CN102835303B - 一种核质互作雄性不育系的育种方法 - Google Patents
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Abstract
一种核质互作雄性不育系的育种方法，主要包括以下步骤：通过杂交、回交、复交、花培手段，获得细胞质雄性不育株；再与具有恢复基因的品系杂交、多代回交或多代姊妹交，制备出目标不育系和目标保持系；用目标保持系作为轮回亲本，与具有可育细胞质的品系杂交和回交，将目标保持系的不育细胞质置换成可育细胞质；将换质完成后的目标保持系植株自交后，与目标不育系进行测交，鉴定保持系植株不育保持能力和繁殖不育系。本发明可以有效排除微效恢复基因，提高不育系异交能力，提高雄性不育系育种效率，获得优异的不育系；且可从难以败育彻底的不育细胞质源中，选育出完全保持系，拓宽核质互作雄性不育资源的利用范围，扩大雄性不育系恢复谱。
Description
技术领域
本发明涉及一种杂交作物的育种方法，尤其涉及一种核质互作雄性不育系系统以不育细胞质为选择背景的杂交作物雄性不育系的育种方法。
背景技术
人们早已发现杂种的自花授粉植物具有包括许多优良性状的杂种优势。雄性不育系由于可免除人工去雄、节约人力、降低种子成本、保证种子纯度，从而在育种领域得到广泛的重视。降低杂交种子制种成本，提高配组自由度，提高杂种优势水平，选育出生产上要求的各类型优良杂交组合是农作物杂种优势利用的发展趋势。
以细胞核质互作雄性不育系为基础的三系法是利用杂种优势的有效途径。三系法杂种优势的缺点是可利用的亲本有限。以水稻(Oryza sativa L.)为例，常规籼稻品种中，野败保持系频率低于0.1%。目前可利用的优良的水稻核质互作型雄性不育系有限，不育系间遗传差异小，类型相似。难以将存在于各种水稻核质互作型雄性不育系中的优良性状综合在一起，导致现有优良杂交水稻组合的产量，适应性、抗病虫性、稻米品质等不能满足各地对水稻生产的不同要求。高产优质的杂交粳稻组合和适合长江流域作双季早稻的早中熟组合较缺乏。
在自然界中核质互作雄性不育类型非常丰富，植物进化过程中由于生殖隔离等原因，种间，亚种间，甚至品种间杂交等都能产生细胞核质互作雄性不育。细胞质的提供亲本和细胞核的提供亲本遗传距离大的不育细胞质，易找到完全不育保持系，但一般难以恢复，配组欠自由。细胞质的提供亲本和细胞核的提供亲本遗传距离小的不育细胞质，它们的不育系大多败育不彻底，难找到保持系。一般来说，一个水稻优良核质互作型雄性不育系要求不育性稳定，败育彻底，受环境条件影响小，花粉不育度＞99.5％； 性状指标上体现在开花习性良好, 柱头大而外露, 张颖角度大、时间长，花时集中；一般配合力强； 株叶型好，抗性和米质好。
实践中一些不育细胞质源在现有作物品种中难以测到完全保持系，因此没能得到利用，主要原因并不是细胞质不育基因败育不彻底，而是细胞核基因中的微效可育基因难以排除。如普通小麦种内胞质互作产生的一些不育系，如普里美比不育细胞质，它们一般更易恢复, 配组更自由，但败育很难彻底。生产中，由于波利马不育系败育不彻底，导致杂交油菜的纯度较低，影响杂交油菜的产量。目前还没有比较有效的育种方法来排除亲本中的微效可育基因。细胞质雄性不育系选育的常规技术是将保持系细胞核置换到不育细胞质中，先育成保持系后再由其转育不育系。在杂交选育雄性不育系的保持系时，一般是利用某保持系与另一亲本杂交，在杂种后代中选择单株与不育系测交，如果它们的测交F1不育，则选留该单株作为今后保持系的测试株系。这种做法在实践中的结果是不准确的。由于杂交后代单株及其与不育系的测交后代群体是分离的，微效可育基因也是分离的。由此判断一个杂交后代单株是否为保持株系不会准确。理论上，只有当一个稳定的品系的细胞核完全被代换到不育细胞质中，才能准确了解这个品系是否为保持系以及开花习性是否优良。因此，在育种实践中鉴定杂交后代单株的不育保持能力和开花习性事先没有预见性，容易造成最后获得的不育系其败育欠彻底或开花习性不良。当微效可育基因较多时，选育的效率很低。只有稳定的品系在完全代换原母本细胞核后,才能准确知道通过多年杂交育成的品系是否具有完全不育的保持能力。所以不育系选育的周期相当长、难度大、预见性差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种核质互作雄性不育系的育种方法，利用本发明方法，可以有效排除微效恢复基因，提高不育系异交能力，提高雄性不育系育种效率；并且可以从难以败育彻底的不育细胞质源中，选育出完全保持系，拓宽核质互作雄性不育资源的利用范围，扩大雄性不育系恢复谱。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种核质互作雄性不育系的育种方法，包括以下步骤：
（1）通过杂交、回交、复交、花培等，获得农艺性状优良，异交习性好的符合选育目标的细胞质雄性不育株；
（2）利用所述步骤（1）所得细胞质雄性不育株，与具有恢复基因的品系进行杂交，获得杂交种子；
（3）以不育株为母本，与步骤（2）获得的杂交种子种植后产生的可育株为父本杂交；在后代中，继续以不育株为母本，各代中的可育株为父本，进行多代杂交或回交，将群体中除一对主效恢复基因外的其他恢复基因排除，直到获得后代不育株与可育株的分离比为1:1的植株群体. 其中50%的植株不育即是目标不育系，与常用恢复系配组，筛选符合生产要求的优良组合；另外50%植株为不育基因与可育基因杂合的可育株，用它们作为父本与目标不育系杂交，保留所有杂交种子，杂交种子种植后产生的可育株作为目标保持系；
（4）利用具有可育细胞质的品系为母本，与步骤（3）获得的目标保持系进行杂交，获得杂交F1种子；
（5）将步骤（3）获得的包含目标保持系的杂交种子全部保留，分批作为各世代父本及轮回亲本，与步骤（4）获得的杂交F1为母本进行回交；以回交后代为母本，轮回亲本为父本，连续回交多代，直到获得与可育株性状相似的回交后代群体，完成把不育细胞质换为可育细胞质，细胞核仍保持为目标保持系细胞核的过程；
（6）将步骤（5）获得的，与可育株性状相似的回交后代群体进行自交，产生回交后代自交F2群体，使其不育基因与恢复基因分离重组；
（7）将步骤（6）中获得的回交后代自交F2群体，分单株与目标不育系植株进行测交，获得测交群体，检验测交群体育性。当测交群体表现完全不育时，该测交群体的父本即为目标不育系的保持系，用获得的保持系与该不育群体杂交，即繁殖出不育系。
进一步，步骤（1）中，所述细胞质雄性不育株可以是通过花培等获得的稳定的不育系，或为育种中间材料的遗传上未稳定的不育株。
进一步，步骤（2）中，所述具有恢复基因的品系可以是恢复系或半恢复系，或者是只具有一对恢复基因的育种材料。
进一步，通过花培获得的稳定的不育系和育种中间材料的遗传上未稳定的不育株可以通过再生保留，供以后世代使用。
进一步，步骤（3）中，所述不育株可以是通过花培等获得的稳定的不育系，所述不育株是通过花培等途径获得的稳定不育系，或者是作为固定轮回亲本的农艺性状优良的目标不育株。或者是不育系与具有恢复基因的品系杂交，分离出来的各世代不育株；
进一步，步骤（4）中，所述母本可以是任何具有可育细胞质的育种材料。
进一步，所述具有可育细胞质的育种材料可为常规保持系或显性核不育系。
进一步，步骤（5）中，所述回交后代群体是置换成可育细胞质并完全保留目标保持系细胞核的农艺性状整齐，与可育株性状相似的群体，或者是不含有恢复基因的分离材料，在后代中通过选择，再使其稳定。
本发明者研究发现，如果能够通过杂交育种以不育细胞质为选择背景，在田间事先鉴定出优异的完全不育株，纯合成优良高配合力不育系，测配到优异的目标组合，再利用某些方法通过不育系再来获得其同型保持系，就会具有很强的目标性和预见性，有利于提高细胞质雄性不育系的配合力和培育不同类型优异的不育系。
本发明提供了一种与常规选育思路相反的一种方法，以不育细胞质为选择背景，将不育系细胞核转换到可育细胞质中，以此方式排除微效恢复基因，先选育不育系后再由其转育保持系，预见性强。
实践表明，利用本发明，的确可以有效排除微效恢复基因，提高不育系异交能力，提高雄性不育系育种效率；并且可以从难以败育彻底的不育细胞质源中，选育出完全保持系，能够将所谓难以保持的不育细胞质源得以利用，拓宽核质互作雄性不育资源的利用范围，扩大雄性不育系恢复谱。
具体实施方法
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明，但这些实施例不得用于解释对本发明保护范围的限制。
各实施例所使用的各作物品种（品系）均为育种领域中常规使用的品种（品系），通过国家审定认定或者技术鉴定，可在品种资源库获得或者市场采购。
实施例1：
（1）以水稻BT型不育系9201A为母本，与水稻品种秋光进行杂交，获得杂交F1种子；将9201A/秋光的F1与日本晴杂交，获得三交F1；9201A/秋光/日本晴的三交F1中分离出优异细胞质雄性不育株，将其进行花培，获得纯合稳定的优异不育株，利用人工气候室和分蔸保存，定名为D23A目标不育系；
（2）以目标不育系D23A作为母本，与恢复系培C311为父本杂交；获得可育F1种子；
（3）用步骤（2）所述F1为父本，D23A作为母本进行回交；后继续回交；在回交后代中，选择与D23A性状相似的可育株为父本，D23A作为母本，共回交7代，排除恢复系培C311中除一对主效恢复基因外的其他恢复基因，获得后代不育株与可育株的分离比为1:1的育种群体，其中50%的植株不育，与目标不育系D23A农艺性状高度相似；用不育株与水稻恢复系C418测交配组，筛选到符合生产要求的强优组合；另外50%植株为不育基因与可育基因杂合的可育株，用它们作为父本与目标不育系D23A杂交，保留所有杂交种子，种子种植后产生的可育株作为目标保持系；
（4）以水稻萍乡显性核不育系为母本，用步骤（3）所得目标保持系为父本进行杂交，获得F1种子；
（5）用步骤（4）所得F1种子为母本，步骤（3）保留的目标保持系为父本进行回交；继续以不育回交后代作为母本，步骤（3）保留的目标保持系为父本进行回交，连续6代回交，获得农艺性状稳定，与目标保持系性状相似的可育回交后代植株，完成把不育细胞质换为可育细胞质，细胞核仍保持是目标保持系细胞核的过程；
（6）将步骤（5）获得的农艺性状稳定，与目标保持系性状相似的回交后代植株进行自交，获得回交后代自交F2群体，使其不育基因与恢复基因分离重组；
（7）将上述获得的回交后代自交F2群体，分单株与目标不育系D23A进行测交，检验测交群体育性；测交群体中的编号C12群体表现完全不育，不育株率100%，花粉不育度达到99.9%，该测交群体农艺性状整齐、优良，异交习性好，即作为D23A不育系，测交群体C12的父本即定名为保持系D23B，用保持系D23B与不育系D23A杂交，即繁殖出不育系D23A。
本发明有效排除了微效恢复基因，获得彻底败育的BT型细胞核质互作雄性不育系，不育株率100%，花粉不育度达到99.9%，提高了不育系异交能力。
实施例2
（1）以具有不育细胞质的小麦普里美比为母本与小麦品系川麦33进行杂交，获得F1种子；将普里美比/川麦33的F1与新麦19杂交，获得三交F1；普里美比/川麦33//新麦19的F1中分离出来的半不育株与郑麦9023杂交；在普里美比/川麦33//新麦19///郑麦9023的四交F1中获得一部分不育和一部分可育的植株群体；在其中筛选性状理想细胞质雄性不育株；
（2）用步骤（1）筛选到的细胞质雄性不育株与步骤（1）四交F1群体中与被选择的不育株性状相似的可育株进行杂交，获得可育F1种子；
（3）种植步骤（2）获得的F1种子，在抽穗后，继续筛选性状理想的不育株，并用其作为母本，与该群体中性状相似的可育株为父本杂交；在其杂交后代中，继续筛选优异不育株为母本，相似可育株为父本，进行杂交，用以上方法重复12代，排除群体中除一对主效恢复基因外的其他恢复基因，获得后代不育株与可育株的分离比为1:1的育种群体. 其中50%的植株不育即是目标不育系，与小麦恢复系川农19测交配组，筛选到符合生产要求的强优组合；另外50%植株为不育基因与可育基因杂合的可育株，用它们作为父本与目标不育系杂交，保留所有杂交种子，种子种植后产生的可育株作为目标保持系。
（4）以小麦显性核不育系太谷核不育系为母本，以步骤（3）所得目标保持系为父本进行杂交，获得不育F1；
（5）以步骤（4）所得不育F1为母本，保留的步骤（3）所得目标保持系为父本进行杂交，获得回交F1；继续以不育回交后代作为母本，保留的目标保持系为父本进行回交，连续6代回交，获得不育株:可育株为1:1的，可育株农艺性状整齐的，与目标保持系性状相似的回交后代群体，完成把不育细胞质换为可育细胞质，可育株细胞核仍保持是目标保持系细胞核的过程；
（6）将步骤（5）所得农艺性状整齐，与目标保持系性状相似的可育回交后代进行自交，使其不育基因与恢复基因分离重组，获得回交后代自交F2群体；
（7）将步骤（6）所得的回交后代自交F2群体，分单株与步骤（3）所得目标不育系进行测交，检验测交群体育性，测交群体中的A17表现完全雄性不育，不育株率100%，花粉不育度达到99.6%，而且，该测交群体农艺性状整齐、优良，异交习性好，当选后定名为17A，测交群体的父本即为目标不育系的保持系，定名为17B；用保持系17B与17A杂交，即繁殖出17A不育系。
本发明有效排除了微效恢复基因，获得彻底败育的P型普通小麦核质互作雄性不育系，不育株率100%，花粉不育度达到99.6%，从难以败育彻底的不育细胞质源中，选育出完全保持系，能够将所谓难以保持的不育细胞质源得以利用，拓宽核质互作雄性不育资源的利用范围，扩大雄性不育系恢复谱。
Claims (1)
1. 一种核质互作雄性不育系的育种方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）通过杂交、回交、复交、花培，获得农艺性状优良，异交习性好的符合选育目标的细胞质雄性不育株；
（2）利用所述步骤（1）所得细胞质雄性不育株，与具有恢复基因的品系进行杂交，获得杂交种子；
（3）以不育株为母本，与步骤（2）获得的杂交种子种植后产生的可育株为父本杂交；在后代中，继续以不育株为母本，各代中的可育株为父本，进行多代杂交或回交，将群体中除一对主效恢复基因外的其他恢复基因排除，直到获得后代不育株与可育株的分离比为1:1的植株群体，其中50%的植株不育即是目标不育系，与常用恢复系配组，筛选符合生产要求的优良组合；另外50%植株为不育基因与可育基因杂合的可育株，用它们作为父本与目标不育系杂交，保留所有杂交种子，杂交种子种植后产生的可育株作为目标保持系；
（4）利用具有可育细胞质的品系为母本，与步骤（3）获得的目标保持系进行杂交，获得杂交F1种子；
（5）将步骤（3）获得的包含目标保持系的杂交种子全部保留，分批作为各世代父本及轮回亲本，与步骤（4）获得的杂交F1为母本进行回交；以回交后代为母本，轮回亲本为父本，连续回交多代，直到获得与可育株性状相似的回交后代群体，完成把不育细胞质换为可育细胞质，细胞核仍保持为目标保持系细胞核的过程；
（6）将步骤（5）获得的，与可育株性状相似的回交后代群体进行自交，产生回交后代自交F2群体，使其不育基因与恢复基因分离重组；
（7）将步骤（6）中获得的回交后代自交F2群体，分单株与目标不育系植株进行测交，获得测交群体，检验测交群体育性；当测交群体表现完全不育时，该测交群体的父本即为目标不育系的保持系，用获得的保持系与该不育群体杂交，即繁殖出不育系。
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Granted publication date: 20140326 Termination date: 20160914 |
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