CN116941525B - 通过多因增抗提高玉米杂交种抗南方锈病的改良方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于玉米育种技术领域，涉及抗南方锈病的玉米杂交种的培育，具体指通过多因增抗提高玉米杂交种抗南方锈病的改良方法。该方法包括使玉米的两个亲本分别含有一个或一个以上抵抗不同南方锈病生理小种的基因，将该两个亲本自交系杂交，通过对杂交组合抗南方锈病鉴选，从中筛选出抵抗两种或两种以上致南方锈病生理小种的杂交组合，培育为抗南方锈病玉米新品种。该方法结合了玉米南方锈病病原菌小种信息和抗病基因聚合信息，将抗南方锈病基因与抗南方锈病玉米品种培育相结合，实现杂交组合中含有抵抗不同致南方锈病生理小种的基因，减少非抗性组合的干扰，缩短了抗南方锈病玉米品种培育进程，能够有效实现生产中对玉米南方锈病的抗性。

Description

通过多因增抗提高玉米杂交种抗南方锈病的改良方法

技术领域

本发明属于玉米育种技术领域，涉及抗南方锈病的玉米杂交种的培育，具体是指通过多因增抗提高玉米杂交种抗南方锈病的改良方法。

背景技术

玉米南方锈病是一个在热带和亚热带玉米种植地区最常见的病害。但近几年，玉米南方锈病发生区域逐渐北移，在玉米各主产区普遍发生，已成为我国危害玉米生产的主要病害之一。由于南方锈病流行速度快，影响产量重，成为叶部病害中严重影响玉米产量的病害。

南方锈病病原菌产生的夏孢子可随暖湿气流和风雨进行传播，在玉米全生育期均可发生，可危害叶片、茎鞘、苞叶和茎秆。症状与普通锈病相似，在叶片上初生褪绿小斑点，很快发展成为铁锈色突起的疱斑，即病原菌夏孢子堆。这些粉末状的孢子可借助气流传播再侵染别的植株。生产上玉米南方锈病一般发生在灌浆中后期，一旦发生，玉米叶片很快被铁锈色粉末大量覆盖，导致不能正常进行光合作用，造成玉米干枯死亡，使植株无法积累足够的营养物质运输到籽粒中，致使千粒重下降，产量降低。中度发病的田块减产10％～20％，感病较重的达到50％以上，发病早的部分田块可能绝收。专利CN108739355A公开了一种分别经过六代自交获得的自交系作为亲本进行杂交，通过人工接种南方锈病对表型进行鉴定和筛选，该方法为常规育种方法，需要自交的代数多且根据表型去鉴定和筛选的周期较长，对人力、物力和财力消耗大，结合南方锈病发生受环境条件影响较大，而仅通过人工接种鉴定南方锈病抗性的方法准确性不够高。专利CN114982630A公开了一种高抗南方锈病玉米的分子标记辅助育种方法，该方法直接采用含有分子标记的品种作为亲本进行1次杂交，并对杂交收获种子长成植株后进行1次自交，这里对杂交后代长成植株进行自交后可能会出现基因分离，导致结出的籽粒可能不含该分子标记；该发明未对自交结出籽粒进行分子标记检测，而是直接对籽粒通过接菌进行鉴定，这样受发病环境达不到或接种不充分等问题的影响，选出的健康种子可能会存在假阳性；此外，该发明专利中的抗南方锈病的分子标记为通过多个玉米品种所筛选，并非通过经典的创制F2（杂交2代）、BC1（回交1代）和BC2（回交2代）等分离群体进行基因定位，其获得分子标记的可靠性、准确性及对不同南方锈病致病生理小种的抗性均不够高且不够充分，难以经受生产的检验。因此，综合以上各种局限性，该方法并不适宜作为抗南方锈病玉米品种培育方法进行生产推广和应用。

针对南方锈病的防治方法应首先从选育抗病品种开始，通过分子标记辅助选育较传统育种周期短见效快。目前已筛选出多个抗南方锈病的主效QTL、基因及分子标记，多数集中在第10号染色体短臂上，也有分布在第6号染色体上。前人研究发现我国的南方锈病侵染源具有多样性，地区群体之间可能存在着频繁的传播关系。高抗南方锈病的玉米种质资源相对较少，尤其缺乏在多个地区表现为高抗的种质材料。究其原因主要是缺乏对多个主效致病生理小种的抗性，以至于致病小种发生变化后抗病性降低。目前已公布的抗南方锈病基因仅停留在理论研究上，很少被育种家在生产中大规模应用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出通过多因增抗提高玉米杂交种抗南方锈病的改良方法，能够获得同时抗多个致南方锈病生理小种的杂交组合，并将其培育成品种，将有助于实现玉米品种在多生态区对南方锈病的抗性。

本发明的技术方案是这样实现的：

通过多因增抗提高玉米杂交种抗南方锈病的改良方法，步骤为：

（1）以含有抗南方锈病基因RppC的自交系为供体亲本，与待提高南方锈病抗性的玉米杂交种的父本进行杂交，得父-F1；

（2）步骤（1）的父本与父-F1回交，对回交后代经分子标记检测，将含有抗南方锈病基因RppC的回交后代继续与步骤（1）的父本回交，连续回交多代，每次均对回交后代进行分子标记检测，下一次回交均用上一次回交后含该基因标记的后代植株进行，直至回交后的步骤（1）的父本除含有抗南方锈病基因RppC外，其他性状和基因型与原父本相同，得改良父本；

（3）以含抗南方锈病基因qSCR4.01的自交系为供体亲本，与待提高南方锈病抗性的玉米杂交种的母本进行杂交，得母-F1；

（4）步骤（3）的母本与母-F1回交，对回交后代经分子标记检测，将含有抗南方锈病基因qSCR4.01的回交后代继续与步骤（3）的母本回交，连续回交多代，每次均对回交后代进行分子标记检测，下一次回交均用上一次回交后含该基因标记的后代植株进行，直至回交后的步骤（3）的母本除含有抗南方锈病基因qSCR4.01外，其他性状和基因型与原母本相同，得改良母本；

（5）改良父本与改良母本再杂交，得到同时含有抗南方锈病基因RppC和抗南方锈病基因qSCR4.01的杂交组合，获得抵御一个或多个玉米南方锈病主效致病生理小种的玉米杂交种。

上述步骤（2）中分子标记检测采用的引物对：

RppC-Forward primer (5’-3’)：GAGGAAACTCTCCCTTTATT，（SEQ ID No.1）；

RppC-Reverse primer (5’-3’)：TCCCAGATAAGTATTACCTT，（SEQ ID No.2）；

上述连续回交多代采用的回交亲本均含有抗南方锈病基因RppC。

上述步骤（2）中回交多代具体为4-5代，直至回交后代稳定含有抗南方锈病基因RppC。

上述步骤（3）中分子标记检测采用的引物对：

qSCR4.01-Forward primer (5’-3’)：AGGTAAGCAGTCACCTCCGT，（SEQ ID No.3）；

qSCR4.01-Reverse primer (5’-3’)：CGGGTTGAACCTTTCCCGTA，（SEQ ID No.4）；

上述连续回交多代采用的回交亲本均含有基因qSCR4.01。

上述步骤（4）中回交多代具体为4-5代，直至回交后代稳定含有抗南方锈病基因qSCR4.01。

上述含抗南方锈病基因RppC的自交系为自交系T1932。

上述含抗南方锈病基因qSCR4.01的自交系为自交系CIMBL83。

随着生物技术的进步，当有抗更多种南方锈病致病生理小种的主效基因被发掘后，上述基因RppC和基因qSCR4.01也可替换为该抗南方锈病的新基因，通过模仿本发明专利中的方法创制含该新基因的亲本自交系，以对不抗南方锈病的杂交种进行改良，培育抗南方锈病玉米新品种。

本发明具有以下有益效果：

1、本申请通过在生产上利用有效的抗南方锈病的基因及其分子标记，选育父母本自交系具有不同抗南方锈病基因的材料，将父母本杂交后能够同时抗多个致病生理小种的杂交组合培育成品种，本发明结合了玉米南方锈病病原菌小种信息和抗病基因聚合信息，能够有效提高玉米杂交种对南方锈病的抗性，将有助于实现玉米品种在多生态区对南方锈病的抗性。

2、本申请通过将分别融入不同的抗南方锈病生理小种基因的两个亲本自交系杂交，通过杂交种鉴定，选育抗南方锈病品种的方法。该方法结合分子标记检测，使玉米的两个亲本分别含有一个或一个以上抵抗不同南方锈病生理小种的抗南方锈病基因，使改良杂交种实现抗南方锈病基因聚合。回交过程中，新的回交前均对上一次的回交后代进行分子标记检测，这样新的回交均用上一次回交后含该基因标记的后代植株进行，实现了改良过程中抗南方锈病基因的稳定性遗传。这种改良方法能够获得其他性状不变但稳定含有抗南方锈病基因的两个亲本自交系，对自交系杂交直接获得含抗南方锈病基因的杂交种，准确度非常高。抗南方锈病鉴定过程中，分别接种了三个不同的玉米南方锈病主效致病生理小种，通过人工对杂交组合抗锈筛选及多生态点种植鉴定，从中选育出抵抗两种或两种以上致南方锈病生理小种的杂交组合，培育为抗南方锈病的玉米新品种。该方法将抗南方锈病基因与品种选育相结合，实现杂交组合中含有抵抗不同致南方锈病生理小种的基因，减少非抗病组合的干扰，减少了抗南方锈病选育过程中的盲目性，提高效率，少走弯路，进而缩短育种进程，能够有效实现生产中对玉米南方锈病的抗性。

3、本发明中的抗南方锈病基因、分子标记以及含该基因的自交系亲本均为本实验室发掘和创制，该基因无论在自交系亲本中，还是改良到杂交种里面，均能够有效抵抗南方锈病致病生理小种，且本发明中的两个基因联用能够抵抗本实验室分离出的且是近些年生产上主要流行的南方锈病致病生理小种。因此，将本发明的方法应用到生产实践中，能有效提高玉米杂交种抗南方锈病，结合已有的验证效果，抗性表现优异，本发明将为生产上玉米南方锈病防治节约大量成本投入。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为改良前后玉米自交系L719对南方锈病抗性差异的大田表现；其中左侧为改良前的、右侧为改良前后的。

图2为玉米杂交品种YD807改良前后对南方锈病抗性差异的大田表现；其中左侧为改良前的、右侧为改良后的。

图3为玉米杂交品种豫单1881改良前后对南方锈病抗性差异的大田表现；其中左侧为改良后的、右侧为改良前的。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明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付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1

本实施例为提高玉米杂交种豫单898抗南方锈病的具体实施步骤：

为提高玉米单交种豫单898对南方锈病的抗性，利用含不同的抗南方锈病基因的不同自交系，分别通过回交转育使其两个亲本分别含有不同的抗南方锈病基因，以使两亲本分别能够抵抗不同的南方锈病致病生理小种，但亲本的其他表型性状与改良前亲本保持一致。对改良后双亲授粉杂交，杂交后代即为含以上两个不同抗病基因的杂交组合，以此使豫单898抗南方锈病。

具体操作方法为：

（1）用含抗南方锈病基因RppC的自交系T1932为供体亲本，与玉米杂交种豫单898的父本L719杂交，得到F1，此时F1含有抗南方锈病基因RppC。

（2）将F1与杂交种豫单898的父本L719回交，得回交1代，通过检测回交1代的该基因的分子标记，筛选出含该基因的回交后代，用含有该基因的回交后代继续与杂交种豫单898的父本L719回交，再次得到回交后代，同样的方法进行分子标记检测及筛选，并将筛选出的含该基因的回交后代继续与父本杂交。连续回交4代，每次回交均用含该基因分子标记的上一次回交后代进行与父本杂交，4代后得到稳定的含有该抗南方锈病基因的自交系，其他农艺性状保持不变，这样即完成了对杂交种豫单898父本L719的改良。L719改良前后遇南方锈病自然发病年份后的大田表现如图1。

其中，RppC基因，位于玉米第10号染色体短臂，扩出该基因的一对引物为:

Forward primer (5’-3’)：GAGGAAACTCTCCCTTTATT;

Reverse primer (5’-3’)：TCCCAGATAAGTATTACCTT;

（3）同样的方法，以含有另一个抗南方锈病基因qSCR4.01的自交系CIMBL83为供体亲本，与杂交种豫单898的母本T7511杂交，再通过回交转育使豫单898的母本含有另一个抗南方锈病的基因，进一步提高杂交种豫单898对南方锈病的抗性。CIMBL83与T7511第一次杂交后，得F1，此时F1含有抗南方锈病基因qSCR4.01。

（4）将F1与杂交种豫单898的母本T7511回交，得回交后代，通过检测该基因的分子标记，使含有该基因的回交后代继续与杂交种豫单898的母本T7511回交，再次得回交后代，同样的标准进行分子标记检测。连续回交4代，每次回交均用含该基因分子标记的上一次回交后代进行与母本杂交，4代后得到稳定的含有该抗南方锈病基因的自交系，其他性状不变，这样即完成了对杂交种豫单898母本T7511的改良。

qSCR4.01为主效QTL位点，位于玉米第4号染色体上，该主效QTL位点内的功能抗南方锈病标记的一对引物为：

Forward primer (5’-3’)：AGGTAAGCAGTCACCTCCGT

Reverse primer (5’-3’)：CGGGTTGAACCTTTCCCGTA

（5）将改良后的豫单898父母本杂交，得到同时含有以上两个抗南方锈病基因的杂交组合，以抵抗防御致玉米南方锈病的一个或多个生理小种。为检测杂交组合实际的抗南方锈病效果，对其进行抗南方锈病进行鉴定。鉴定借助人工接种，通过该杂交组合叶片接种南方锈病致病孢子，鉴定其对南方锈病的抗性。

于5叶一心期在除子叶外的四片展开叶上接种南方锈病致病菌，致病菌主要为3种不同的主效生理小种，每生理小种接种5株植株的4片展开片。具体方法为，于5展叶期取南方锈病孢子悬浮液用毛刷接种在叶片上，一周后调查接种叶片的发病情况。病害调查采用5级制，划分标准为，1级为高抗，叶片有过敏反应或无病斑；3级为抗，叶片上南方锈病孢子堆占叶片面积少于25%；5级为中抗，叶片上南方锈病孢子堆占叶片面积26~50%；7级为感，叶片上南方锈病孢子堆占叶面积51~75%；9级为高感，叶片几乎全被南方锈病孢子堆覆盖，占叶面积76~100%，叶片枯死。

计算病情指数：

病情指数=100×∑（各级病叶数×各级代表值）/（调查总叶数×最高级代表值）

表1 豫单898及其亲本改良前后苗期接种不同南方锈病致病小种后病情指数变化

由表1可知：改良前豫单898母本、父本及其组配的杂交种豫单898，接种南方锈病主效致病生理小种1后病情指数分别为60.6、55.1和58.3；接种南方锈病主效致病生理小种2后病情指数分别为61.8、54.7和60.7；接种南方锈病主效致病生理小种3后病情指数分别为62.6、53.0和59.1。改良后再次接种相同的生理小种，亲本及杂交组合病情指数均呈下降趋势，且下降幅度较大，达2~3倍。分析接种鉴定结果发现，改良后的豫单898能够有效抵抗南方锈病不同主效致病生理小种的危害。

实施例2

本实施例为提高玉米杂交种YD807抗南方锈病的具体实施步骤如下：

为使玉米单交种YD807抗南方锈病，利用含南方锈病抗性基因的自交系，通过回交转育提高其两个亲本对南方锈病的抗性，使双亲分别含有不同的抗南方锈病基因，而其他性状与改良前亲本一致。对改良后双亲授粉杂交，选育含以上两个不同抗病基因的杂交组合，以使YD807抗南方锈病。

具体操作方法与实施例1的豫单898的改良方法相似：

（1）由于YD807与豫单898父本一样，因此改良后的豫单898父本即为YD807的父本。

（2）在对YD807母本进行改良时，以含有另一个抗南方锈病基因qSCR4.01的自交系CIMBL83为供体亲本，与杂交种YD807的母本T7512杂交，再通过回交转育使YD807的母本含有另一个抗南方锈病的基因，进一步提高杂交种YD807对南方锈病的抗性。CIMBL83与T7512第一次杂交后，得F1，此时F1含有抗南方锈病基因qSCR4.01。

（3）将F1与杂交种YD807的母本T7512回交，得回交后代，通过检测该基因的分子标记，使含有该基因的回交后代继续与杂交种YD807的母本T7512回交，再次得回交后代，同样的标准进行分子标记检测。连续回交4代，每次回交均用含该基因分子标记的上一次回交后代进行与母本杂交，4代后得到稳定的含有该抗南方锈病基因的自交系，其他性状不变，这样即完成了对杂交种YD807母本的改良。

（4）将改良后的父母本杂交，得到同时含有以上两个抗南方锈病基因的杂交组合，以抵抗防御致玉米南方锈病的一个或多个生理小种。为检测杂交组合实际的抗南方锈病效果，对其进行抗南方锈病鉴定。鉴定及调查方法同实施例1。

表2 YD807及其亲本改良前后苗期接种不同南方锈病致病小种后病情指数变化

由表2可知：改良前YD807母本及其组配的杂交种YD807，接种南方锈病主效致病生理小种1后病情指数分别为64.9和62.9；接种南方锈病主效致病生理小种2后病情指数分别为68.2和66.1；接种南方锈病主效致病生理小种3后病情指数分别为58.6和59.7。改良后再次接种相同的生理小种，亲本及杂交组合病情指数均呈下降趋势，且下降幅度较大，达2.2~4.2倍。根据以上分析发现，改良后的YD807能够有效抵抗南方锈病不同主效致病生理小种的危害。YD807改良前后遇南方锈病自然发病年份后的大田表现如图2。

实施例3

本实施例的提高玉米杂交种豫单1881抗南方锈病的具体实施步骤如下：

为使玉米单交种豫单1881抗南方锈病，利用含南方锈病抗性基因RppC和qSCR4.01的自交系，通过回交转育提高其两个亲本对南方锈病的抗性，使双亲分别含有不同的抗南方锈病基因，以抵抗不同的南方锈病致病生理小种，而其他性状与改良前亲本一致。对改良后双亲授粉杂交，选育含以上两个不同抗病基因的杂交组合，以提高豫单1881对南方锈病的抗病性。

具体操作方法为：

（1）用含抗南方锈病基因RppC的自交系T1932为供体亲本，与玉米杂交种豫单1881的父本HX113杂交，得到F1，此时F1含有抗南方锈病基因RppC。

（2）将F1与杂交种豫单1881的父本HX113回交，得回交后代，通过检测该基因的分子标记，使含有该基因的回交后代继续与杂交种豫单1881的父本HX113回交，得回交后代，同样的方法进行分子标记检测。连续回交4代，每次回交均用含该基因分子标记的上一次回交后代进行与父本杂交，4代后得到稳定的含有该抗南方锈病基因的自交系，其他性状不变，这样即完成了对杂交种豫单1881父本的改良。

（3）同样的方法，以含有另一个抗南方锈病基因qSCR4.01的自交系CIMBL83为供体亲本，与杂交种豫单1881的母本L719杂交，再通过回交转育使豫单1881的母本含有另一个抗南方锈病的基因，进一步提高杂交种豫单1881对南方锈病的抗性。CIMBL83与L719第一次杂交后，得F1，此时F1含有抗南方锈病基因qSCR4.01。

（4）将F1与杂交种豫单1881的母本L719回交，得回交后代，通过检测该基因的分子标记，使含有该基因的回交后代继续与杂交种豫单1881的母本L719回交，再次得回交后代，同样的标准进行分子标记检测。连续回交4代，每次回交均用含该基因分子标记的上一次回交后代进行与母本杂交，4代后得到稳定的含有该抗南方锈病基因的自交系，其他性状不变，这样即完成了对杂交种豫单1881母本的改良。

（5）将改良后的父母本杂交，得到同时含有以上两个抗南方锈病基因的杂交组合，以抵抗防御致玉米南方锈病的一个或多个生理小种。为检测杂交组合实际的抗南方锈病效果，对其进行抗南方锈病鉴定。具体接种及鉴定方法同实施例1。

表3 豫单1881及其亲本改良前后苗期接种不同南方锈病致病小种后病情指数变化

由表3可知：改良前豫单1881母本、父本及其组配的杂交种豫单1881，接种南方锈病主效致病生理小种1后病情指数分别为62.3、77.9和66.0；接种南方锈病主效致病生理小种2后病情指数分别为70.9、72.4和56.9；接种南方锈病主效致病生理小种3后病情指数分别为72.4、59.7和60.8。改良后再次接种相同的生理小种，亲本及杂交组合病情指数均呈下降趋势，且下降幅度较大，达2.3~3.8倍。分析鉴定结果发现，改良后的豫单1881能够有效抵抗南方锈病不同主效致病生理小种的危害。豫单1881改良前后遇南方锈病自然发病年份后的大田表现如图3。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.通过多因增抗提高玉米杂交种抗南方锈病的改良方法，其特征在于，步骤为：

（1）以含有抗南方锈病基因RppC的自交系为供体亲本，与待提高南方锈病抗性的玉米杂交种的父本进行杂交，得父-F1；

（2）步骤（1）的父本与父-F1回交，对回交后代经分子标记检测，将含有抗南方锈病基因RppC的回交后代继续与步骤（1）的父本回交，连续回交多代，直至回交后的回交后代除含有抗南方锈病基因RppC外，其他性状和基因型与原父本相同，得到改良父本；

（3）以含抗南方锈病基因qSCR4.01的自交系为供体亲本，与待提高南方锈病抗性的玉米杂交种的母本进行杂交，得母-F1；

（4）步骤（3）的母本与母-F1回交，对回交后代经分子标记检测，将含有抗南方锈病基因qSCR4.01的回交后代继续与步骤（3）的母本回交，连续回交多代，直至回交后的回交后代除含有抗南方锈病基因qSCR4.01外，其他性状和基因型与原母本相同，得到改良母本；

（5）改良父本与改良母本再杂交，得到同时含有抗南方锈病基因RppC和基因qSCR4.01的杂交组合，获得抵御多个玉米南方锈病主效致病生理小种的玉米杂交种；

所述步骤（4）中分子标记检测采用的引物对序列如SEQ ID No.3和SEQ ID No.4所示；

所述含有抗南方锈病基因RppC的自交系为自交系T1932；含抗南方锈病基因qSCR4.01的自交系为自交系CIMBL83。

2.根据权利要求1所述的通过多因增抗提高玉米杂交种抗南方锈病的改良方法，其特征在于：所述步骤（2）中分子标记检测采用的引物对序列如SEQ ID No.1和SEQ ID No.2所示。

3.根据权利要求2所述的通过多因增抗提高玉米杂交种抗南方锈病的改良方法，其特征在于：所述步骤（2）中回交多代具体为4-5代，直至回交后代稳定含有抗南方锈病基因RppC。

4.根据权利要求3所述的通过多因增抗提高玉米杂交种抗南方锈病的改良方法，其特征在于：所述步骤（4）中回交多代具体为4-5代，直至回交后代稳定含有抗南方锈病基因qSCR4.01。