CN108668890B - 一种提高玉米单倍体正确识别率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高玉米单倍体正确识别率的方法，基于籽粒油份含量双阈值分选玉米单倍体，利用高油诱导系诱导产生的玉米籽粒包括单倍体籽粒、正常杂交二倍体籽粒和胚败育籽粒，根据不同类型籽粒的油份含量进行上限阈值和下限阈值的设定，油份含量小于上限阈值、大于下限阈值的籽粒为单倍体籽粒，通过核磁共振分选系统对高油诱导系诱导产生的玉米籽粒进行分选，得到单倍体籽粒。本发明通过设置油份含量的双阈值能准确的将单倍体、胚败育籽粒以及正常二倍体籽粒区分开，有效的提高了单倍体挑选的准确率，降低其误选率和人工二次分选的成本，进一步推动了单倍体育种的工程化进程。
Description
技术领域
本发明属于玉米遗传育种技术领域，具体涉及一种提高玉米单倍体正确识别率的方法。
背景技术
优良自交系的选育是培育玉米新品种的核心环节，利用常规的方法进行自交系选育需要6-8代连续自交，育种周期长，成本较高。随着育种技术的不断发展，玉米单倍体育种技术只需一年两代就可获得纯系，显著缩短育种周期，提高育种效率（魏俊杰，2011），由于其独特的优越性备受国内外玉米育种者的青睐，已成为与分子标记辅助育种技术和转基因技术相媲美的三大玉米核心育种技术之一（陈绍江，2012）。单倍体的高效生产是这一技术利用的前提条件，随着诱导机制的不断深入研究（董昕,2013,2017; Kelliher,2017）和优良诱导系的选育（De La Fuente,2015; 徐小炜,2013; Prasanna,2012），诱导能力不断提高，已基本满足单倍体育种的需求。
如何将单倍体准确高效地从诱导的籽粒中挑选出来是育种者面临的重要难题。单倍体的鉴定目前主要靠R-nj基因控制的Navajo标记进行人工挑选，但该标记在不同遗传背景材料中表达程度不同，特别是存在抑制基因的硬粒材料中往往抑制该标记的表达，很难利用这一标记性状进行单倍体挑选，并且人工进行单倍体挑选除了效率不高外准确率还受人为因素的影响；为了解决这一难题，中国农业大学在国际上率先提出了利用油份进行单倍体鉴定（陈绍江，2003），并选育出高油高诱1号、H-1、H-2等系列高油型诱导系（陈绍江，2012，2003），在此基础上开发了核磁共振单倍体分选系统（刘金，2012），通过设置一个油份含量的阈值，大于这一阈值的为非单倍体，小于这一阈值的为单倍体，大大提高了单倍体挑选的效率（刘金，2012），为玉米单倍体工程化育种提供了条件。
单倍体诱导过程中，经过严格授粉的杂交果穗中，除了正常双受精的杂交二倍体籽粒和孤雌生殖的单倍体籽粒外，还有胚败育籽粒和胚乳败育的籽粒，由于胚乳败育籽粒往往在发育过程中停止生长，收获时籽粒很小，通过筛子即可把胚乳败育籽粒筛选，但胚败育籽粒的胚乳是正常的，只是胚败育导致籽粒油份含量极低，在利用核磁共振系统进行单倍体自动化分选过程中，常常将其误判为单倍体，需要进行人工二次分选，因此，在单倍体自动分选过程中提高单倍体正确识别率，进行胚败育籽粒和单倍体籽粒的分选显得尤为重要。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种提高玉米单倍体正确识别率的方法。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种提高玉米单倍体正确识别率的方法，基于籽粒油份含量双阈值分选玉米单倍体，利用高油诱导系诱导产生的玉米籽粒包括单倍体籽粒、正常杂交二倍体籽粒和胚败育籽粒，根据不同类型籽粒的油份含量进行上限阈值和下限阈值的设定，油份含量小于上限阈值、大于下限阈值的籽粒为单倍体籽粒，通过核磁共振分选系统对高油诱导系诱导产生的玉米籽粒进行分选，得到单倍体籽粒。
所述高油诱导系诱导产生的玉米籽粒是以高油诱导系为父本，普通玉米为母本，杂交产生而来。
所述下限阈值为胚败育抽样样本籽粒油份含量的最大值。
所述上限阈值为正常杂交二倍体抽样样本籽粒油份含量的最小值。
所述样本为随机抽样，样本容量不低于30粒。
相对于现有技术，本发明通过设置油份含量的双阈值能准确的将单倍体、胚败育籽粒以及正常二倍体籽粒区分开，有效的提高了单倍体挑选的准确率，降低其误选率和人工二次分选的成本，进一步推动了单倍体育种的工程化进程。
附图说明
图1是杂交诱导所产生的三种籽粒类型，分别为正常杂交的二倍体籽粒、单倍体籽粒和胚败育籽粒。
具体实施方式
材料来源：
铁7922和铁C8605-2来自辽宁省铁岭市农业科学院；E28和丹598来自丹东市农业科学研究院；郑22和泰8085来自河南省农业科学院；京24来自北京市农林科学院；浚9058来自鹤壁市农业科学院；lx9801和齐319来自山东农业科学院；诱导系CHOI2来自中国农业大学，平均含油率9.13%。
实施例1：
实验于2016年冬在海南乐东县九所镇河南农业大学南繁基地进行，以高油诱导系CHOI2为父本，四个不同类群的杂交种丹598/郑22、京24/lx9801、浚9058/铁7922、齐319/泰8085）为母本，种植方式为单行区，行距0.65 米，行长为4 米，每行20株。为了保证父母本花期相遇，父本诱导系CHOI2分三期种植，一期与母本同期播种，二期错后五天，三期错后七天。田间管理按常规操作以保证各处理栽培条件的一致性。散粉期利用CHOI2为父本对以上母本材料进行人工授粉诱导。成熟后收获诱导果穗，分别按材料混合脱粒。依据R-nj标记的性状表达进行分类，诱导果穗包含正常杂交的二倍体籽粒、单倍体籽粒和胚败育籽粒3种类型。籽粒顶部糊粉层和胚均有紫色标记的为正常双受精的二倍体籽粒；籽粒顶部糊粉层有紫色标记，胚为无色的为孤雌生殖单倍体籽粒，胚凹陷没有明显胚部形状的为胚败育籽粒，如图1所示。每个杂交材料取200个籽粒，为了确保每个所取材料中均包含这三种籽粒，根据颜色表达清晰的籽粒，选取二倍体籽粒140粒、单倍体籽粒30粒和胚败育籽粒30粒。利用河南农业大学购置的江苏纽迈科技有限公司生产的核磁共振分选系统（型号OnlineMR20-015V）对杂交材料分别进行单粒油分含量测定，测定结果如表1。
根据表1的测定结果，确定每组材料的阈值，阈值的上限为二倍体的油份含量的最小值，丹598/郑22、京24/lx9801、浚9058/铁7922、齐319/泰8085四个材料的上限值分别是5.30%、5.32%、5.51%和3.91%；由于胚败育籽粒油份含量均小于2%，因此阈值下限设为2%，重复测八次进行胚败育识别率和单倍体识别率的验证，结果表明胚败育的平均正确识别率为98.02%，变幅为95.85-100%（表2）；单倍体的误选率由单阈值的51.00%降低到双阈值的14.95%（表3）。
实施例2：
实验于2016年冬在海南乐东县九所镇河南农业大学南繁基地进行，以高油诱导系CHOI2为父本，四个不同类群的自交系（铁C8605-2、E28、郑22和京24）为母本；种植方式为单行区，行距0.65 米，行长为4 米，每行20株。为了保证父母本花期相遇，父本诱导系CHOI2分三期种植，一期与母本同期播种，二期错后五天，三期错后七天。田间管理按常规操作以保证各处理栽培条件的一致性。散粉期利用CHOI2为父本对以上母本材料进行人工授粉诱导。成熟后收获诱导果穗，分别按材料混合脱粒。依据R-nj标记的性状表达进行分类，诱导果穗包含正常杂交的二倍体籽粒、单倍体籽粒和胚败育籽粒3种类型。籽粒顶部糊粉层和胚均有紫色标记的为正常双受精的二倍体籽粒；籽粒顶部糊粉层有紫色标记，胚为无色的为孤雌生殖单倍体籽粒，胚凹陷没有明显胚部形状的为胚败育籽粒，如图1所示。每个杂交材料取200个籽粒，为了确保每个所取材料中均包含这三种籽粒，根据颜色表达清晰的籽粒，选取二倍体籽粒140粒、单倍体籽粒30粒和胚败育籽粒30粒。利用河南农业大学购置的江苏纽迈科技有限公司生产的核磁共振分选系统（型号OnlineMR20-015V）对杂交材料分别进行单粒油分含量测定，测定结果如表4。
根据表4的测定结果，确定每组材料的阈值，阈值的上限为二倍体的油份含量的最小值，铁C8605-2、E28、郑22和京24四个材料的上限值分别是4.75%、5.04%、3.89%和4.21%；由于败育籽粒油份含量均小于2%，因此阈值下限设为2%，重复测八次进行胚败育识别率和单倍体识别率的验证，结果表明胚败育籽粒的平均正确识别率为99.44%，变幅为98.81-100%（表5）；单倍体的误选率由单阈值的48.00%降低到双阈值的0.83%（表6）。
本发明通过设置双含油率阈值利用核磁共振分选单倍体，可有效地识别出单倍体籽粒和败育籽粒以及杂交的二倍体籽粒，胚败育籽粒分选的正确率在98%以上，单倍体的误选率可由单阈值的50%左右降到双阈值的15%以下。由此可见，双阈值的设置直接关系到单倍体及胚败育籽粒的识别，能够用于规模化诱导后单倍体籽粒高准确率的自动化分选。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种提高玉米单倍体正确识别率的方法，其特征在于：基于籽粒油份含量双阈值分选玉米单倍体，利用高油诱导系诱导产生的玉米籽粒包括单倍体籽粒、正常杂交二倍体籽粒和胚败育籽粒，根据不同类型籽粒的油份含量进行上限阈值和下限阈值的设定，油份含量小于上限阈值、大于下限阈值的籽粒为单倍体籽粒，通过核磁共振分选系统对高油诱导系诱导产生的玉米籽粒进行分选，得到单倍体籽粒；所述下限阈值为胚败育抽样样本籽粒油份含量的最大值，所述上限阈值为正常杂交二倍体抽样样本籽粒油份含量的最小值。
2.根据权利要求1所述的提高玉米单倍体正确识别率的方法，其特征在于：所述高油诱导系诱导产生的玉米籽粒是以高油诱导系为父本，普通玉米为母本，杂交产生而来。
3.根据权利要求1所述的提高玉米单倍体正确识别率的方法，其特征在于：所述样本为随机抽样，样本容量不低于30粒。
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