CN109197569B - 一种提高水稻三系不育系柱头外露率的分子育种方法 - Google Patents

一种提高水稻三系不育系柱头外露率的分子育种方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109197569B
CN109197569B CN201811166871.5A CN201811166871A CN109197569B CN 109197569 B CN109197569 B CN 109197569B CN 201811166871 A CN201811166871 A CN 201811166871A CN 109197569 B CN109197569 B CN 109197569B
Authority
CN
China
Prior art keywords
line
stigma
rice
exposure rate
rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811166871.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109197569A (zh
Inventor
刘毅
刘国兰
王飞名
张安宁
李明寿
毕俊国
孔德艳
余新桥
罗利军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SHANGHAI AGROBIOLOGICAL GENE CENTER
Original Assignee
SHANGHAI AGROBIOLOGICAL GENE CENTER
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SHANGHAI AGROBIOLOGICAL GENE CENTER filed Critical SHANGHAI AGROBIOLOGICAL GENE CENTER
Priority to CN201811166871.5A priority Critical patent/CN109197569B/zh
Publication of CN109197569A publication Critical patent/CN109197569A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109197569B publication Critical patent/CN109197569B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01H—NEW PLANTS OR NON-TRANSGENIC PROCESSES FOR OBTAINING THEM; PLANT REPRODUCTION BY TISSUE CULTURE TECHNIQUES
    • A01H1/00—Processes for modifying genotypes ; Plants characterised by associated natural traits
    • A01H1/02—Methods or apparatus for hybridisation; Artificial pollination ; Fertility
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6876—Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes
    • C12Q1/6888—Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for detection or identification of organisms
    • C12Q1/6895—Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for detection or identification of organisms for plants, fungi or algae
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2600/00—Oligonucleotides characterized by their use
    • C12Q2600/13—Plant traits
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2600/00—Oligonucleotides characterized by their use
    • C12Q2600/156—Polymorphic or mutational markers

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Botany (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Developmental Biology & Embryology (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Mycology (AREA)
  • Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)

Abstract

本发明公开了一种提高水稻三系不育系柱头外露率的分子育种方法。该方法是以低柱头外露率的水稻三系保持系作为轮回亲本，以携带柱头外露率基因qES7的水稻三系保持系作为供体，进行杂交和回交，利用与柱头外露率基因qES7紧密连锁的分子标记辅助选择，获得柱头外露率显著提高的纯和基因型单株；再与野败型细胞质雄性不育系杂交，并连续回交3代后，即育成柱头外露率提高的改良不育系和成对的保持系。利用本发明的方法，能快速导入控制柱头外露率的QTL，提高选择效率，为提高杂交水稻不育系柱头外露率和制种产量提供帮助。

Description

一种提高水稻三系不育系柱头外露率的分子育种方法
技术领域
本发明涉及水稻分子育种学领域，具体是一种提高水稻三系不育系柱头外露率的分子育种方法。
背景技术
水稻是我国最主要的粮食作物，水稻产量的丰欠将直接影响到粮食安全和社会稳定。20世纪70年代中期杂交水稻的研究成功，大大提高了我国水稻的产量，然而现行的三系、两系育种体系由于不育系的异交性能差导致杂交制种产量低，制种成本高，极大的限制了水稻生产的大面积推广。水稻是自花授粉作物，花器构造适于自交而不利于异交，是杂交稻繁殖制种的限制因素之一。水稻柱头是接受花粉的器官，柱头外露率、柱头长和宽等性状决定母本的受粉能力，直接影响水稻不育系繁殖及杂交稻制种产量。选育优良不育系，除应选择雄性不育和高配合力等特性外，还必须选择具有较高柱头外露特性。因此，研究不育系柱头外露特性是水稻育种家们的重要目标之一。
水稻柱头外露率是多基因控制的数量性状，各世代均呈连续性变异。针对柱头外露率性状，研究人员利用不同的分离群体，基于连锁分析，进行了大量的QTL定位工作(李晨等，2001；李文宏等，2003；Uga et al，2003；Yamamoto et al，2003；Yu et al，2006；沈圣泉等，2006；Miyata et al，2007；岳高红等，2009；Hu et al，2009；冯玲玲等，2010；邓应德等，2010；李海彬等，2010；陈爱国等，2011；尹成等，2014；Li et al，2014；Liu et al，2015；李威等，2017；Md Habibur Rahman et al，2017)。此外，还有学者利用BSA法和关联分析对柱头外露率进行QTL定位(邓应德等，2011；Yan et al，2009；Dang et al，2016；Zhou et al，2017；Guo et al，2017)。定位的QTLs数目很多，分布在水稻的12条染色体上，但是单个QTL解释的表型变异多在15％以内，表明柱头外露率是一个受多个微效QTL影响的典型的数量性状。像其他数量性状一样，柱头外露性状可在QTL定位后，通过分子标记进行辅助选择。尽管不同学者对柱头外露率进行了QTL分析，但各自的研究结果并不完全一致，这与不同研究中采用的群体性质、群体大小、分析方法、标记数量及密度等不同有关，同时反应出柱头外露性状QTL遗传的复杂性。目前，对水稻柱头外露率的QTL精细定位还报道甚少，迄今还没有QTL被克隆出来，更未进行基因功能与表达调控分析。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高水稻三系不育系柱头外露率的分子育种方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种提高水稻三系不育系柱头外露率的分子育种方法，包括以下步骤：
(1)以低柱头外露率的水稻三系保持系沪旱1B作为轮回亲本，以携带柱头外露率基因qES7的水稻三系保持系II-32B作为供体，进行杂交获得F1；
(2)对步骤(1)中得到的F1代植株，利用与柱头外露率基因qES7紧密连锁的分子标记RM3859和Indel4373进行真假杂种鉴定和分子标记辅助选择，选择高柱头外露率，农艺性状与轮回亲本相似且标记杂合基因型的单株，与轮回亲本沪旱1B连续回交3代获得BC3F1；
(3)将步骤(2)中经鉴定为真杂种的BC3F1自交得到BC3F2，选择高柱头外露率，农艺性状与轮回亲本相似且标记纯和基因型的单株与野败型不育系沪旱1A杂交，单株套袋自交收种获得BC3F3；
(4)连续回交3代，每一代选取柱头外露率高且农艺性状与沪旱1A相近的单株进行成对回交，即育成柱头外露率提高的改良不育系和成对的保持系。
作为本发明进一步的方案：步骤(2)中所述的柱头外露率基因qES7紧密连锁的分子标记RM3859的
左端引物序列为TTGCAGATCGGTTTCCACTG
右端引物序列为GGTCCTGGATTCATGGTGTC；
作为本发明进一步的方案：步骤(2)中所述的柱头外露率基因qES7紧密连锁的分子标记Indel4373的
左端引物序列为AGTCTTTGATGGAAAGCTCC
右端引物序列为TATTCCCAAAATTTTCATGG。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：传统水稻柱头外露率改良育种中，需要种植大规模分离群体，人工观察选育高柱头外露率单株进入育种程序，表型鉴定容易受环境影响，本发明的提高水稻三系不育系柱头外露率的分子育种方法在精细定位出柱头外露率基因qES7的基础上，利用与目标基因紧密连锁的分子标记进行辅助选择，从传统的对植株表型鉴定和选择改进为对基因型的选择，基因型的选择可以在早期进行，不受环境和生育期的限制，提高柱头外露率改良育种效率和准确性，加快育种进程。
附图说明
图1为一种提高水稻三系不育系柱头外露率的分子育种流程图。
图2为水稻柱头外露率基因qES7在第7染色体上的定位。
其中，MAS表示分子标记辅助选择；
A：qES7基因的初步定位，水平线表示第7染色体，水平线上方表示初步定位的SSR标记，水平线下方表示标记间的遗传距离(cM)；
B：qES7基因的精细定位，qES7精细定位于分子标记RM3859和Indel4373之间，水平线下方表示标记间的物理距离(bp)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例，参阅图1和2，
一、水稻头外露率基因qES7的精细定位
(一)沪旱1B/II-32B BC3F2群体构建
岳高红等(2009)利用沪旱1B/Ⅱ-32B构建的F2群体对水稻的柱头外露率性状进行了QTL分析，初步定位到了1个同时影响单边柱头外露率和总柱头外露率的QTL-qES7，位于第7染色体分子标记RM3859和RM5436之间，加性效应来自高柱头外露率亲本II-32B。因此，以沪旱1B为轮回亲本，选择F2群体中含有qES7位点的单株与沪旱1B回交，获得BC1F1，然后利用分子标记RM3859和RM5436检测回交后代，选择两侧标记均为杂合基因型的单株继续与沪旱1B回交获得BC2F1，同样再选择两侧标记均为杂合基因型的回交后代与沪旱1B回交获得BC3F1，然后自交收种获得6720个BC3F2群体单株。
(二)构建的BC3F2群体的分子标记分析
参考并比较已测序的水稻品系9311及日本晴在RM3859和RM5436之间相应的基因组序列，利用微卫星DNA位点查找软件SSRHunter查找SSR序列，利用分子生物学应用软件DNAMAN比对发现Indel差异序列。将上述序列通过引物设计软件PRIME PRIMER 5设计。
按照常规CTAB法提取供亲本沪旱1B，II-32B及BC3F2群体单株的DNA，用设计的Indel标记引物对亲本进行多态性筛选，PCR扩增反应体系为：20ng水稻基因组DNA模板，10uL Taq PCR Mastermix(天根生化科技(北京)有限公司)，10uM的前后引物各1uL，补充ddH2O至20uL。PCR扩增程序为：95℃预变性5min，然后按95℃30s，55℃下30s，72℃下45s进行30个循环，最后72℃下延伸5min。PCR扩增产物在6％的非变性聚丙烯酰胺凝胶上进行电泳分析，最终在目标区间内从23个设计合成的Indel标记中获得6个标记引物在亲本间有多态性(表1)。
表1分子标记信息
Figure BDA0001819461800000041
Figure BDA0001819461800000051
标记RM3859和RM5436之间的遗传距离为1.2cM，物理距离约200kb。利用RM3859和RM5436从6720个BC3F2群体单株中筛选出18株杂合重组单株，利用新设计开发的筛选获得Indel4373，Indel4380，Indel4385，Indel4419，Indel4459，Indel4477的6个多态性分子标记检测重组单株基因组DNA，发现分为6种重组类型(表2)，对这18株重组单株收种继续种植成BC3F3株系，每个株系种植48株，调查每个株系里每个单株的柱头外露率表型，表型调查方法参考岳高红等(2009)所述，根据表型值的分离情况推测BC3F2单株的基因型，收取6个纯和重组类型单株的种子，继续种植成BC3F4株系，每个株系种植24株，理论上纯和重组类型不会再有分离，重复调查柱头外露率表型，结合表型和基因型将qES7基因最终精细定位于分子标记RM3859和Indel4373之间的28.5k区间(表3)。
表2 BC3F2重组单株基因型
Figure BDA0001819461800000052
Figure BDA0001819461800000061
表3 BC3F4重组单株基因型及表型
Figure BDA0001819461800000062
Figure BDA0001819461800000071
二、提高水稻三系不育系柱头外露率的分子育种方法
在实施例1中获得的BC3F3代纯和重组单株中，选择高柱头外露率，农艺性状与轮回亲本沪旱1B相似，且标记RM3859和Indel4373为II-32B基因型，其余标记为沪旱1B基因型的单株与野败型不育系沪旱1A杂交，单株套袋自交收种获得BC3F4；连续回交3代，每一代选取柱头外露率高且农艺性状与沪旱1A相近的单株进行成对回交，即育成柱头外露率提高的改良不育系和成对的保持系。
对新改良不育系的开花习性、柱头活力、柱头外露率、异交结实率和制种产量等异交特性进行了调查，结果表明：改良不育系农艺性状与沪旱1A相似，开花习性好，花期集中，午前花比例高，柱头活力强，总柱头外露率达69.7％，异交结实率高达68.0％。与旱恢3号制种产量为3.72t/hm2，比对照沪旱1A与旱恢3号的制种产量(1.39t/hm2)增加2.33t/hm2。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种提高水稻三系不育系柱头外露率的分子育种方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）以低柱头外露率的水稻三系保持系沪旱1B作为轮回亲本，以携带柱头外露率基因qES7的水稻三系保持系II-32B作为供体，进行杂交获得F1；
（2）对步骤（1）中得到的F1代植株，利用与柱头外露率基因qES7紧密连锁的分子标记RM3859和Indel4373进行真假杂种鉴定和分子标记辅助选择，选择高柱头外露率，农艺性状与轮回亲本相似且标记杂合基因型的单株，与轮回亲本沪旱1B连续回交3代获得BC3F1；
（3）将步骤（2）中经鉴定为真杂种的BC3F1自交得到BC3F2，选择高柱头外露率，农艺性状与轮回亲本相似且标记纯和基因型的单株与野败型不育系沪旱1A杂交，单株套袋自交收种获得BC3F3；
（4）连续回交3代，每一代选取柱头外露率高且农艺性状与沪旱1A相近的单株进行成对回交，即育成柱头外露率提高的改良不育系和成对的保持系；
步骤（2）中所述的柱头外露率基因qES7紧密连锁的分子标记RM3859的
左端引物序列为TTGCAGATCGGTTTCCACTG
右端引物序列为GGTCCTGGATTCATGGTGTC；
步骤（2）中所述的柱头外露率基因qES7紧密连锁的分子标记Indel4373的
左端引物序列为AGTCTTTGATGGAAAGCTCC
右端引物序列为TATTCCCAAAATTTTCATGG。
CN201811166871.5A 2018-09-30 2018-09-30 一种提高水稻三系不育系柱头外露率的分子育种方法 Active CN109197569B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811166871.5A CN109197569B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 一种提高水稻三系不育系柱头外露率的分子育种方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811166871.5A CN109197569B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 一种提高水稻三系不育系柱头外露率的分子育种方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109197569A CN109197569A (zh) 2019-01-15
CN109197569B true CN109197569B (zh) 2021-12-03

Family

ID=64983039

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811166871.5A Active CN109197569B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 一种提高水稻三系不育系柱头外露率的分子育种方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109197569B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111296280A (zh) * 2020-03-25 2020-06-19 江西省超级水稻研究发展中心 一种提高水稻抗旱性的分子育种方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103026959B (zh) * 2011-03-18 2015-12-09 本田技研工业株式会社 水稻f1种子的生产方法、水稻f1种子及水稻雄性不育系
CN107435066A (zh) * 2017-07-13 2017-12-05 中国水稻研究所 水稻柱头外露率主效qtl及其定位方法和应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103026959B (zh) * 2011-03-18 2015-12-09 本田技研工业株式会社 水稻f1种子的生产方法、水稻f1种子及水稻雄性不育系
CN107435066A (zh) * 2017-07-13 2017-12-05 中国水稻研究所 水稻柱头外露率主效qtl及其定位方法和应用

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一个水稻卷叶基因的遗传分析和精细定位;刘晨等;《中国农业科学》;20151231;第2487-2496页 *
杂交旱稻保持系沪旱1B柱头外露率的QTL定位;岳高红等;《浙江农业学报》;20091231;第242页左栏第一段，1.1 材料，2.3 QTL定位，3讨论 *
节水抗旱水稻不育系沪旱1A柱头外露率的改良研究;李明寺等;《杂交水稻》;20161231;第17-20页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109197569A (zh) 2019-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109337998B (zh) 与玉米株高紧密连锁的InDel6和SSR229分子标记开发方法及其应用
CN110923352B (zh) 小麦抗白粉病基因PmDTM的KASP标记及其应用
US20240093224A1 (en) Maize plants with improved disease resistance
Tian et al. Genetic Analyses of Wheat and Molecular Marker-Assisted Breeding, Volume 1
CN113736910A (zh) 花生单株荚果数主效QTL位点qPN7的连锁分子标记及其应用
CN109197569B (zh) 一种提高水稻三系不育系柱头外露率的分子育种方法
CN110184378B (zh) 三裂棉细胞质雄性不育恢复基因的分子鉴定方法
CN110004242B (zh) 甘蓝型油菜开花期和成熟期主效QTL位点的分子标记BrSF0239引物及其应用
CN109006456B (zh) 一种甜椒核雄性不育两用系的选育方法
CN111676229A (zh) 一种玉米雄性核不育基因ms40及其分子标记和应用
CN107746895B (zh) 一种低磷条件下提升大麦收获指数qtl位点的分子标记及应用
CN107619875B (zh) 一种用于鉴定西瓜果实形状的插入缺失标记位点、引物及应用
CN104762298A (zh) 一种水稻苗期耐盐基因qST11及其分子标记方法
CN104762299B (zh) 一种水稻苗期耐盐基因qST2及其分子标记方法
CN111004857B (zh) 大豆分枝数主效qtl位点的分子标记引物及其应用
CN110616275B (zh) 一种来源于尤卡坦氏棉与棉花纤维强度qtl连锁的分子标记及其应用
CN114480709A (zh) 检测小麦抗叶锈病基因Lr47的分子标记、检测方法及其应用
CN108570515B (zh) 水稻孕穗期耐冷基因qCT6.7DOD的分子标记及应用
CN107058545B (zh) 玉米胚性愈伤组织诱导相关基因grmzm2g020814的snp分子标记及其应用
CN107794261B (zh) 油菜每角粒数主效qtl位点紧密连锁的分子标记及其应用
CN109207621A (zh) 水稻柱头外露率基因qSE7的分子标记及其方法和应用
CN111004858B (zh) 大豆单荚粒数主效qtl位点的分子标记引物及其应用
CN110106270A (zh) 一种与甜瓜黄色种皮共分离的分子标记及其应用
CN114032330B (zh) 一种快速鉴定苹果炭疽叶枯病的snp分子标记
CN111057786B (zh) 与黄瓜抗种子采前发芽性状紧密连锁的snp标记及应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant