CN104542258B - 利用隔代回交构建多倍体水稻PMeS近等基因系的方法 - Google Patents

利用隔代回交构建多倍体水稻PMeS近等基因系的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了利用隔代回交构建多倍体水稻PMeS近等基因系的方法，其步骤包括：a.供体亲本的选择；b.受体亲本的选择；c.供体亲本与受体亲本杂交；d.杂种与受体亲本回交；e.在回交后代中筛选高结实且株叶型似受体亲本者收种；f.种子种植及筛选高结实且株叶型似受体亲本者保留稻蔸；g.稻蔸再与受体亲本回交；h.按步骤e~g再进行两轮自交和回交；i.筛选高结实且综合性状优良的单株进行自交而获得稳定品系；j.综合鉴定获得PMeS近等基因系。本发明通过利用多倍体水稻高结实特殊种质资源PMeS品系与低结实普通品系杂交后，针对多倍体水稻及转育基因和性状的特点，采用隔代回交，构建PMeS近等基因系。

Description

利用隔代回交构建多倍体水稻PMeS近等基因系的方法
技术领域
本发明涉及利用隔代回交构建多倍体水稻PMeS近等基因系的方法，属于现代农业的作物遗传育种技术领域。
背景技术
多倍体水稻的低结实率是制约多倍体水稻育种发展的瓶颈问题。为此，蔡得田、袁隆平、卢兴桂（2001）在确定“利用远缘杂交和多倍体双重优势选育超级稻”育种方法时，就把解决多倍体水稻的低结实率难题作为研究重点。经过多年的籼粳亚种间杂交和回交育种，成功选育出具有高结实特性的多倍体减数分裂稳定性（Polyploid MeiosisStability，PMeS）品系（Cai et al. 2007）。PMeS品系是用专利技术（ZL200410060786.2）培育的，携带PMeS基因，不仅自身具有较高结实率（＞70%），而且高结实性状呈现稳定的显性遗传，它与普通低结实多倍体水稻品系的杂种F1都具有80%左右的高结实率。PMeS品系的选育突破了多倍体水稻的低结实率瓶颈问题，在多倍体水稻育种和生产中起到关键作用。近等基因系是指遗传背景相同或相近，而只在某个特定性状或其遗传基础上存在差异的一组品系，在基因定位、基因功能和遗传效应分析、遗传图谱构建及品种选育等方面具有重要作用，多采用回交转育的方法构建获得（马玉银等 2008；盛浩闻等 2014）。为了定位和克隆PMeS基因、阐释PMeS品系减数分裂稳定和高结实性的机理，本发明构建获得了PMeS近等基因系，其构建方法具有特殊性和创新性，主要表现在：1）近等基因系一般采用连续回交方式构建，但本发明针对材料倍性（4x）及转育PMeS基因的遗传特点，不能采用连续回交而采用回交与自交隔代交替进行的方式，即隔代回交。原因在于，前期研究发现PMeS基因的遗传特点是，在4个等位基因位点中，存在1个PMeS基因能显著提高结实率，但仍不能达到正常水平，而存在2个及以上PMeS基因则达到正常结实率水平。因此，若连续回交，会大大降低后代群体中正常结实率植株的比例，给后续的选育造成很大困难；但回交后经过一次自交，则可以明显提高正常结实率植株的比例，便于筛选具有高结实目标性状的植株进行下一轮回交；2）结实率性状不同于一般性状，在植株营养生长期无法观测，只有待种子基本成熟后才能考察获得，这意味着在确定植株表现高结实还是低结实性状时，已无法进行回交，只能保留高结实植株的稻蔸，待下一季时再利用稻蔸与受体亲本回交。
发明内容
本发明的目的是构建多倍体水稻PMeS近等基因系，为PMeS基因的定位和克隆、PMeS品系减数分裂稳定和高结实机理研究及多倍体水稻育种提供良好的材料体系。
本发明的技术方案为：a.供体亲本的选择；b.受体亲本的选择；c.供体亲本与受体亲本杂交；d.杂种与受体亲本回交；e.在回交后代中筛选高结实且株叶型似受体亲本者收种；f.种子种植及筛选高结实且株叶型似受体亲本者保留稻蔸；g.稻蔸再与受体亲本回交；h.按步骤e~g再进行两轮自交和回交；i.筛选高结实且综合性状优良的单株进行自交而获得稳定品系；j.综合鉴定获得PMeS近等基因系。
本发明的具体过程为：
a.供体亲本的选择
选择具有高结实特性的多倍体水稻PMeS品系HN2026-4x或Sg99012-4x为供体亲本；
b.受体亲本的选择
选择低结实普通同源四倍体水稻9311-4x或巴利拉-4x为受体亲本，即轮回亲本；
c.供体亲本与受体亲本杂交
以PMeS品系HN2026-4x或Sg99012-4x为父本，同源四倍体水稻9311-4x或巴利拉-4x为母本，杂交获得F1；
d.杂种与受体亲本回交
杂种F1与受体亲本9311-4x或巴利拉-4x回交获得BC1F1；
e.在回交后代中筛选高结实且株叶型似受体亲本者收种
通过结实率考种和形态学考察，在回交后代中筛选具有高结实率，并且株叶型与受体亲本9311-4x或巴利拉-4x相似的植株，收获其自交种子；
f.种子种植及筛选高结实且株叶型似受体亲本者保留稻蔸
种植自交种子获得BC1F2群体，通过结实率考种和形态学考察在BC1F2中筛选具有高结实率，并且株叶型与受体亲本9311-4x或巴利拉-4x相似的植株，保留稻蔸；
g.稻蔸再与受体亲本回交
筛选获得的稻蔸再与受体亲本9311-4x或巴利拉-4x回交获得BC2F1；
h.按步骤e~g再进行两轮自交和回交
按照步骤e~g的方法再操作两轮，即自交和回交再隔代交替进行两次，注意每代同样筛选高结实率及株叶型似受体亲本9311-4x或巴利拉-4x者进行自交收种或回交，获得BC4F1；
i.筛选高结实且综合性状优良的单株进行自交而获得稳定品系
BC4F1群体植株株叶型与受体亲本9311-4x或巴利拉-4x已基本一致，此时严格筛选具有高结实率且综合性状优良的单株，自交3~5代直至获得高结实且株叶型与受体亲本9311-4x或巴利拉-4x一致的稳定品系；
j.综合鉴定获得PMeS近等基因系
综合鉴定稳定品系的形态学及细胞学特性，即进行株高、穗数、穗长、粒长、粒宽、总粒数、实粒数、结实率和千粒重等农艺性状考察，并进行花粉母细胞减数分裂染色体制片观察染色体行为，以保证鉴定结果的准确性。最终以具有稳定减数分裂行为、高结实率及其他性状与受体亲本9311-4x或巴利拉-4x无显著差异的稳定品系为PMeS近等基因系，即除具有供体亲本高结实性状外，其余性状都与受体亲本相同的品系。
本发明通过利用隔代回交构建了多倍体水稻PMeS近等基因系，建立起针对多倍体水稻及PMeS品系高结实性状的近等基因系构建方法，为PMeS基因的定位和克隆、PMeS品系减数分裂稳定和高结实机理研究及多倍体水稻育种提供了良好的材料体系，也为多倍体水稻其他近等基因系的构建提供了一定参考。
附图说明
图1 PMeS近等基因系（9311·P）构建流程图
图2 PMeS近等基因系（9311·P）及其亲本的植株比较
左：9311-4x；中：9311·P；右：HN2026-4x
图3 PMeS近等基因系（9311·P）及其亲本的穗部比较
左：9311-4x；中：9311·P；右：HN2026-4x
图4 PMeS近等基因系（9311·P）及其亲本的籽粒比较
左：9311-4x；中：9311·P；右：HN2026-4x
具体实施方式
下面以实施例PMeS近等基因系9311·P的构建对本发明进一步说明。
a.供体亲本的选择
选择具有高结实特性的多倍体水稻PMeS品系HN2026-4x为供体亲本；
b.受体亲本的选择
选择低结实普通同源四倍体水稻9311-4x为受体亲本，即轮回亲本；
c.供体亲本与受体亲本杂交
2007年正季在武汉以PMeS品系HN2026-4x为父本，同源四倍体水稻9311-4x为母本，杂交获得F1；
d.杂种与受体亲本回交
2007年冬季在海南将杂种F1与受体亲本9311-4x回交获得BC1F1；
e.在回交后代中筛选高结实且株叶型似受体亲本者收种
2008年正季在武汉，通过结实率考种和形态学考察，在回交后代中筛选具有高结实率，并且株叶型与受体亲本9311-4x相似的植株，收获其自交种子；
f.种子种植及筛选高结实且株叶型似受体亲本者保留稻蔸
2008年冬季在海南种植自交种子获得BC1F2群体，通过结实率考种和形态学考察在BC1F2中筛选具有高结实率，并且株叶型与受体亲本9311-4x相似的植株，保留稻蔸带回武汉栽植；
g.稻蔸再与受体亲本回交
2009年正季在武汉，将海南带回栽植的稻蔸再与受体亲本9311-4x回交获得BC2F1；
h.按步骤e~g再进行两轮自交和回交
2009年冬季至2012年正季，按照步骤e~g的方法再操作两轮，即自交和回交再隔代交替进行两次，每代同样筛选高结实率及株叶型似受体亲本9311-4x者进行自交收种或回交，获得BC4F1；
i.筛选高结实且综合性状优良的单株进行自交而获得稳定品系
2012年冬季海南种植BC4F1，群体植株株叶型与受体亲本9311-4x已基本一致，此时严格筛选具有高结实率且综合性状优良的单株，自交3代（2012年冬季海南、2013年正季武汉、2013年冬季海南）获得高结实且株叶型与受体亲本9311-4x一致的稳定品系（BC4F4）；
j.综合鉴定获得PMeS近等基因系
2014年正季武汉，综合鉴定稳定品系（BC4F4）的形态学及细胞学特性，即进行株高、穗数、穗长、粒长、粒宽、总粒数、实粒数、结实率和千粒重等农艺性状考察，并进行花粉母细胞减数分裂染色体制片观察染色体行为，以保证鉴定结果的准确性。最终获得具有稳定减数分裂行为、高结实率及其他性状与受体亲本9311-4x相同的稳定品系，即PMeS近等基因系—9311·P。

Claims (1)

1.利用隔代回交构建多倍体水稻PMeS近等基因系的方法，其特征在于构建过程为：
a.供体亲本的选择
选择具有高结实特性的多倍体水稻PMeS品系HN2026-4x或Sg99012-4x为供体亲本；
b.受体亲本的选择
选择低结实普通同源四倍体水稻9311-4x或巴利拉-4x为受体亲本，即轮回亲本；
c.供体亲本与受体亲本杂交
以PMeS品系HN2026-4x或Sg99012-4x为父本，同源四倍体水稻9311-4x或巴利拉-4x为母本，杂交获得F1；
d.杂种与受体亲本回交
杂种F1与受体亲本9311-4x或巴利拉-4x回交获得BC1F1；
e.在回交后代中筛选高结实且株叶型似受体亲本者收种
通过结实率考种和形态学考察，在回交后代中筛选具有高结实率，并且株叶型与受体亲本9311-4x或巴利拉-4x相似的植株，收获其自交种子；
f.种子种植及筛选高结实且株叶型似受体亲本者保留稻蔸
种植自交种子获得BC1F2群体，通过结实率考种和形态学考察在BC1F2中筛选具有高结实率，并且株叶型与受体亲本9311-4x或巴利拉-4x相似的植株，保留稻蔸；
g.稻蔸再与受体亲本回交
筛选获得的稻蔸再与受体亲本9311-4x或巴利拉-4x回交获得BC2F1；
h.按步骤e～g再进行两轮自交和回交
按照步骤e～g的方法再操作两轮，即自交和回交再隔代交替进行两次，注意每代同样筛选高结实率及株叶型似受体亲本9311-4x或巴利拉-4x者进行自交收种或回交，获得BC4F1；
i.筛选高结实且综合性状优良的单株进行自交而获得稳定品系
BC4F1群体植株株叶型与受体亲本9311-4x或巴利拉-4x已基本一致，此时严格筛选具有高结实率且综合性状优良的单株，自交3～5代直至获得高结实且株叶型与受体亲本9311-4x或巴利拉-4x一致的稳定品系；
j.综合鉴定获得PMeS近等基因系
综合鉴定稳定品系的形态学及细胞学特性，即进行株高、穗数、穗长、粒长、粒宽、总粒数、实粒数、结实率和千粒重这些农艺性状的考察，并进行花粉母细胞减数分裂染色体制片，观察染色体行为，以保证鉴定结果的准确性，最终以具有稳定减数分裂行为、高结实率及其它性状与受体亲本9311-4x或巴利拉-4x无显著差异的稳定品系为PMeS近等基因系。
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