获得达到商用发芽率标准的三系不育系。

本发明的优点在于：

1、利用三明显性核不育为载体把水稻Gm6基因转导到低发芽率三系不育系的保持系中，转导过程方便、高效、准确。

2、获得改良的三系不育系与改良前的不育系相比较除了发芽率提高达到商用标准和含有Gm6基因外，其它遗传组成与原三系不育系基本一致，水稻指纹图谱与原有的三系不育系基本一致，能保留原有的三系不育系株叶形态、配合力、稻米品质、抗逆性等优良性状。

具体实施方式：

本发明方法包括转导水稻Gm6基因到低发芽率三系不育系的保持系中和发芽率筛选及亲本差异性排除，方法如下：

①选用含有三明显性核不育基因的水稻植株作母本与含有Gm6基因的亲本作父本进行杂交获得F₁植株，建立1个显性核不育基因和Gm6基因同时存在的个体；

②以第1步产生的F₁植株的显性核不育植株作母本，以低发芽率三系不育系的保持系作为父本进行杂交，获得复交F1植株，建立1个低发芽率三系不育系的保持系细胞核物质中占50％，且显性核不育基因和Gm6基因同时存在的个体；

③以第2步产生的复交F₁植株经鉴别含有Gm6基因的显性核不育植株作母本，以低发芽率三系不育系的保持系作为父本进行回交，获得BC1植株，建立1个低发芽率三系不育系的保持系细胞核物质中占75％，且显性核不育基因和Gm6基因同时存在的个体；

④以第3步产生的BC1植株经鉴别含有Gm6基因的显性核不育植株作母本，以低发芽率三系不育系的保持系作为父本进行回交，获得BC2植株，建立1个低发芽率三系不育系的保持系细胞核物质中占875％，且显性核不育基因和Gm6基因同时存在的个体；

⑤以第4步产生的BC2植株经鉴别含有Gm6基因的显性核不育植株作母本，以低发芽率三系不育系的保持系作为父本进行回交，获得BC3植株，建立1个低发芽率三系不育系的保持系细胞核物质中占93.75％，且显性核不育基因和Gm6基因同时存在的个体；

⑥以第5步产生的BC3植株经鉴别含有Gm6基因的显性核不育植株作母本，以低发芽率三系不育系的保持系作为父本进行回交，获得BC4，建立1个低发芽率三系不育系的保持系细胞核物质中占96.875％，且显性核不育基因和Gm6基因同时存在的个体；

⑦以第6步产生的BC4植株经鉴别含有Gm6基因的显性核不育植株作母本，以低发芽率三系不育系的保持系作为父本进行回交，获得BC5植株，建立1个低发芽率三系不育系的保持系细胞核物质中占98.4375％，且显性核不育基因和Gm6基因同时存在的个体；

⑧以第7步产生的BC5植株经鉴别含有目的基因的显性核不育植株作母本，以低发芽率三系不育系的保持系作为父本进行回交，获得BC6植株，建立1个低发芽率三系不育系的保持系细胞核物质中占99.21875％，且显性核不育基因和Gm6基因同时存在的个体；

⑨当回交至BC6植株以后，获得与目标亲本相似度达99％以上并含有Gm6基因的可育株，其可育株的Gm6基因是处在杂合状态，经自交后获得Gm6基因的纯合体，经鉴别后筛选出含有Gm6基因的纯合体的个体。即完成利用三明显性核不育基因为载体转导水稻Gm6基因到低发芽率三系不育系的保持系亲本中的转导过程；

⑩经鉴别后筛选出含有Gm6基因的纯合体的三系不育系的保持系，分株系进行加代种植300-500株的群体，各株系选择大量单株以原三系不育系为细胞质为供体进行回交，获得回交F₁代；

以原三系不育系为细胞质为供体进行回交获得回交F₁代为母本，以相对应的株系为父本进行第二次回交，获得回交F₂代。F₂代种子进行发芽率选择，淘汰低发芽率的株系，选留高发芽率的株系；

以获得回交F₂代高发芽率的株系为母本，以相对应的株系为父本进行第三次回交，获得回交F₃代，回交F₃代种子第二次进行发芽率选择，淘汰低发芽率的株系，选留高发芽率的株系，同时对高发芽率的株系与原保持系进行水稻指纹图谱的比对，淘汰指纹图谱有差异的株系，选留指纹图谱没有差异的高发芽率株系；

以获得高发芽率和指纹图谱没有差异的回交F₃代为母本，以相对应的株系为父本进行第四次回交，获得回交F₄代，回交F₄代种子再一次进行发芽率和与原保持系进行水稻指纹图谱的比对，验证发芽率和与原保持系进行水稻指纹图谱的比对结果真实性；

以通过验证发芽率和与原保持系进行水稻指纹图谱的比对结果真实性的回交F₄代为母本，以相对应的株系为父本进行第五次回交，获得回交F₅代；

以通过验证发芽率和与原保持系进行水稻指纹图谱的比对结果真实的回交F₅代为母本，以相对应的株系为父本进行扩大繁殖，即获得达到商用发芽率标准的三系不育系。

实例：

我所育成的优质抗病三系不育系元丰A经多年的种子生产实践表明其发芽率在70％左右，存在生产出的F₁代种子达不到国标二级种子的发芽率不低于80％标准。利用水稻三明显性核不育基因为载体，与分子标记辅助选择法相结合的方法，把基因Gm6转导到保持系元丰B中：三明显性核不育与含有目的基因Gm6的亲本抗蚊青占杂交，种植F₁代，选择含有三明显性核不育基因的植株与元丰B杂交获得复交F₁代，利用分子标记辅助选择的方法选出带有目的基因Gm6不育株再与保持系元丰B杂交获得回交BC1代，然后每一代选择经分子标记辅助选择的方法选出带有Gm6基因不育株，均以元丰B为轮回亲本，继续回交，依次获得BC2、BC3、BC4、BC5、BC6、BC7等。当回交至BC6后，获得与目标亲本元丰B基本一致的经分子标记检测选择含有Gm6基因的可育株，其Gm6基因是处在杂合状态，经自交后用分子标记方法鉴定筛选出含有Gm6基因的纯合体元丰B，完成Gm6基因转导到元丰B中。

经鉴别后筛选出含有Gm6基因的纯合体的三系不育系的保持系与元丰B比较仍有少部分染色体片段的细微差异，尚未完全纯合稳定，需进行加代、纯合。采用系谱选择法，在分株系进行加代、纯合过程中选择大量的单株以元丰A为细胞质供体进行连续回交。第二次回交后进行发芽率选择，淘汰低发芽率的株系，选留高发芽率的株系继续回交；第三次回交后继续进行发芽率选择，淘汰低发芽率的株系，选留高发芽率的株系继续回交，同时对高发芽率的株系与原保持系进行水稻指纹图谱的比对，淘汰有差异的株系，对指纹图谱没有差异的高发芽率株系进行继续回交；第四次回交后再一次进行发芽率和与原保持系水稻指纹图谱的比对，验证发芽率和与原保持系进行水稻指纹图谱的比对结果真实性。经发芽率筛选及亲本差异性排除，第五次回交后即可扩大繁殖，获得达到商用发芽率标准的三系不育系元丰A。

获得改良的三系不育系与改良前的元丰A相比较除了发芽率提高和含有Gm6基因外，其遗传组成和水稻的指纹图谱与元丰A基本一致。改良的三系不育系元丰A最大限度地保留了其遗传组成和原有的株叶形态、配合力、稻米品质、抗逆性等优良性状，其发芽率达到90％左右，完全能满足种子企业生产与经营的要求，降低种子企业生产经营风险与成本，满足广大农户对元丰A配组的优质、高产杂交稻品种的需求。

Claims (1)

1.水稻三系不育系低发芽率的一种改良方法，其特征在于：

①选用含有三明显性核不育基因的水稻植株作母本与含有Gm6基因的亲本作父本进行杂交获得F₁植株；

②选用含有显性核不育基因和Gm6基因的F₁植株作母本与低发芽率三系不育系的保持系作父本进行杂交获得复交F₁植株；

③在复交F₁代植株分离群体中选择含有Gm6基因的三明显性核不育植株作母本与低发芽率三系不育系的保持系作父本进行回交获得BC1植株；

④在回交BC1植株后代分离群体中选用含有Gm6基因的三明显性核不育植株作母本与低发芽率三系不育系的保持系作父本进行回交获得BC2植株；

⑤在回交BC2植株代分离群体中选用含有Gm6基因的三明显性核不育植株作母本与低发芽率三系不育系的保持系作父本进行回交获得BC3植株，依次获得回交BC4、BC5、BC6、BC7植株；

⑥当回交至BC6植株或BC7植株后，获得与低发芽率三系不育系的保持系相似的含有Gm6基因性状的可育株，与原三系不育系的保持系相似度达99.21875％以上，其可育株的Gm6基因性状是处在杂合状态，经自交后获得含有Gm6基因的纯合体；

⑦利用自交后获得含有Gm6基因纯合体可育株种子，分株系进行加代种植300-500株的群体，选择大量的单株以原三系不育系为细胞质供体进行回交，获得回交F₁代；

⑧以原三系不育系细胞质为供体进行回交获得回交F₁代为母本，以相对应的株系为父本进行第二次回交，获得回交F₂代；F₂代种子进行发芽率选择，淘汰低发芽率的株系，选留高发芽率的株系；

⑨以获得回交F₂代高发芽率的株系为母本，以相对应的株系为父本进行第三次回交，获得回交F₃代，回交F₃代种子第二次进行发芽率选择，淘汰低发芽率的株系，选留高发芽率的株系。同时对高发芽率的株系与原保持系进行水稻指纹图谱的比对，淘汰指纹图谱有差异的株系，选留指纹图谱没有差异的高发芽率株系；

⑩以获得高发芽率和指纹图谱没有差异的回交F₃代为母本，以相对应的株系为父本进行第四次回交，获得回交F₄代；回交F₄代种子再一次进行发芽率和与原保持系进行水稻指纹图谱的比对，验证发芽率和与原保持系水稻指纹图谱的比对结果真实性；

以通过验证发芽率和与原保持系水稻指纹图谱的比对结果真实性的回交F₄代为母本，以相对应的株系为父本进行第五次回交，获得回交F₅代；

以回交F₅代为母本，以相对应的株系为父本进行扩大繁殖，即获得达到商用发芽率标准的三系不育系。