CN110122315A - 利用水稻温敏永久核不育系选育抗稻瘟病多系杂交品种的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了利用水稻温敏永久核不育系选育抗稻瘟病多系杂交品种的方法。该方法包括以下步骤：稻瘟病抗性种质材料筛选——转育——测交——测配——决选，得到携有不同抗病基因的水稻温敏永久核不育系亲本材料，通过繁殖生产获得2个（或者更多）抗病基因杂合体水稻温敏永久核不育系，再与抗病多系恢复系测配培育抗稻瘟病多系杂交品种。本发明利用杂交技术，将不同来源的抗稻瘟病基因分别导入温敏核不育系、反温敏核不育系，再通过桥梁亲本，育成桥梁亲本抗病近等基因系，除分别携带不同不育基因和不同抗病基因外，其他性状基本一致，通过抗病近等基因系异交繁殖生产抗病水稻温敏永久核不育系，为培育具有多重抗性的两系杂交水稻新品种奠定基础，既解决了温敏核不育系和反温敏核不育系育性打摆子难题，又解决了大面积生产稻瘟病危害问题。

Description

利用水稻温敏永久核不育系选育抗稻瘟病多系杂交品种的 方法

技术领域

本发明属于水稻杂种优势利用新材料创新领域，具体涉及利用水稻温敏永久核不育系选育抗稻瘟病多系杂交品种的方法。

背景技术

稻瘟病是水稻最严重的病害之一， 分布广泛， 危害严重，流行年份可造成水稻减产10%~20%， 严重时可减产40%~50%以上，甚至绝收。据测算，每年由稻瘟病造成的水稻损失足以养活6000万人以上。防治稻瘟病的方法主要为药剂防治和推广抗病新品种。尽管药剂防治对稳定水稻产量起了非常重要的，但所带来的问题也日渐突出： 一方面增加了农民的劳动成本，另一方面还会造成严重的环境污染，危及自然界的生物多样性；同时大量的农药残留对人类的健康构成潜在威胁。实践证明，利用水稻自身携带的抗病基因是控制稻瘟病害最经济、有效、环保的方法。

到目前为止，在水稻中至少报道了64个抗稻瘟病位点共78个主效基因。稻瘟病抗性基因遗传相当复杂，一般由1个或2个主效 R 基因控制，有些由3个或更多主效 R 基因控制，少数情况下由隐性 R 基因或不完全显性 R 基因控制，不同 R 基因间相互独立或存在互作关系。这些基因成簇地分布于除第3染色体外的所有水稻染色体上，但在第6、第11和第12染色体上分布尤为集中。Pb1、Pia、Pib、Pi-d2、Pi-d3、Pik、Pik-h/Pi-54、Pik-m、Pik-p、Pi-sh、Pit、Pi-ta、Piz-t、Pi1、Pi2、Pi5、Pi9、pi-21、Pi-25、Pi-36、Pi-37、Pi-50、Pi-56等24个基因已被成功克隆（Pi2、Pi9、Piz-t 和 Pi-50同为 Piz 位点上的复等位基因；Pik-h/Pi-54、Pi1、Pik-m、Pik-p 同为 Pik 位点上的复等位基因；Pi-d3与 Pi-25等位）（国家水稻数据中心），这些已克隆的抗稻瘟病基因中除 Pi-21为隐性抗病基因外，均是显性基因；除Pi-21 和Pb1 为数量性状基因外，都是质量性状的抗性基因。在这些已报道的稻瘟病抗性基因中, 除 Pi1、Pi2、Pi9、Pi-20、Pi-33、Pi-40、Pi-gm、Pik-h 等8个具有广谱抗性外，其余多数表现为生理小种特异性抗性。

从基因结构特征看，除 Pi-21和 Pi-d2 分别编码一个富含脯氨酸蛋白和类受体激酶外，都属于NBS-LRR 类基因。另外，在长臂末端 SSR 标记RM1233~

RM27369之间存在一个大的基因簇，包含 Pik、Pik-p、Pik-m、Pi1、Pi5和 Pia 6个基因，这些基因均需要其对应基因座的两个紧密连锁的 NBS-LRR 基因同时存在才能发挥抗病性。

由于稻瘟病小种的快速变异以及环境的复杂性，含有单一抗病基因的品种种植几年后就会失去其原有的抗性。而水稻是重要的粮食作物, 世界上有一半以上的人口以稻米为主食。因此, 挖掘新的抗病基因资源，采用分子标记进行多基因聚合育种，培育多系水稻品种成为水稻抗病育种的关键。

发明内容

本发明的目的是利用水稻温敏永久核不育系，选育水稻抗稻瘟病的多系杂交品种。

为实现上述目的本发明采用的技术方案如下：

1、利用水稻温敏永久核不育系选育抗稻瘟病多系杂交品种的方法，其特征在于以下步骤：

（1）稻瘟病抗性种质材料筛选：针对我国长江流域及南方稻区稻瘟病生理小种分布与危害情况，广泛引进抗稻瘟病材料，通过菌种接种和疫区种植两种方法，鉴定筛选抗谱广、水平抗性强、综合性状好的抗源种质材料；

（2）转育：将引进筛选到的三个及以上不同来源的抗稻瘟病基因（基因型：AA、BB、CC.....，下同）分别导入或聚合到水稻温敏永久核不育系的亲本中，即温敏核不育系和反温敏核不育系，及其恢复系中；

（3）导入恢复系的抗性基因要选用抗性强、抗谱广的。此外，通过抗性基因导入培育近等基因系，恢复系本身即可为多个抗稻瘟病近等基因系的多系品种（CC、DD、EE）；

（4）测交：温敏核不育系（AA）与近等基因系反温敏核不育系（BB）测交，从测交F1中筛选性状稳定、育性败育彻底的组合（AB）用于测配抗稻瘟病多系杂交品种；

（5）测配：以水稻温敏永久核不育系（AB）为母本，与恢复系（CC、DD、EE）测配，筛选抗稻瘟病多系杂交品种（多系抗病基因型：AC、BC、AD、BD、AE、BE）。

本发明的选育方法中，步骤（2）所采用的水稻温敏核不育系、反温敏核不育系，是目前我国在生产上广泛应用的两大类两系杂交水稻遗传工具，两类核不育系育性表达的诱导条件相反。

本发明的选育方法中，为了便于获得综合性状优异的抗病多系杂交品种，步骤（2）中的恢复系一般是筛选或培育的优质、多抗、综合性状优良的强优势恢复系。

温敏核不育系：是指一种育性受隐性核基因控制，表现雄性退化（主要是花粉败育退化）雌蕊发育正常的水稻品系。该品系在特定的温光条件下发生育性转换，育性转换以温度为主，光长起一定的修饰作用，在长日高温下表现不育，生产上用作不育系制种；在短日低温下表现可育，自交繁殖不育系。

反温敏核不育系：是指一种育性受隐性核基因控制，表现雄性退化（主要是花粉败育退化）雌蕊发育正常的水稻品系。该品系在特定的温光条件下发生育性转换，育性转换以温度为主，在长日高温下表现可育，生产上利用自交繁殖不育系；在短日低温下表现不育，当作不育系制种。

水稻温敏永久核不育系：是指一种雄性退化（主要是花粉败育退化）雌蕊发育正常的水稻品系。一般情况下，该品系不发生育性转换，无论长日高温或长日低温，还是短日高温或短日低温，均表现不育。在长日低温下表现不育，消除了育性敏感期低温导致温敏核不育系“打摆子”造成杂交种子不纯的风险。

恢复系：是指一种发育正常的水稻品种，具有显性恢复基因，与温敏核不育系杂交产生的F1代，育性恢复正常能自交结实，若杂种优势较强的话，就可用于大田生产。

本发明所指的温敏核不育和反温敏核不育近等基因系可用于培育新型杂交水稻遗传工具——水稻温敏永久核不育系；

本发明的选育方法获得的抗稻瘟病温敏核不育和抗稻瘟病反温敏核不育近等基因系可用于培育新的抗稻瘟病近等基因系。

本发明的选育方法获得的抗稻瘟病材料，不论是温敏核不育和反温敏核不育近等基因系，还是配制的水稻温敏永久核不育系，除极少外，一般常规品种都可以作为它的恢复系恢复育性，其杂交种都具有正常的表型。

本发明的选育方法在培育多系杂交水稻方面有以下用途：

1、利用本发明选育的抗稻瘟病温敏核不育和反温敏核不育近等基因系可繁殖聚合多个抗稻瘟病基因的水稻温敏永久核不育系；

2、利用本发明选育的聚合多个抗稻瘟病基因的水稻温敏永久核不育系与抗稻瘟病恢复系或多系品种可组配强优势抗稻瘟病多系杂交品种；

3、利用本发明选育的聚合多个抗稻瘟病基因的水稻温敏永久核不育系，既可以解决温敏核不育系和反温敏核不育系育性打摆子难题，又可以解决大面积生产稻瘟病危害问题；

4、利用本发明选育的抗稻瘟病的温敏核不育和反温敏核不育近等基因系可转育新的抗稻瘟病温敏核不育和反温敏核不育近等基因系。

本发明的原理：

采用新的杂交水稻遗传工具——水稻温敏永久核不育系的选育系统，使多个抗稻瘟病基因分别导入或聚合到温敏核不育系、反温敏核不育系和恢复系中，经过测交、测配，培育抗稻瘟病多系杂交品种。杂交一代群体至少携有3个以上抗稻瘟病基因，在提高杂交稻稻瘟病水平抗性的同时，降低单一抗病基因的品种种植几年后就会失去其原有抗性的风险。选育聚合多个抗稻瘟病基因的水稻温敏永久核不育系，既解决了温敏核不育系和反温敏核不育系育性打摆子难题，又解决了大面积生产稻瘟病危害问题。在降低两系杂交水稻种子生产风险的前提下，提高水稻抗逆性，为水稻稳产高产优质奠定基础。

具体实施方案

抗稻瘟病光温敏核不育和反温敏核不育近等基因系选育过程

1、抗病种质材料引进筛选

RGD7S（广东省农科院水稻所王丰提供），稻瘟病抗性基因Pi1、Pi2供体；7001S（安徽省农业科学院水稻研究所选育），基因Pi-ja供体。

2、受体材料选择：温敏核不育系矮占43S（安徽省农业科学院水稻研究所选育），反温敏核不育系雁亢s（安徽省农业科学院水稻研究所利用雁农s与华占杂交经系统选育而成）。

3、杂交转育

（1）RGD7S与雁亢s杂交，转育抗病反温敏核不育系雁亢Ks；

（2）7001S与矮占43S杂交，转育抗病温敏核不育系矮占KS；

上述转育均需进行抗病基因分子标记辅助选择筛选单株。

4、采用桥梁亲本转育抗稻瘟病光温敏核不育和反温敏核不育近等基因系

（1）矮占KS、雁亢Ks分别与桥梁亲本杂交；

（2）与轮回材料即桥梁亲本回交。在适合于各自不育特性表达的环境压力下，种植分离世代群体，从中当选主要性状偏向桥梁材料的不育系，并与桥梁材料回交，连续回交，或分离—筛选—回交，直至除不育特性外，其他性状与桥梁材料相似；

（3）凡涉及单株选择都需要进行抗病基因分子标记辅助筛选。

5、测交

利用温敏核不育系与反温敏核不育系桥梁亲本近等基因抗病系正反交，建立F1性状鉴定圃。不育性好，且株型、整齐度、生育期、粒型等性状表现一致的组合，其双亲则可当选为聚合水稻正反温敏核不育基因的近等基因抗病系，并作为繁殖水稻温敏永久核不育系的亲本。

恢复系即携有多种抗稻瘟病基因型的多系品种选育过程

1、材料：R998（安徽省农业科学院水稻研究所选育），基因Pi9供体；RGD7S（广东省农科院水稻所王丰提供），稻瘟病抗性基因Pi1、Pi2供体；7001S（安徽省农业科学院水稻研究所选育），基因Pi-ja供体。

2、受体材料选择：两系恢复系R605（安徽省农业科学院水稻研究所选育）。

3、杂交转育：恢复系R605分别与RGD7S、7001S杂交、回交，转育携带不同抗病基因的R605近等基因系，如R605-Pi1、R605-Pi2、R605-Pi-ja、R605-Pi1+Pi2。

凡涉及单株选择都需要进行抗病基因分子标记辅助筛选。

抗稻瘟病多系杂交品种培育过程

1、 母本：水稻温敏永久核不育系——雁亢Ks/矮占KS或矮占KS/雁亢Ks。

2 、父本：R605-Pi9、R605-Pi1、R605-Pi2、R605-Pi-ja、R605-Pi1+Pi2；以及5个株系两两混合，三三混合，四四混合组成多系品种。

3、测配：水稻温敏永久核不育系与父本单系或多系杂交制种。

4、种植：5月上旬播种，6月上旬日移栽，面积0.01亩，株行距5×8寸，单苗栽插。

5、测产分析：所有组合取样考种并实收计产，考种项目：株高、穗长、穴穗数、穗总粒数、穗实粒数、千粒重、单株谷重。

6、决选：产量高、结实率好的组合当选。

Claims (5)

1.利用水稻温敏永久核不育系选育抗稻瘟病多系杂交品种的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）稻瘟病抗性种质材料筛选：针对我国长江流域及南方稻区稻瘟病生理小种分布与危害情况，广泛引进抗稻瘟病材料，通过菌种接种和疫区种植两种方法，鉴定筛选抗谱广、水平抗性强、综合性状好的抗源种质材料；

（2）转育：将引进筛选到的三个及以上不同来源的抗稻瘟病基因（基因型：AA、BB、CC.....，下同）分别导入或聚合到水稻温敏永久核不育系的亲本中，即温敏核不育系和反温敏核不育系，及其恢复系中；

（3）导入恢复系的抗性基因要选用抗性强、抗谱广的。

2.此外，通过抗性基因导入培育近等基因系，恢复系本身即可为多个抗稻瘟病近等基因系的多系品种（CC、DD、EE）；

（4）测交：温敏核不育系（AA）与近等基因系反温敏核不育系（BB）测交，从测交F1中筛选性状稳定、育性败育彻底的组合（AB）用于测配抗稻瘟病多系杂交品种；

（5）测配：以水稻温敏永久核不育系（AB）为母本，与恢复系（CC、DD、EE）测配，筛选抗稻瘟病多系杂交品种（多系抗病基因型：AC、BC、AD、BD、AE、BE）。

3.如权利要求1所述的水稻温敏永久核不育系是采用桥梁亲本的发明方法选育的，其特征在于：利用桥梁亲本分别与水稻温敏核不育系、反温敏核不育系杂交回交，选育桥梁亲本正反温敏核不育近等基因系。

4.如权利要求1中（2）所述的，水稻温敏永久核不育系的亲本和恢复系也可以培育成多个抗病基因的聚合品系。

5.如权利要求1中（2）所述的，两系杂交稻亲本包括三系，也可以培育成抗病品系或多系品种，并以此培育抗病多基因型杂交品种。