CN1271914C - 分子标记、染色体消失法结合轮回选择的小麦多基因聚合育种方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分子标记、染色体消失法结合轮回选择的小麦多基因聚合育种方法，该方法通过建立太谷核不育群体，不断引入优异亲本，结合分子标记辅助选择，并将选择后的基因型杂合后代利用染色体消失技术加以纯合，最终获得聚合多个目标基因且在遗传上稳定的小麦种质。这种技术克服了小麦轮回选择育种中基因型纯合慢、性状选择效率低的问题，充分发挥生物技术在小麦常规育种中的作用，从而形成一种高效、快速的小麦聚合育种新技术。
Description
技术领域
本发明涉及遗传育种及生物技术领域，尤其是一种以分子标记、染色体消失法培育双单倍体和太谷核不育轮回选择相结合的小麦多基因聚合育种方法。
技术背景
小麦育种的主要任务是将不同来源的优良基因进行重组获得广泛的遗传变异，并筛选出符合育种目标的基因型。常规的有性杂交方法只能将少数小麦亲本的优良基因加以组合，且需要较长的时间才能使基因纯合、性状稳定。如果多个亲本优良性状间进行聚合，则需要更长的时间，即使多基因重组，也很难通过表型变异选育成多基因聚合的株系。太谷核不育(Tal)小麦的发现给小麦多基因聚合提供了可能，它雄性败育彻底、不育性稳定、开放授粉异交结实率高。育种实践表明，由于利用太谷雄性不育基因，多个亲本参加，反复开放授粉杂交、选择，包括单交、三交、四交、多亲本序列杂交和复合杂交等，使众多基因得到大范围的、大规模的、多样化的交流和重组，容易得到遗传基础广泛、性状优良的小麦品种类型。
聚合育种由于涉及亲本数目较多，后代分离复杂，仅靠常规手段在短时间内难以稳定，其优点不能在短期内加以发挥。双二倍体植株的培育可以迅速纯合小麦基因型，加快育种进程。花药培养是获得双二倍体的重要方法之一，在小麦已获得成功，但易受基因影响，且会产生白化苗。Barclay(1975)经过研究，利用小麦品种中国春与H.bulbosumfobl(2n＝2x＝14)的杂交的染色体消失技术高频率获得了单倍体小麦植株。但随后的研究证实，小麦与球茎大麦的杂交亲和性由小麦5B和5A染色体上的显性不亲和基因Kr1和Kr2控制的，这成为利用染色体消失法获得小麦双二倍体的障碍。Laurie和Bennett(1986，1987)用小麦品种中国春和玉米Seneca60杂交后对中期合子的细胞学观察证明，小麦和玉米杂交可形成杂合子并随后发生染色体消失，形成小麦单倍体胚。他们用携带了Kr1和Kr2显性不亲和基因的小麦一玉米杂交同样获得了较高的受精频率，说明Kr基因在小麦与玉米的杂交中是不敏感的。因此小麦与玉米杂交的染色体消失法是获得小麦双单倍体较好途径。
自变异群体中有效地选择出理想的基因型是小麦育种成功与否的另一关键。常规方法多依赖于表型进行选择，易受环境等因素的影响，且时间长、效率低。近年来分子生物学的发展为小麦育种奠定了分子标记辅助选择的基础。小麦是较早开展分子标记研究的作物之一，据统计，至1999年已对36个性状进行了DNA分子标记研究，性状涉及抗病虫、抗逆、品质及农艺性状等。与形态标记相比，基于DNA的遗传标记具有标记量大、准确、不受生长周期影响等优点，从而提高了小麦重要性状特别是由多基因控制的数量性状的选择效率。
发明内容
本发明的目的在于：将分子生物学、细胞工程学的最新研究成果应用于太谷核不育轮回选择育种中，构建一种较快聚合优质、高产和抗病等多个优良性状基因的小麦育种方法。
本发明的目的是这样实现的：选择10～15个具有丰产、优质、抗病不同优良性状的小麦亲本与太谷核不育株杂交，将不育株的后代种子混合组成轮选群体；在轮选群体内通过控制授粉引入生产上综合性状优异的品种，提高群体内优良基因频率；开花前淘汰穗短、茎杆细弱、植株过高等不良可育株；在群体内进行2～3轮互交，提高基因重组水平；根据表型及分子标记进行选择，获得改良杂合可育株；对改良杂合可育株以染色体消失法诱导双单倍体，获得纯合品系。
本发明的优点在于：利用染色体消失法诱导双单倍体技术克服利用太谷核不育轮回选择育种时由于使用亲本较多，后代的分离复杂使其基因型难于在短时间内稳定的不足，且通过分子标记辅助选择提高了优良后代选择的可靠性，从而达到较快地聚合多个育种性状的目的。例如，利用太谷核不育进行小麦轮回选择育种一般在轮回选择第8轮甚至更长的时间后才会使群体明显改良，而在进行2、3轮互交后在群体中即出现了表现优异的品系，若将这些表现优异的品系选出以染色体消失法诱导双单倍体，则可明显减少轮回选择育种的工作量。此外，以分子标记对易受环境影响的如小麦赤霉病抗性等性状进行辅助选择，可进一步提高选择效率、增加选择结果的可靠性和稳定性。
具体实施方式
实施例
1、轮回选择群体的构建：
以扬麦5号、扬麦158、扬麦9号、扬麦10号、扬麦11号、宁麦8号、望水白、苏麦3号、安农8455、安98108、安92484、白火麦、关东107、02y293、Alondra等15个品种为亲本，将各亲本分别与太谷核不育植株杂交，得到杂交种子，将种子播种得到F1代，取出其中的不育株分别与原先选用的各亲本回交1次使轮回父本的遗传组成达到75％，将回交后代的不育株种子等量混合成轮回选择群体。
2、优良亲本的引入及群体内互交：
将目前生产上表现出色的品种或品系，如宁麦9号、扬麦12号、豫麦50、皖麦18、扬00118、宁96048等分别引入轮回选择群体，利用此群体互交3次。轮回选择群体内可育株与不育株之间自由授粉以实现不同基因型植株间的基因重组，根据孟德尔遗传定律互交次数在2和3次时则分别有4种和8种基因型重组体。
3、优良重组体的选择：
开花前剔除穗短、茎杆细弱、植株过高等不良可育株后代，再根据农艺性状记载，淘汰一半以上后代植株，以赤霉病抗性连锁的SSR分子标记以及优质5+10亚基STS分子标记对剩余后代植株进行分子标记筛选，选择出优良重组体(见表1)。
4、染色体消失法诱导双单倍体：
对筛选出的优良重组体进行染色体消失法诱导双单倍体，纯合其基因型，对基因型纯合的植株进行农艺性状、抗性和品质综合鉴定，获得多基因聚合的优良品系，对照品种为大面积推广品种扬麦158(见表2)。
表1：部分聚合优质、抗病、高产等基因优良品系的标记检测结果
| 品系编号 | 赤霉病抗性标记 | 麦谷蛋白5+10亚基 | ||||
| Barc75 | Barc133 | Barc147 | Xgwm533 | Xgwm493 | ||
| E106 | + | - | + | - | - | + |
| E122 | + | + | + | - | + | - |
| E128 | + | - | + | - | - | - |
| E129 | + | - | + | - | - | - |
| E133 | + | - | + | - | - | + |
| E145 | + | + | + | + | + | - |
| E147 | + | + | + | + | + | - |
| E151 | + | - | + | - | - | - |
| E152 | + | - | + | - | - | - |
| E157 | + | - | + | - | - | - |
| E158 | + | - | + | - | - | - |
| E166 | + | - | + | - | - | - |
| 扬158 | + | - | + | - | - | - |
注：+表示该标记存在；-表示该标记不存在。
扬158为对照，大面积推广品种。
表2：聚合优质、抗病、高产等基因优良品系的农艺性状(2003年，南京)
| 品系编号 | 株高(厘米) | 单株有效穗数 | 千粒重(克) | 主穗性状 | 籽粒性状 | 平均产量(公斤/亩) | ||||
| 长度(厘米) | 小穗数 | 粒数 | 粒色 | 角质度 | 饱满度 | |||||
| E106 | 71.6 | 2.2 | 38.2 | 7.4 | 16.1 | 41.8 | 红 | 粉质 | 一般 | 263.0 |
| E122 | 77.7 | 3.9 | 39.7 | 9.3 | 17.1 | 42.3 | 红 | 角质 | 饱满 | 255.5 |
| E128 | 70.4 | 2.4 | 36.6 | 8.6 | 16.1 | 49.0 | 红 | 粉质 | 饱满 | 257.0 |
| E129 | 74.2 | 2.4 | 39.1 | 10.6 | 16.0 | 52.5 | 红 | 半角质 | 饱满 | 269.0 |
| E133 | 67.7 | 2.5 | 38.4 | 8.5 | 15.4 | 37.3 | 红 | 半角质 | 饱满 | 248.0 |
| E145 | 68.3 | 3.9 | 39.5 | 8.3 | 17.4 | 39.0 | 白 | 半角质 | 饱满 | 267.5 |
| E147 | 69.1 | 2.5 | 37.9 | 8.4 | 14.1 | 46.3 | 红 | 粉质 | 饱满 | 281.0 |
| E151 | 70.6 | 3.0 | 38.7 | 6.6 | 13.9 | 38.9 | 红 | 半角质 | 饱满 | 246.0 |
| E152 | 82.4 | 3.9 | 41.5 | 11.1 | 19.4 | 54.2 | 红 | 半角质 | 饱满 | 257.0 |
| E157 | 73.1 | 3.2 | 43.1 | 8.0 | 15.8 | 51.3 | 红 | 粉质 | 饱满 | 290.5 |
| E158 | 74.0 | 3.8 | 43.3 | 8.9 | 17.4 | 52.6 | 白 | 粉质 | 饱满 | 284.0 |
| E166 | 81.3 | 4.1 | 32.5 | 9.8 | 18.6 | 62.6 | 红 | 半角质 | 饱满 | 247.0 |
| 扬158 | 81.9 | 1.9 | 40.3 | 9.6 | 16.4 | 49.1 | 红 | 半角质 | 饱满 | 246.0 |
注：扬158为对照，大面积推广品种。
Claims (5)
1、一种分子标记、染色体消失法结合轮回选择的小麦多基因聚合育种方法，其特征在于：
a)选择包括扬麦5号、扬麦158、扬麦9号、扬麦10号、扬麦11号、宁麦8号、望水白、苏麦3号、安农8455、安98108、安92484、白火麦、关东107、02y293、Alondra中的10～15个小麦亲本与太谷核不育株杂交，将不育株的后代种子混合组成轮选群体；
b)在轮选群体内通过控制授粉引入生产上综合性状优异的品种，提高群体内优良基因频率，生产上综合性状优异的品种包括宁麦9号、扬麦12号、豫麦50、皖麦18、扬00118、宁96048；
c)开花前淘汰穗短、茎杆细弱、植株过高等不良可育株；
d)在群体内进行2～3轮互交，提高基因重组水平；
e)根据表型及分子标记进行选择，获得改良杂合可育株；
f)对改良杂合可育株以染色体消失法诱导双单倍体，获得纯合品系。
2、据权利要求1所述的分子标记、染色体消失法结合轮回选择的小麦多基因聚合育种方法，其特征在于：所述的轮选群体，是将抗病、高产、优质品种分别与太谷不育株杂交，并回交1次，使父本遗传组成占75％，在不育株上收获的回交后代种子分别等量混合而形成的轮回选择群体。
3、根据权利要求1所述的分子标记、染色体消失法结合轮回选择的小麦多基因聚合育种方法，其特征在于：所述的在群体内进行2～3轮互交，是指轮回选择群体内可育株与不育株之间自由授粉以实现不同基因型植株间的基因重组，根据孟德尔遗传定律互交次数在2和3次时则分别有4种和8种基因型重组体。
4、根据权利要求1所述的分子标记、染色体消失法结合轮回选择的小麦多基因聚合育种方法，其特征在于：所述的以表型和分子标记进行选择，是对互交后重组体的选择，分子标记可以是与目标性状连锁或共分离的SSR、或STS标记。
5、根据权利1要求所述的分子标记、染色体消失法结合轮回选择的小麦多基因聚合育种方法，其特征在于：所述的对改良杂合可育株以染色体消失法诱导双单倍体，是将改良可育株材料去雄后，用新鲜玉米花粉授粉之后套袋，在授粉穗的穗下节间注射2、4-D溶液，授粉后14天取回授粉穗，在无菌条件取出幼胚接种在固体培养基上培养成植株，以秋水仙素处理单倍体植株，获得加倍单倍体。
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