专利名称：利用远缘杂交培育玉米细胞质不育系的方法
技术领域：
本发明属于作物遗传育种技术领域，特别是涉及一种利用远缘杂交培育玉米细胞质不育系的方法。
背景技术：
远缘杂交是不同种、属或亲缘关系更远的物种间所进行的杂交，常用于高等生物的育种。远缘杂交不但可以利用其杂种优势，而且可以促进不同物种的基因渐渗和交流， 从而把不同生物各自的性状结合到一个杂种个体中，培育出新的品种。远缘杂交可分为种间杂交和属间杂交，其中种间杂交如陆地棉X海岛棉、甘蓝型油菜X白菜型油菜、栽培花生X野生花生；属间杂交如玉米X摩擦禾、普通小麦X山羊草，近些年也有报道通过水稻X玉米属间远缘有性杂交将玉米的优良性状或部分染色体片段导入到水稻中，培育超强优势稻新品系。我国的杂交水稻自从利用野败细胞质实现三系配套以来，已取得了举世瞩目的成就，为世界粮食增产作出了巨大贡献。我国杂交稻的播种面积占水稻总播种面积的一半以上。按恢-保的遗传关系，核质互作调控雄性不育的杂交稻大致可分为3类第1类为野败 (WA)型及其恢保关系类似的如矮败型、印水型、D型、冈型和K型等；第2类为红莲型 ’第3 类为包台型。在育成的诸多不育胞质类型中，野败型以其败育彻底，不育性比较稳定、恢复系比较容易培育等特点使用最多，得到大面积的推广。而野败在其不育恢复系基因定位方面也有比较深入的研究，目前已经有对水稻不育恢复基因Rf3和Rf4基因定位的报道。当前我国玉米杂交制种多采用人工抽穗去雄的方法，这种方法耗费大量的劳力和财力，并且效果不佳，稍有不慎，就出现种子纯度不达标的问题，加之去雄抽穗后造成玉米植株营养的损失，进一步影响产量。因此，培育玉米雄性不育系成为玉米杂种优势利用的重要前提。若将玉米杂交组合的母本培育成雄性不育系，人们就可以在大面积制种时省去手工去雄，降低生产成本，提高杂交种种子的质量和产量。目前玉米细胞质雄性不育材料的细胞质分为T、C、S 3个基因类型。早期的玉米雄性不育研究工作主要集中在对T组和S组的雄性不育材料的研究。但在1970年，由于玉米小斑病T小种的专性侵染，T型不育系被迫停止使用。而S、C型胞质作用型的玉米不育系很难找到恢复系，由于不育胞质杂种恢复性较差或恢复不稳定而造成减产的情况也时有发生。这使玉米胞质雄性不育系育种研究放缓了脚步。目前还没有一个相对可以大面积应用的玉米不育系。因此，有必要寻求新的途径培育出可靠的玉米不育系新类型。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用远缘杂交培育玉米细胞质不育系的方法。本发明以水稻和玉米远缘杂交为基础，利用水稻野败不育系与玉米杂交，进而连续回交，通过远缘杂交核置换的方法获得玉米不育系、保持系和恢复系。为玉米胞质不育的培育提供新的方法，可解决玉米传统杂交制种费时、费力和低效的问题。本发明基于如下原理如果一个种内各材料存在某种缺陷而无法满足育种要求，引入其它种或属的有利基因可克服这种缺陷培育出具有优良性状的新品种。此时，远缘杂交无疑是一条可靠的途径。胞质雄性不育系转育是通过亲本间核置换杂交完成的。所谓核置换就是染色体的逐步替换过程，即采用回交的方法，使轮回亲本的染色体逐代替换供体亲本的染色体，每回交一次替换供体亲本一半的染色体，经过连续回交就可将供体亲本的染色体片段大部分替换。不同的物种之间细胞质有一定分化，有些物种具有不育细胞质S (RfRf )，而有些物种则具有核不育基因而细胞质可育N(rfrf)，此时将这两个物种进行杂交并连续回交进行核置换，便可将不育的细胞质和不育核基因结合在一起，获得质核互作的雄性不育系S(rfrf)。本发明采用远缘杂交通过连续回交核置换方法将水稻胞质不育基因导入玉米，使玉米产生败育彻底、稳定遗传的不育系，再经过人工制保，育成保持系，同时经过转育恢复基因到玉米中或利用玉米本身所携带的恢复基因培育恢复系，最终实现三系配套。转育之前需对玉米亲本进行核基因不育或可育的判断。以水稻野败不育为例，水稻野败育性恢复主要由Rf3和Rf4两对主效基因控制，其中以Rf4的效应最高。目前已经有Rf4的精细定位，以及Rf3的定位研究，研究表明它们与某些标记紧密连锁。因此可以利用这些标记检测玉米亲本的核基因育性类型，以确定所采用的方案(方案一或方案二)。另外，水稻和玉米全生育期不同，玉米大约75-145d，水稻大约110-130d。因此水稻和玉米双亲在正常播种情况下有可能开花时间不同，花期不相遇，造成不能按期授粉，杂交失败。这就需要通过调节花期使两亲本花期相遇。最常用的方法是分期播种，一般是将早熟亲本每隔7-10d为一期分期播种。如将水稻按7d为一期分别早播3期，迟播3期，寻求与玉米花期相遇。本发明所提供的一种利用远缘杂交培育玉米细胞质不育系的方法，首先用常规方法对玉米亲本核基因不育或可育进行判断，根据玉米核基因育性类型，分别采用两种方案， 若玉米核遗传物质含有恢复基因，则采用第一种方案；否则采用第二种方案，用分期播种方式使水稻和玉米花期相遇
第一种方案将水稻不育系S (rfrf)配制的杂交种人工去雄，作为母本，以可育的玉米植株N (RfRf)作为父本进行属间杂交，产生的Fl S (Rfrf)为可育植株，人工去雄作为母本，然后与玉米植株N (RfRf)回交，将产生的后代人工去雄作为母本，继续与玉米植株N (RfRf)回交，产生的后代进行自交，淘汰其中的可育植株，将得到的不育植株S (rfrf)与其后得到的保持系杂交，繁殖不育系；用此不育植株S (rfrf)为母本与玉米植株N (RfRf) 杂交，产生的Fl S (Rfrf)自交，自交后代与玉米植株N (RfRf)反交，产生的后代自交，然后用不育植株S (rfrf)测交，若测交种后代出现不育单株，则对应的父本就是保持系，用不育系与其它玉米测交筛选恢复系，实现三系配套；
第二种方案将水稻不育系配制的杂交种Fl S (Rfrf)人工去雄，与玉米可育植株N (rfrf)杂交，产生的后代有一半可育，一半不育，淘汰不育株，可育株人工去雄作为母本，然后与玉米植株N (rfrf) 4次回交，得到的核质接近父本的可育植株S (Rfrf)自交，得到的不育植株为不育系，恢复单株为恢复系；不育系与作为保持系的玉米可育株继续回交，繁殖不育系，将恢复系与其它材料杂交，培育新的恢复系，与不育系配制组合，实现三系配套。由于双亲染色体组成、染色体数目等方面的差异(玉米有20条染色体，水稻有M 条染色体)，需要对经过水稻和玉米连续回交产生的不育系和保持系(第一方案)，不育系和恢复系(第二方案)进行细胞染色显微观察，确定杂种染色体数目为正常玉米染色体数目20 条，检查减数分裂是否正常和不育系败育是否彻底，以及育性是否受环境影响和育性恢复是否完全。
图IA为利用远缘杂交培育玉米细胞质不育系的方法第一种方案流程图； 图IB为利用远缘杂交培育玉米细胞质不育系的方法第二种方案流程图。本发明具有以下优点
1将水稻不育基因导入玉米，获得玉米不育系、相应的保持系和恢复系，实现三系配套，解决了玉米传统育种耗时、费力和低效的问题，同时也为玉米雄性不育的选育、培育玉米新品种提供了科学有效的方法。2若亲本采用水稻野败不育材料，野败型雄性不育系具有败育彻底，不育性稳定、 恢复系容易培育等诸多优点，将其导入玉米，则野败不育系的优点也能在玉米中充分表现， 可以克服目前玉米不育系的缺点。
具体实施例方式利用水稻野败与玉米杂交培育玉米细胞质不育系实施例一
1、选择水稻野败不育系配制的杂交种汕优63Fl S (Rfrf)作为水稻供体，而玉米自交系郑58作为受体；
2、对玉米亲本的不育胞质类型进行判断，用与水稻野败不育恢复基因Rf3和Rf4连锁的标记进行筛选，其中利用冊10338、冊10；353、冊1；344和冊104；35对Rf3进行选择；RM6100 和RM1108对Rf4进行选择，标记参考亓芳丽硕士论文(水稻育性恢复基因的分子标记辅助选择，中国农业科学院，2009年)，通过PCR扩增和电泳检测，判断玉米自交系郑58含有野败不育系的恢复基因；
3、播种时将汕优63按7d为一期分别早播3期和迟播3期，加上正常播期共7期，每期播种30株，达到与玉米花期相遇。待玉米郑58 N (RfRf)开花时，将水稻人工去雄，完成杂交；产生的Fl S (Rfrf)为可育植株，然后与玉米植株郑58 N (RfRf )回交，产生的后代继续与玉米植株郑58 N (RfRf)回交，然后将产生的后代进行自交，得到不育植株S (rfrf), 其它可育植株则被淘汰；此时的不育植株是经过连续回交产生的，核遗传物质已接近父本， 近似玉米，用此不育植株为母本与玉米植株N (RfRf)杂交，产生的Fl S (Rfrf)与玉米植株N(RfRf)反交，产生的后代进行自交，然后用不育株S (rfrf)测交，如果测验种后代出现全部不育，则对应的父本则为保持系N (rfrf)，其它则被淘汰；用不育单株与保持系杂交， 繁殖不育系，保持系自交繁殖保持系。4、选育得到的不育系和相对应的保持系，生长正常。经过细胞染色显微观察，确定其染色体数目20，为正常玉米染色体数目，并且减数分裂正常。其不育系败育彻底，不受环境影响，并且育性恢复完全。5、用不育系作母本，与其它玉米测交，筛选恢复系N (RfRf)，实现三系配套。实施例二1、选择水稻野败不育系配制的杂交种汕优63Fl S (Rfrf)作为水稻供体，而玉米自交系先玉3；35作为受体；
2、用实施例1相同方法，检测判断玉米自交系先玉335不含有野败不育系的恢复基
因；
3、播种时将汕优63按7d为一期分别早播3期和迟播3期，加上正常播期共7期，每期播种30株，达到与玉米花期相遇。待玉米先玉335 N (rfrf)开花时，将水稻不育系配制的杂交种Fl S (Rfrf)人工去雄，与玉米先玉335杂交，产生的后代有一半可育，一半不育，淘汰不育株，可育株人工去雄作为母本，然后与玉米植株N (rfrf) 4次回交，得到的核质接近父本的可育植株S (Rfrf)自交，得到的不育植株为不育系，恢复单株为恢复系；
4、选育得到的不育系和相对应的保持系，生长正常。经过细胞染色显微观察，确定其染色体数目20，为正常玉米染色体数目，并且减数分裂正常。其不育系败育彻底，不受环境影响，并且育性恢复完全。 5、不育系与作为保持系的玉米可育株继续回交，繁殖不育系，将恢复系与其它材料杂交，培育新的恢复系，与不育系配制组合，实现三系配套。
权利要求
1.一种利用远缘杂交培育玉米细胞质不育系的方法，其特征在于，以水稻和玉米远缘杂交为基础，利用水稻野败不育系与玉米杂交，进而连续回交，通过远缘杂交核置换的方法获得玉米不育系、保持系和恢复系。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，首先用常规方法对玉米亲本核基因不育或可育进行判断，根据玉米核基因育性类型，分别采用两种方案，若玉米核遗传物质含有恢复基因，则采用第一种方案；否则采用第二种方案，用分期播种方式使水稻和玉米花期相遇第一种方案将水稻不育系S (rfrf)配制的杂交种人工去雄，作为母本，以可育的玉米植株N (RfRf)作为父本进行属间杂交，产生的Fl S (Rfrf)为可育植株，人工去雄作为母本，然后与玉米植株N (RfRf)回交，将产生的后代人工去雄作为母本，继续与玉米植株N (RfRf)回交，产生的后代进行自交，淘汰其中的可育植株，将得到的不育植株S (rfrf)与其后得到的保持系杂交，繁殖不育系；用此不育植株S (rfrf)为母本与玉米植株N (RfRf) 杂交，产生的Fl S (Rfrf)自交，自交后代与玉米植株N (RfRf)反交，产生的后代自交，然后用不育植株S (rfrf)测交，若测交种后代出现不育单株，则对应的父本就是保持系，用不育系与其它玉米测交筛选恢复系，实现三系配套；第二种方案将水稻不育系配制的杂交种Fl S (Rfrf)人工去雄，与玉米可育植株N (rfrf)杂交，产生的后代有一半可育，一半不育，淘汰不育株，可育株人工去雄作为母本，然后与玉米植株N (rfrf) 4次回交，得到的核质接近父本的可育植株S (Rfrf)自交，得到的不育植株为不育系，恢复单株为恢复系；不育系与作为保持系的玉米可育株继续回交，繁殖不育系，将恢复系与其它材料杂交，培育新的恢复系，与不育系配制组合，实现三系配套。
全文摘要
本发明公开了一种利用远缘杂交培育玉米细胞质不育系的方法，属于作物遗传育种技术领域。本发明打破物种间的界限，利用禾本科作物不同属之间的远缘杂交技术，将水稻细胞质不育基因导入玉米，培育育性彻底且能够稳定遗传的玉米细胞质不育系，并获得相应的保持系和恢复系，实现玉米三系配套。本发明可克服玉米传统制种费力、费时和成本较高的缺点。
文档编号A01H1/04GK102228000SQ20111011861
公开日2011年11月2日 申请日期2011年5月9日 优先权日2011年5月9日
发明者付东辉, 安泽山, 肖美丽 申请人:西南大学