CN103931483B

CN103931483B - 高抗性淀粉含量杂交粳稻三系不育系和恢复系的选育方法及应用

Info

Publication number: CN103931483B
Application number: CN201410133082.7A
Authority: CN
Inventors: 朴钟泽; 杨瑞芳; 白建江
Original assignee: Shanghai Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Shanghai Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2034-04-03
Also published as: CN103931483A

Abstract

本发明涉及高抗性淀粉含量杂交粳稻三系不育系和恢复系的选育方法及应用。利用高抗性淀粉基因型材料和综合农艺性状优良、抗病性和配合力强的粳稻优良保持系以及恢复系，通过杂交、多次回交等常规育种技术结合分子标记辅助选择育种技术，先获得高抗性淀粉含量保持系和恢复系，然后再利用高抗性淀粉含量保持系与粳稻不育系进行多代回交，选育出含有高抗性淀粉基因型的不育系，通过广泛测交鉴定培育出综合农艺性状优良的高抗性淀粉的杂交粳稻。该方法对提高抗性淀粉水稻品种产量、降低生产成本有积极的意义，可以满足糖尿病患者对高抗性淀粉稻米的需求，缓解糖尿病人吃饭难吃不饱饭的问题。

Description

高抗性淀粉含量杂交粳稻三系不育系和恢复系的选育方法及应用

技术领域

本发明涉及作物育种技术领域，具体涉及高抗性淀粉含量杂交粳稻三系不育系和恢复系的选育方法及应用。

背景技术

抗性淀粉（Resistant Starch，简称RS）是指“在健康个体的小肠中不能被吸收的淀粉或淀粉降解产物”（欧洲RS协会EURESTA定义）。已有研究表明，抗性淀粉不能在小肠中被消化吸收和提供葡萄糖，在大肠中可以被生理性细菌发酵，产生短链脂肪酸（Short chain fatty acids，SCFA)和气体。抗性淀粉有着重要的生理功能，能够降低餐后血糖和胰岛素应答，提高机体对胰岛素的敏感性，预防便秘和结肠癌的发生，降低血清中胆固醇和甘油三酯含量，降低和控制体重，促进矿物质吸收。高抗性淀粉饮食者与低抗性淀粉饮食者相比，具有较少的胰岛素反应，这对糖尿病患者控制餐后血糖值有很大影响，尤其对于非胰岛素依赖型病人，摄食高RS食物，可延缓餐后血糖上升，有效控制糖尿病病情。

通过筛选和鉴定高抗性淀粉含量的水稻遗传资源，提供具有高抗性淀粉含量的水稻品种，来改善人们的饮食结构是治疗和预防糖尿病等文明病发病的最经济有效的手段之一。上海市农业科学院作物栽培育种研究所利用化学诱变和小孢子培养技术并结合常规育种技术，培育了高抗性淀粉粳稻新品种“降糖稻1号”，并与相关企业合作进行了产业化开发，缓解了糖尿病人吃饭难、吃不饱饭的难题，但因该品种产量和出米率极低、生产成本比一般稻米高3倍以上，严重影响大面积推广应用和市场销售。

杂交水稻是通过不同稻种相互杂交产生的，依靠的是不育系（母本）和恢复系（父本）杂交产生超双亲优势，达到高产的目的。由于控制水稻抗性淀粉含量的基因是隐性性状，想要通过杂交稻提高抗性淀粉含量水稻产量，必须先选用出含有高抗性淀粉隐性纯合不育系和恢复系，再利用高抗性淀粉的三系不育系和恢复系培育高抗性淀粉含量杂交水稻新品种。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高抗性淀粉含量杂交粳稻三系不育系和恢复系的选育方法及应用，利用非转基因高抗性淀粉水稻材料，通过杂交、多次回交等传统水稻育种技术和分子标记辅助选育技术，培育出综合农艺性状优良、抗病性强、配合力强的高抗性淀粉含量杂交粳稻三系不育系和恢复系，再培育综合农艺性状优良的高抗性淀粉含量杂交粳稻新品种。

本发明的高抗性淀粉含量杂交粳稻三系不育系和恢复系的选育方法，包括以下步骤：

1)收集粳稻保持系和恢复系，分别以B和R表示；

2)分别以粳稻保持系B和恢复系R为母本，以高抗性淀粉基因型材料，以J表示，为父本进行杂交，获得F₁代种子，分别用F_1-BJ和F_1-RJ表示；

3)将步骤2）收获的F₁代种子和各自对应的粳稻保持系B和恢复系R为轮回亲本进行回交，收获对应保持系BC₁F_1-BJ种子和恢复系BC₁F_1-RJ种子；

4)对保持系BC₁F_1-BJ种子和恢复系BC₁F_1-RJ进行分子标记鉴定，筛选出含有高抗性淀粉杂合基因型的单株；

5)将步骤4）筛选出的含有高抗性淀粉杂合基因型的单株为母本分别与对应的粳稻保持系B、恢复系R继续回交，收获对应的保持系BC₂F_1-BJ种子、恢复系BC₂F_1-RJ种子；

6)重复步骤4）和5）5-7次直到筛选出农艺性状与粳稻保持系B和恢复系R一致并含高抗性淀粉含量基因型的杂合单株保持系BC_nF_1-BJ和恢复系BC_nF_1-RJ，n为6-8；

7)将步骤6）得到的保持系BC_nF_1-BJ和恢复系BC_nF_1-RJ种子种植于稻田，自交获得BC_nF₂代，对BC_nF₂代进行分子标记检测，选出高抗性淀粉含量基因型纯合单株，对中选的材料再进行抗性淀粉含量特性检测，获得农艺综合性状优良的高抗性淀粉含量杂交粳稻保持系和恢复系；

8)利用高抗性淀粉含量粳稻保持系与粳稻三系不育系，以A表示，杂交获得高抗性淀粉含量基因型杂合的F_1-BA代不育系单株，高抗性淀粉含量基因型杂合的F_1-BA代不育系单株与高抗性淀粉含量粳稻保持系回交获得BC₁F_1-BA代，从BC₁F_1-BA代开始，通过分子标记检测，挑选高抗性淀粉含量基因型纯合的不育系单株继续与对应的保持系回交直至农艺性状与高抗性淀粉含量粳稻保持系一致，获得农艺综合性状优良的高抗性淀粉含量杂交粳稻三系不育系。

优选地，步骤1）所述的粳稻保持系和恢复系的综合农艺性状优良、抗病力强并且配合力强。

优选地，步骤2）所用的高抗性淀粉基因型材料为降糖稻1号。

优选地，步骤4）所用的分子标记为PCR-SpeI标记。

本发明的高抗性淀粉含量杂交粳稻三系不育系和恢复系的应用，由所述的高抗性淀粉含量杂交粳稻三系不育系和恢复系通过广泛测交鉴定培育高抗性淀粉含量杂交粳稻。

进一步地，所述的高抗性淀粉含量杂交粳稻的抗性淀粉含量为10%-17%。

本发明中提到的综合农艺性状优良是指株型紧凑、植株健壮、产量高、穗大粒多、米质优等方面性状，抗病力强是指抗稻瘟病、白叶枯病等，配合力强均参照本领域常规选育标准。

本发明在检测中用到的分子标记PCR-SpeI已在名称为《一种水稻淀粉分支酶SBE3的基因的突变基因及其用途》，申请号为201210266649.9的专利申请中所公布。

本发明的有益效果在于：

高抗性淀粉含量特性受到一对隐性基因控制，只有同时获得具有高抗性淀粉含量的隐性纯合基因型的不育系和恢复系材料，再通过对获得的高抗性淀粉三系不育系和恢复系广泛测交分析才能获得高抗性淀粉含量高产的杂交粳稻。选育出的高抗性淀粉含量杂交粳稻具有高抗性淀粉含量、籽粒不透明、产量高、酶切分子标记指纹图谱具有PCR-SpeI标记的高RS含量特征谱带，糖尿病人餐后平稳血糖的优点。

本发明通过目标明确、定向改造、技术路线精准的现代分子标记辅助育种技术与传统育种相结合，筛选具有高抗性淀粉含量基因的综合农艺性状好且配合力和抗病性强的三系粳稻不育系和恢复系，配制出综合农艺性状好的高抗性淀粉含量的杂交粳稻新品种。

本发明采取非转基因技术，不存在转基因水稻的生态和食品安全风险性和公众担忧问题。降低生产成本和产品价格的优点，可以满足糖尿病人对高抗性淀粉含量稻米的需求。

附图说明

图1为本发明实施例1高抗性淀粉含量杂交粳稻新品种RS优1号的选育过程。

具体实施方式

以下结合具体实施例与附图进一步详细描述本发明的技术方案。

实施例1

参见图1，高抗性淀粉含量杂交粳稻新品种RS优1号的选育过程：

1)收集农艺性状优良、抗病力强以及配合力强的粳稻保持系和恢复系，分别以B和R表示；

2)以粳稻保持系B和恢复系R，及高抗性淀粉含量材料降糖稻1号，以J表示，为杂交亲本作杂交B/J和R/J，得到杂交F₁代，分别以F_1-BJ和F_1-RJ表示；

3)种植杂交F₁代，在开花期与各自对应的粳稻保持系B和恢复系R为轮回亲本进行回交，分别收获对应保持系BC₁F_1-BJ种子和恢复系BC₁F_1-RJ种子；

4)种植BC₁F_1-BJ种子和BC₁F_1-RJ种子，并对单株进行分子标记鉴定，筛选出含有高抗性淀粉杂合基因型的单株；

5)将步骤4）筛选出的含有高抗性淀粉杂合基因型的单株为母本与对应的粳稻保持系B、恢复系R继续回交，收获对应的保持系BC₁F_1-BJ种子、恢复系BC₂F_1-RJ种子；

6)重复步骤4）和5）6次筛选出农艺性状与粳稻保持系B和恢复系R一致并含高抗性淀粉含量基因型的杂合单株保持系BC₇F_1-BJ和恢复系BC₇F_1-RJ；

7)将步骤6）得到的保持系BC₇F_1-BJ和恢复系BC₇F_1-RJ种子种植于稻田，自交获得BC₇F₂代，对BC₇F₂代开始进行分子标记检测，选出高抗性淀粉含量基因型纯合单株，对中选的材料再进行抗性淀粉含量特性检测，至此获得农艺综合性状优良的高抗性淀粉含量粳稻保持系RSB1和恢复系SR恢1；

8)利用高抗性淀粉含量粳稻保持系RSB1与粳稻三系不育系A杂交获得高抗性淀粉含量基因型杂合的F_1-BA代不育系单株，高抗性淀粉含量基因型杂合的F1代不育系单株与高抗性淀粉含量粳稻保持系RSB1回交获得BC₁F_1-BA代。从BC₁F_1-BA代开始，通过分子标记检测，挑选高抗性淀粉含量基因型纯合的不育系单株，继续与对应的保持系RSB1回交直至农艺性状与高抗性淀粉含量粳稻保持系RSB1一致，获得农艺综合性状优良的高抗性淀粉含量粳稻三系不育系RSA1；

9)高抗性淀粉含量粳稻三系不育系和恢复系通过广泛测交鉴定培育高抗性淀粉含量杂交粳稻RS优1号。

实施例2

高RS含量杂交粳稻“RS优1号”主要农艺性状和产量研究。

10月底对高RS含量杂交粳稻“RS优1号”与对照“沪优12-2”、“沪优12-63”、“沪优12-122”和“降糖稻1号”按照国家水稻区域试验调查标准进行考种，试验均设两组平行，其结果列于表1和表2。

表1为高RS含量杂交粳稻“RS优1号”与“沪优12-2”、“沪优12-63”、“沪优12-122”和“降糖稻1号”的农艺性状比较。

表1

表2为高RS含量杂交粳稻“RS优1号”与“沪优12-2”、“沪优12-63”、“沪优12-122”和“降糖稻1号”的小区产量比较。其中降糖稻1号为对照1。

表2

从表1中可见，“RS优1号”的株高为103.6cm，高于“降糖稻1号”，矮于其它组合；穗长和穗数小于“降糖稻1号”，大于其他杂交组合。“RS优1号”的结实率稍高于“沪优12-2”、“沪优12-63”、“沪优12-122”，而低于“降糖稻1号”；千粒重为23.6克，大于“降糖稻1号”，而低于其他杂交组合。小区产量比较结果表明，“RS优1号”产量高于“降糖稻1号”68.6%，而低于“沪优12-122”的109.5%。此外，通过田间观察结果表明，“RS优1号”粳稻杂交组合，株型紧凑、整齐一致、抗病性好、抗倒伏性强。

实施例3

保持系、恢复系及不同杂交组合抗性淀粉含量的测定分析。

实验材料：高RS含量粳稻不育系为“RSA1”，恢复系为“SR恢1”，低RS含量粳稻不育系为“银玉A”，恢复系为“SR123”，以及与此配置的粳稻杂交组合为：“RS优1号”=“RSA1”×“SR恢1”；“沪优12-2”=“RSA1”×“SR123”；“沪优12-63”=“银玉A”×“SR恢1”；“沪优12-122”=“银玉A”×“SR123”和“降糖稻1号”。

5月底播种6月中旬插秧，10月底调查主要农艺性状和小区测产。取100克样品，加工成精米，冰箱中保存待用。

抗性淀粉含量测定方法：准确称取0.1000g米粉样品，小心放入带螺旋盖的16mm×125mm塑料试管中，依次加入α-淀粉酶（40mg，SigmaA-3176）、马来酸钠缓冲溶液（4mL，0.1mol/L）、淀粉葡萄糖糖苷酶（AGM）（10μL，3300UI/mL）和混合抗生素（30μL），盖紧试管盖后，在涡旋机上将样品充分混匀，然后将试管水平置于37℃摇床中孵育16h，孵育期间恒温摇床沿水平方向前后摆动，摆速200次/min。16h后取出试管，揭开试管盖，每个试管加入无水乙醇（4mL），用涡旋机充分混匀后，4000r/min离心5min，弃上清，再加入50%的乙醇洗涤，4000r/min离心5min，去上清。倒置离心管1h，小心擦干试管壁水分，然后加入KOH（2mL，2mol/L）震荡30min，加入乙酸钠缓冲溶液（8mL，1.2mol/L，pH3.8），用磁力棒搅拌混匀后立即加入AGM（0.1mL，3300UI/mL），混匀后将试管置于60℃水浴中孵育1h，并用涡旋机间断性混合。最后用3，5-二硝基水杨酸法检测葡萄糖含量，并计算RS含量。

高RS含量的粳稻不育系“RSA1”和恢复系“SR恢1”、低RS含量的粳稻不育系“银玉A”和恢复系“SR123”以及与此配置的粳稻杂交组合“RS优1号”、“沪优12-2”、“沪优12-63”、“沪优12-122”和“降糖稻1号”，田间收获后加工成精米测定了RS含量，其结果列于表3和表4。

表3为高RS含量“RSB1”和“SR恢1”以及低RS含量“银玉B”和“SR123”的RS含量比较。表4为高低RS含量不育系和恢复系配成的杂交粳稻的RS含量比较。

表3

品种（系）	RS含量(%)
		RSB1	14.8
SR恢1	14.2
		银玉B	0.46
SR123	0.41

表4

品种（系）	组合	RS含量(%)
			降糖稻1号（对照1）	-	14.90
RS优1号	RSA1×SR恢1	13.51
			沪优12-2	RSA1×SR123	0.93
沪优12-63	银玉A×SR恢1	0.89
			沪优12-122（对照2）	银玉A×SR123	0.51

从表3可见，高RS含量保持系“RSB1”和恢复系的“SR恢1”RS含量分别为14.8%和14.2%，明显高于低RS含量保持系“银玉B”和恢复系“SR123”的0.46%和0.41%。

从表4中可见，“RS优1号”杂交粳稻的RS含量为13.51%，略低于“降糖稻1号”，而明显高于其它组合。表明，不育系和恢复系都是高RS材料，杂交水稻后代才能表现出高RS含量。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims

1.高抗性淀粉含量杂交粳稻三系不育系和恢复系的选育方法，包括如下步骤：

1)收集粳稻保持系和恢复系，分别以B和R表示；

3)将步骤2)收获的F₁代种子和各自对应的粳稻保持系B和恢复系R为轮回亲本进行回交，收获对应保持系BC₁F_1-BJ种子和恢复系BC₁F_1-RJ种子；

4)对保持系BC₁F_1-BJ种子和恢复系BC₁F_1-RJ种子进行分子标记鉴定，筛选出含有高抗性淀粉杂合基因型的单株；

5)将步骤4)筛选出的含有高抗性淀粉杂合基因型的单株为母本分别与对应的粳稻保持系B、恢复系R继续回交，收获对应的保持系BC₂F_1-BJ种子、恢复系BC₂F_1-RJ种子；

6)重复步骤4)和5)5-7次直到筛选出农艺性状与粳稻保持系B和恢复系R一致并含高抗性淀粉含量基因型的杂合单株保持系BC_nF_1-BJ和恢复系BC_nF_1-RJ，n为6-8；

7)将步骤6)得到的保持系BC_nF_1-BJ和恢复系BC_nF_1-RJ种子种植于稻田，自交获得BC_nF₂代，对BC_nF₂代进行分子标记检测，选出高抗性淀粉含量基因型纯合单株，对中选的材料再进行抗性淀粉含量特性检测，获得农艺综合性状优良的高抗性淀粉含量杂交粳稻保持系和恢复系；

8)利用高抗性淀粉含量杂交粳稻保持系与粳稻三系不育系，以A表示，杂交获得高抗性淀粉含量基因型杂合的F_1-BA代不育系单株，高抗性淀粉含量基因型杂合的F_1-BA代不育系单株与高抗性淀粉含量粳稻保持系回交获得BC₁F_1-BA代，从BC₁F_1-BA代开始，通过分子标记检测，挑选高抗性淀粉含量基因型纯合的不育系单株，继续与对应的保持系回交直至农艺性状与高抗性淀粉含量粳稻保持系一致，获得农艺综合性状优良的高抗性淀粉含量杂交粳稻三系不育系。

2.根据权利要求1所述的高抗性淀粉含量杂交粳稻三系不育系和恢复系的选育方法，其特征在于：步骤1)中的粳稻保持系和恢复系的综合农艺性状优良、抗病力强并且配合力强。

3.根据权利要求1所述的高抗性淀粉含量杂交粳稻三系不育系和恢复系的选育方法，其特征在于：步骤2)所用的高抗性淀粉基因型材料J为降糖稻1号。

4.根据权利要求1所述的高抗性淀粉含量杂交粳稻三系不育系和恢复系的选育方法，其特征在于：所用的分子标记为PCR-SpeI标记。

5.根据权利要求1所述的高抗性淀粉含量杂交粳稻三系不育系和恢复系的应用，其特征在于，由所述的高抗性淀粉含量杂交粳稻三系不育系和恢复系通过广泛测交鉴定培育高抗性淀粉含量杂交粳稻。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：所述的高抗性淀粉含量杂交粳稻的抗性淀粉含量为10-17％。