CN106912373A - 一种优质高抗性淀粉粳稻分子育种方法 - Google Patents

一种优质高抗性淀粉粳稻分子育种方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种优质高抗性淀粉粳稻分子育种方法，包括：以高抗性淀粉籼稻为亲本，与优质粳稻亲本杂交，杂交得F1代种子；F1代，与优质粳稻亲本回交1次，获得BC1F1代种子；种植BC1F1植株，采用花药培养技术构建加倍单倍体群体，按单株收获DH0代种子；DH1代植株，选表现直链淀粉含量介于15～21％、抗性淀粉含量超过10％的优良株系；DH2代，选择偏粳型优良品系；DH3代，获得优质高抗性淀粉粳型水稻的定型品系，即优质高抗性淀粉粳稻。本发明选育的优质和高抗性淀粉兼顾粳稻，为糖尿病专用水稻食用优质化为采取膳食从源头预防糖尿病的发生提供了更强的实用性。

Description

一种优质高抗性淀粉粳稻分子育种方法
技术领域
本发明涉及水稻育种技术领域，尤其是一种优质高抗性淀粉粳稻分子育种方法。
背景技术
据卫生部的统计，2010年我国糖尿病患者约9200万人，耐糖量低人群更是高达1.42亿人。稻米是我国的传统主食。普通稻米的抗性淀粉含量太低，可消化淀粉含量过高，容易导致高血糖。高抗性淀粉含量水稻品种选育是吃出健康的关键。
医学研究表明：除遗传因素外，糖尿病等血液系统慢性疾病主要起因于日常饮食起居等生活习惯，而高糖、高脂肪、高蛋白的饮食结构则是罪魁祸首，尤其是高糖这一“元凶”。稻米主食“高糖”的核心在于可消化淀粉的比例过高(导致贪食、肥胖和高血糖)，而抗性淀粉的比例过低(目前一般籼稻米的抗性淀粉含量仅为1％，优质米与粳稻的含量一般在0.5％以下，而达到现代人健康需求的含量应在10％以上)。单纯追求口感优质化或单一粳米化可能是引发糖尿病等代谢病的重要原因。
因此，依照我国传统“药食同源”、“寓药于食”的理念，预防糖尿病等高危慢性病的发生，改进病患者生活质量的重要途径是改善一日三餐的大米营养构成，而培育满足人们健康需求的美味口感与功能性水稻品种则是这一途径的根本。优质高抗性淀粉糖尿病专用的粳稻品种选育与开发不仅可食用优质化的需求，也是吃出健康的关键和核心。
本发明旨在选育优质和高抗性淀粉兼顾的糖尿病专用水稻品种，采取膳食从源头预防糖尿病的发生提供了更好的实用性。
发明内容
本发明提供了一种优质高抗性淀粉粳稻分子育种方法，育成的定型品系，优质和高抗性淀粉兼顾粳稻，为糖尿病专用水稻食用优质化为采取膳食从源头预防糖尿病的发生提供了更强的实用性。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的：
(1)选择高抗性淀粉籼稻品种为亲本Ⅰ，优质粳稻品种为亲本Ⅱ，进行杂交，获得F1代种子；
(2)F1代，与粳稻品种为亲本Ⅱ回交1次，获得BC1F1代种子；
(3)种植BC1F1植株，采用花药培养技术构建加倍单倍体(DH)群体，按单株收获DH0代种子；
(4)按株系单株种植DH1代植株，提取DNA，先用微卫星标记、后用CAPS标记进行分子辅助选择，收获2个性状聚合的株系的种子，检测入选株系精米中的表现直链淀粉含量介于15～21％、抗性淀粉含量超过10％的优良株系；
(5)按品系种植DH2代，分子标记鉴定籼粳稻类型，选择偏粳型优良品系；
(6)按品系种植DH3代，获得优质高抗性淀粉偏粳型水稻的定型品系，即优质高抗性淀粉粳稻。
作为优选，步骤(1)所述的高抗性淀粉籼稻亲本Ⅰ为浙辐111。浙辐111是浙江大学和中国科学院遗传与发育生物学研究所培育的糖尿病专用籼稻新品种。该品种已向农业部植物新品种保护办公室申请并授权，申请号：20080431.6，可购于浙江大学农学院。该水稻品种抗性淀粉含量高，热米饭中的抗性淀粉含量达10.9％，是优质粳稻亲本II宁粳3号(0.2％)的54.5倍，高表观直链淀粉含量，达31.6％，食用品质差。
作为优选，步骤(1)所述的优质粳稻亲本Ⅱ为宁粳3号。宁粳3号是南京农业大学农学院万建民教授选育的晚粳稻新品种，2008年1月通过江苏省审定(审定编号：苏审稻200809；品种权号：CNA004139E)。品质经农业部稻米及制品质量监督检验测试中心检验，2006年米质达部标1级，2007年米质达部标2级。该水稻品种为食用优质米，具有淡雅清香，表现直链淀粉含量16.1％，抗性淀粉含量极低，含量仅0.2％，是籼稻亲本I浙辐111的1/54.5。
作为优选，选用浙辐111与宁粳3号杂交配组并经花药培养，选育的优质高抗性淀粉粳稻品种，抗性淀粉含量10.1％，是优质粳稻亲本II宁粳3号(0.2％)的50.5倍；表现直链淀粉中等，含量16.9％，与宁粳3号(16.1％)相仿，属于偏粳型水稻，食用品质优。
作为优选，步骤(4)所述的微卫星标记为与表观直链淀粉相关的蜡质基因(CT)n散卫星标记，引物采用Wxup2/485组合。PCR反应、聚丙烯酰胺凝胶以及DNA转染的操作方法参见：舒庆尧等.水稻杂交后代表观直链淀粉质量分数与蜡质基因(CT)n微卫星多态性的相关性.应用与环境生物学报，1999，5(5)：464～467。
作为优选，步骤(4)所述的CAPS标记为与调控抗性淀粉含量SSIIIa的CAPS标记。PCR反应、聚丙烯酰胺凝胶、酶切以及DNA转染的操作方法参见：Hongju Zhou等.Criticalroles of soluble starch synthase SSIIIa and granule-bound starch synthaseWaxy in synthesizing resistant starch in rice.PNAS,2016,www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1615104113。
作为优选，步骤(5)所述的用于鉴定籼粳稻类型的是InDel标记.方法参见：陈萍萍等.利用InDel标记鉴定水稻籼粳交衍生株系的籼粳属性[J].福建农业学报，2014，29(6)：519-523
与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)本发明育成的水稻品种，优质和高抗性淀粉兼顾，为糖尿病专用水稻食用优质化为采取膳食从源头预防糖尿病的发生提供了更强的实用性；(2)对抗性淀粉、表观直链淀粉含量和籼粳稻类型3个难以筛选的性状，开展分子辅助选择与鉴定，提高了育种的精确性与目标预期；(3)采取与亲本II回交1次再进行花药培养，不但克服籼型花药培养难的技术问题，为建立大群体筛选奠定了基础，且可快速稳定与早期判断。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围包括但不限于下述的实施例。
育种材料：
(1)以浙辐111为母本。浙辐111是浙江大学和中国科学院遗传与发育生物学研究所培育的糖尿病专用籼稻新品种。该品种已向农业部植物新品种保护办公室申请并授权，申请号：20080431.6，可购于浙江大学农学院。该水稻品种抗性淀粉含量高，热米饭中的抗性淀粉含量达10.9％，是优质粳稻亲本II宁粳3号(0.2％)的54.5倍，高表观直链淀粉含量，达31.6％，食用品质差。
(2)以宁粳3号为父本。宁粳3号是南京农业大学农学院万建民教授选育的晚粳稻新品种(审定编号：苏审稻200809；品种权号：CNA004139E)，可购或惠赠于南京农业大学农学院。该水稻品种为食用优质米，表现直链淀粉含量16.1％，抗性淀粉含量极低，含量仅0.2％，是籼稻亲本I浙辐111的1/54.5。
实施例1
优质高抗性淀粉粳稻分子育种方法的过程为：
(1)2013年冬春季，海南陵水，以高抗性淀粉籼稻亲本I(浙辐111为)父本，与优质粳稻亲本II(宁粳3号)杂交得F1代种子15粒；
(2)2013年春夏季，浙江杭州，种植F1植株15株，尽可能多与中泽雪糯回交1次，获得BC1F1种子93粒；
(3)2014年冬春季，海南陵水，种植BC1F1代93株，采用花药培养技术构建加倍单倍体(DH)群体；
(4)2014年夏季，浙江金华，按单株收获DH0代种子，构建DH系326个；
(5)2015年冬春季，海南陵水，按株系单株种植DH1代植株，提取DNA，先用(CT)n微卫星标记分子辅助选择，入选株系95个，用SSIIIa的CAPS标记，入选株系16个，收获株系的种子，检测入选株系精米中的表现直链淀粉含量介于15～21％、抗性淀粉含量介于8～11％的优良株系14株；
(6)2015年夏秋季，浙江杭州，按品系种植DH2代，采用InDel分子标记鉴定籼粳稻类型，选择偏粳型优良品系的3个；
(7)2016年夏秋季，浙江杭州，按品系种植DH3代，获得优质高抗性淀粉偏粳型水稻的定型品系1个，即优质高抗性淀粉粳稻品种。
本实施例选育的优质高抗性淀粉粳稻品种：抗性淀粉含量10.1％，是优质粳稻亲本II宁粳3号(0.2％)的50.5倍；表现直链淀粉中等，含量16.9％，与宁粳3号(16.1％)相仿，属于偏粳型水稻，食用品质优。而亲本I浙辐111为高抗性淀粉，含量达10.9％，是优质粳稻亲本II宁粳3号(0.2％)的54.5倍，高表观直链淀粉含量，达31.6％，属籼稻，食用品质差；亲本II宁粳3号为食用优质粳稻，具有淡雅清香，表现直链淀粉含量16.1％，抗性淀粉含量极低，含量仅0.2％，是籼稻亲本I浙辐111的1/54.5。
实施例2
优质高抗性淀粉粳稻分子育种方法的过程为：
(1)2013年冬春季，海南陵水，以高抗性淀粉籼稻亲本I(浙辐111为)父本，与优质粳稻亲本II(宁粳3号)杂交得F1代种子15粒；
(2)2013年春夏季，浙江杭州，种植F1植株15株，尽可能多与中泽雪糯回交1次，获得BC1F1种子93粒；
(3)2014年冬春季，海南陵水，种植BC1F1代93株，采用花药培养技术构建加倍单倍体(DH)群体；所述花药培养技术的操作步骤：在取穗前先将旗叶鞘用70％酒精擦洗一遍。在超净工作台内剥去旗内鞘，取出稻穗，放入10％漂白粉溶液中消毒10min，换无菌水洗一次，放入0.01％柠檬酸溶液中浸泡10min，换无菌水洗一次。在取花药之前用70％酒精将手擦洗两遍。取花药时左手持穗，右手用镊子从颖壳中取出花药，放在无菌培养皿中，待花药有一定数目时，用接种环将他们接种到培养基上。培养5天后，花药逐渐变为黑褐色，20天左右花药裂开，从中长出淡黄色的花粉愈伤组织，以后先形成芽，后长出根，形成幼苗。与传统花药培养技术相比，采用漂白粉消毒和柠檬酸溶液浸泡的技术方案，提高形成愈伤组织的效率，提高28％。
(4)2014年夏季，浙江金华，按单株收获DH0代种子，构建DH系326个；
(5)2015年冬春季，海南陵水，按株系单株种植DH1代植株，提取DNA，先用(CT)n微卫星标记分子辅助选择，入选株系95个，用SSIIIa的CAPS标记，入选株系16个，收获株系的种子，检测入选株系精米中的表现直链淀粉含量介于15～21％、抗性淀粉含量介于8～11％的优良株系14株；
(6)2015年夏秋季，浙江杭州，按品系种植DH2代，采用InDel分子标记鉴定籼粳稻类型，选择偏粳型优良品系的3个；
(7)2016年夏秋季，浙江杭州，按品系种植DH3代，获得优质高抗性淀粉偏粳型水稻的定型品系1个，即优质高抗性淀粉粳稻品种。
本实施例选育的优质高抗性淀粉粳稻品种：抗性淀粉含量10.1％，是优质粳稻亲本II宁粳3号(0.2％)的50.5倍；表现直链淀粉中等，含量16.9％，与宁粳3号(16.1％)相仿，属于偏粳型水稻，食用品质优。而亲本I浙辐111为高抗性淀粉，含量达10.9％，是优质粳稻亲本II宁粳3号(0.2％)的54.5倍，高表观直链淀粉含量，达31.6％，属籼稻，食用品质差；亲本II宁粳3号为食用优质粳稻，具有淡雅清香，表现直链淀粉含量16.1％，抗性淀粉含量极低，含量仅0.2％，是籼稻亲本I浙辐111的1/54.5。

Claims (5)

1.一种优质高抗性淀粉粳稻分子育种方法，其特征在于，包括：
(1)选择高抗性淀粉籼稻品种为亲本Ⅰ，优质粳稻品种为亲本Ⅱ，进行杂交，获得F1代种子；
(2)F1代，与粳稻品种为亲本Ⅱ回交1次，获得BC1F1代种子；
(3)种植BC1F1植株，采用花药培养技术构建加倍单倍体群体，按单株收获DH0代种子；
(4)按株系单株种植DH1代植株，提取DNA，先用微卫星标记、后用CAPS标记进行分子辅助选择，收获2个性状聚合的株系的种子，检测入选株系精米中的表现直链淀粉含量介于15～21％、抗性淀粉含量超过10％的优良株系；
(5)按品系种植DH2代，分子标记鉴定籼粳稻类型，选择偏粳型优良品系；
(6)按品系种植DH3代，获得优质高抗性淀粉偏粳型水稻的定型品系，即优质高抗性淀粉粳稻。
2.根据权利要求1所述的优质高抗性淀粉粳稻分子育种方法，其特征在于，步骤(1)所述的高抗性淀粉籼稻亲本I为浙辐111。
3.根据权利要求1所述的优质高抗性淀粉粳稻分子育种方法，其特征在于，步骤(1)所述的优质粳稻亲本Ⅱ为宁粳3号。
4.根据权利要求1所述的优质高抗性淀粉粳稻分子育种方法，其特征在于，步骤(4)所述的微卫星标记为与表观直链淀粉关联蜡质基因(CT)n的微卫星标记，CAPS标记为与调控抗性淀粉含量SSIIIa的CAPS标记。
5.根据权利要求1所述的优质高抗性淀粉粳稻分子育种方法，其特征在于，步骤(5)所述的用于鉴定籼粳稻类型的是InDel标记。
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