非洲栽培稻细胞质雄性不育系的选育方法
【专利摘要】本发明公开了一种非洲栽培稻细胞质雄性不育系的选育方法，其步骤：首先以非洲栽培稻为母本与普通栽培稻籼稻品种进行远缘杂交，获得种间杂交F1种子；再以种间F1植株为母本与选定的籼稻品种（轮回亲本）进行回交；此后通过连续多代性状选择和核置换回交，获得了遗传稳定的非洲栽培稻细胞质雄性不育系，轮回亲本即为其保持系；通过远缘杂交选育和测交筛选获得强恢复系，实现籼型非洲栽培稻细胞质雄性不育系、保持系和恢复系三系配套。本发明选育的非洲栽培稻细胞质不育系花粉败育彻底、雄性不育性稳定、可恢复性好，适用于三系杂交水稻的种子生产，有利于进一步扩大三系杂交水稻的细胞质遗传多样性，从而避免专化性病害爆发的潜在风险。
【专利说明】非洲栽培稻细胞质雄性不育系的选育方法
【技术领域】
[0001]本发明属于杂交水稻遗传育种领域，更具体涉及一种非洲栽培稻细胞质雄性不育系的选育方法，通过两个栽培稻种间远缘杂交和核置换回交获得新细胞质雄性不育系。
【背景技术】[0002]细胞质雄性不育被广泛应用于商业化作物杂交种子生产。然而，在生产上长期大面积应用相同细胞质的杂交种有可能导致病害的爆发，例如1970年美国大面积推广T型细胞质雄性不育系配制的杂交玉米，由于玉蜀黍平脐螺孢菌(Helminthosporium maydis)T小种的专化性侵染而造成玉米小斑病大流行。因此各种主要农作物细胞质雄性不育系的细胞质来源多样化研究一直受到广泛重视。中国籼型三系杂交稻大面积利用野败型不育细胞质历史长达30余年，近年在生产上虽逐渐增加了新资源细胞质雄性不育系的应用，但籼型三系杂交稻中野败型杂交稻的面积仍最大。长期大面积种植同一类型细胞质的杂交稻存在巨大的潜在风险，因此研究利用新遗传类型的细胞质雄性不育一直受到广泛重视。
[0003]目前生产上利用的水稻细胞质雄性不育系统的细胞质来源包括两个物种，即普通野生稻(Oryza rufipogon)和普通栽培稻(Oryza sativa)。前者如野败型、矮败型、红莲型等，是以普通野生稻为母本与普通栽培稻品种杂交和核置换回交育成的不育系，例如以野生稻雄性不育株为母本，早籼品种珍汕97为父本，进行杂交和核置换回交育成的珍汕97A等野败型不育系，其不育细胞质来源于普通野生稻；后者如R型、D型、印尼水田谷型、K型、BT型等，是以普通栽培稻籼稻或粳稻为母本与籼稻或粳稻父本进行杂交和核置换回交育成不育系，例如以原产西非的普通栽培稻籼型品种R比亚卡为母本，中国矮杆籼稻为父本，经过杂交、复交和核置换回交育成R型朝阳I号A等R型不育系，其不育细胞质来源于普通栽培稻。
[0004]普通栽培稻和非洲栽培稻(Oryza glaberrima)是水稻仅有的两个栽培种，目前全球范围(包括非洲)水稻生产主要是普通栽培稻品种，而非洲栽培稻仅在其原产地西非尚有零星种植。非洲栽培稻有许多特异的优良性状，如耐旱、与杂草竞争力强等。西非水稻研究所通过两个栽培稻的中间杂交培育出非洲新稻(NERICA)，国内外还有一些利用非洲栽培稻进行水稻性状遗传改良的研究，如试图将非洲栽培稻的长柱头、抗病性和杂草竞争力等性状的基因导入普通栽培稻。迄今尚无育成遗传稳定的非洲栽培稻细胞质雄性不育系的报道。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是在于提供一种非洲栽培稻细胞质雄性不育系的选育方法，增加三系杂交水稻的雄性不育细胞质来源的多样性，使细胞质来源由两个物种增加到三个物种，有利于进一步扩大三系杂交水稻的细胞质遗传多样性，避免大规模种植单一细胞质的杂交种爆发专化性侵染病害的潜在风险。非洲稻细胞质雄性不育系的选育方法与一般细胞质雄性不育系选育的主要不同之处在于，该方法需要利用非洲栽培稻种质资源为细胞质供体，需要克服种间远缘杂交的生殖障碍，同时由于两个物种之间存在核基因控制的不亲和性，低世代(B5F1代以前)的不育株系测交难于找到恢复系。本发明选育的非洲栽培稻细胞质不育系的花粉败育彻底、雄性不育性稳定、开花习性好、可恢复性好，适用于三系杂交水稻的种子生产。
[0006]本发明通过以下技术方案得以实现:
[0007]本发明的技术方法以非洲栽培稻为细胞质供体，通过两个栽培稻种之间的种间杂交和核置换回交育成具有非洲栽培稻细胞质的籼型雄性不育系，如非金A和非中A等，使水稻细胞质雄性不育系及三系杂交稻的不育细胞质来源由原有的两个物种增加到三个物种，进一步丰富了细胞质遗传多样性，有利于避免专化性侵染病害爆发的潜在风险。
[0008]非洲栽培稻细胞质雄性不育系的选育方法，首先以热带地区(纟韦度18° 32; 11" N以南，年平均温度25°C左右)短日照季节抽穗的非洲栽培稻为母本人工去雄，以同期抽穗的籼稻品种为父本饱和授粉，获得发育不完全的杂交种子；继后在热带地区短日照季节种植感光性强的种间F1代植株保障正常抽穗，再以雄性不育的种间F1为母本，选择籼稻品种为父本(轮回亲本)进行回交，此后在温带地区(纬度30° 28' 17" N左右，年平均温度16°C左右)和热带地区穿梭育种，经连续多代单株选择和核置换回交至B8F1代以上，获得遗传稳定的非洲栽培稻细胞质雄性不育系。
[0009]一种非洲栽培稻细胞质雄性不育系的选育方法，其步骤如下:
[0010](I)通过大量人工饱和授粉杂交克服非洲栽培稻与普通栽培稻种间远缘杂交的高度不孕性，获得种间F1代种子 :在热带地区(纬度18° 32' 11" N以南，年平均温度25°C左右)的冬-春季种植非洲栽培稻和普通栽培稻籼稻品种等各类亲本材料，以热带地区春季短日照条件下抽穗的非洲栽培稻为母本，温汤去雄(水温45°C，处理时间5min)，以同期抽穗的籼稻品种为父本饱和授粉，杂交配组1000对以上，每组合5个杂交袋，每袋2-3穗。约
1.8%以上的组合可获得F1代种子(不同组合种子数1-40粒，其中90%以上为发育不完全的皱缩干瘪种子，少数种子较为饱满充实);
[0011](2)在温带地区(纬度30° 28' 17" N左右，年平均温度16°C左右)初夏播种上季收获的种间F1代种子，约45%以上组合的种子可发芽成苗，种间杂种F1植株生长旺盛，但在温带地区夏秋相对较长日照的生长季节均不能抽穗；
[0012](3)将种间杂种F1稻蔸移栽到热带地区，再生的种间杂种F1植株在热带地区春季短日照条件下抽穗，所有植株均为雄性不育，以这些不育的种间F1植株为母本与选定的籼稻品种进行回交，获得回交一代(B1F1)种子；
[0013](4)在温带地区种植B1F1代，植株出现性状和育性分离，选择在安全齐穗期前正常抽穗、综合性状较好的不育株为母本，与轮回亲本回交，获得回交二代(B2F1)种子；
[0014](5)继后，分别在热带地区和温带地区种植B2F1及以后的回交世代，在各代均选择综合性状趋近轮回亲本的完全不育株为母本，轮回亲本自交后代株系中的单株为父本，进行成对回交；
[0015](6)通过在热带地区和温带地区穿梭育种，经连续多代单株选择和核置换回交至B8F1代以上，最终育成群体遗传性状稳定的非洲栽培稻细胞质雄性不育系。
[0016](7)通过种间远缘杂交选育和测交筛选获得强恢复系，实现籼型非洲栽培稻细胞质雄性不育系、保持系和恢复系的三系配套。[0017]结合田间试验和分子标记技术(AFLP、SSR)的应用，研究非洲栽培稻细胞质雄性不育及其育性恢复的遗传特异性。
[0018]所述的方法和步骤选育的细胞质雄性不育系为非洲栽培稻细胞质雄性不育系，其花粉败育彻底、雄性不育性稳定、开花习性好、可恢复性好，适用于三系杂交水稻的种子生产；其不同于其他类型细胞质雄性不育系的遗传特征是具有非洲栽培稻的细胞质，可用AFLP分子标记检测鉴定。
[0019]本发明的优点:
[0020](I)非洲栽培稻细胞质雄性不育系进一步丰富了三系杂交水稻不育系的细胞质来源，推广应用非洲栽培稻细胞质雄性不育系组配的杂交稻品种，有利于避免三系杂交水稻细胞质来源单一化的潜在风险；
[0021](2)非洲栽培稻细胞质雄性不育系的败育花粉为典败类型，花粉败育时期早，雄性不育性稳定(1000株以上群体不育株率100%，自交结实率为O);有利于保障杂交稻制种的种子纯度；
[0022](3)非洲栽培稻细胞质源雄性不育系与其他同核异质不育系相比，柱头外露率较高(高达84.2%)，抽穗包颈度 较轻(低至1.83%)，开花习性较好，有利于提高杂交稻制种的种子产量；
[0023](4)非洲栽培稻细胞质雄性不育系与野败型等孢子体雄性不育系的恢保关系一致，可共享恢复系，有利于选配强优势杂交组合，也便于其在杂交水稻种子生产中的应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为一种AFLP分析获得的非洲栽培稻细胞质雄性不育系特异引物示意图。
[0025]图2为一种非洲栽培稻细胞质雄性不育恢复基因的SSR标记多态性示意图。
[0026]1-10为可育单株，11为可育池，12为父本，13为母本，14为不育池，15-24为不育单株。
【具体实施方式】
[0027]实施例1:
[0028]一种非洲栽培稻细胞质雄性不育系的选育方法，其步骤如下:
[0029](1) 2005年3月以在热带地区(海南陵水)短日照季节抽穗的19个非洲栽培稻作为母本，温汤去雄(水温45°C，处理时间5min)，以138个籼稻品种为父本进行人工饱和授粉杂交，共完成种间杂交配组约1200对，每组合5个杂交袋，每袋2-3穗。从其中9个非洲栽培稻品系与16个籼稻品种杂交的22个组合中获得了 F1代种子(不同组合种子数1-40粒，其中90%以上为发育不完全的皱缩干瘪种子，少数种子较为饱满充实)；
[0030](2)2005年5月在温带地区(武汉)播种22个种间杂交组合F1代种子，其中10个组合的种子发芽成苗，种间杂种F1植株生长旺盛，但在温带地区夏秋相对较长日照的生长季节均不能抽穗；
[0031](3) 2005年11月将10个组合的F1稻蔸移栽到热带地区，再生F1植株2006年春短日照条件下抽穗，均为雄性不育，以其中4个种间组合(母本分别为4个非洲栽培稻品系RAM3、RAM54、RAMl31和RAM152，请见遗传资源表)F1不育植株为母本与选定的籼稻品种进行回交，获得回交一代(B1F1)种子；
[0032](4) 2006年夏，在温带地区种植B1F1代，植株出现性状和育性分离，选择在安全齐穗期前正常抽穗、综合性状较好的不育株为母本，与轮回亲本回交，获得回交二代(B2F1)种子;
[0033](5)继后，2007年至2011年，分别在热带地区和温带地区种植B2F1及以后世代，在各回交代均选择综合性状趋近轮回亲本的完全不育株为母本，轮回亲本自交后代株系中的单株为父本，成对回交；
[0034](6)通过在热带地区和温带地区穿梭育种，经连续多代单株选择和核置换回交，育成群体遗传性状稳定的非洲栽培稻细胞质雄性不育系(2012年已至BC12F1代)，轮回亲本即为其保持系；
[0035](7)籼型非洲栽培稻细胞质雄性不育系花粉败育彻底、雄性不育性稳定、开花习性好、可恢复性好；通过种间远缘杂交选育和测交筛选获得强恢复系，实现不育系、保持系和恢复系的三系配套。
[0036]实施例2:
[0037]—种非洲栽培稻细胞质雄性不育系遗传特性的考察方法，其步骤如下:
[0038]1、非洲栽培稻细胞质雄性不育系的恢保关系测定:
[0039]通过恢保关系的测定，确定非洲栽培稻细胞质雄性不育系非金A和非中A的恢保关系和遗传类型。分别选用22个父本(保持系、恢复系、常规品种和非洲栽培稻基因渗入系)与野败型、印尼水田谷型、红莲型和非洲栽培稻细胞质不育系进行杂交，其恢保关系测定结果如表1所示。对获得的杂种·F1代进行育性调查，结果表明非洲栽培稻细胞质雄性不育系与属于孢子体雄性不育的野败型和印尼水田谷型不育系的恢保关系一致，而与属于配子体雄性不育的红莲型不育系的恢保关系不同。
[0040]表2非洲栽培稻细胞质雄性不育系的恢保关系鉴定.非洲栽培稻质
野畋型印尼水田谷型红莲型源
父本 -
金23 珍汕97 中9 11-32非金非中
AAAA 粤泰 A A A
[0041]-
2.3B SS S S PF S S
保珍汕97
持
系 B S S S S PF S S
中 9BSS SS PF SS
【权利要求】
1.一种非洲栽培稻细胞质雄性不育系的选育方法，其步骤是: (1)通过人工饱和授粉杂交克服非洲栽培稻与普通栽培稻种间远缘杂交的高度不孕性，获得种间Fl代种子:以热带地区春季短日照条件下抽穗的非洲栽培稻为母本，温汤去雄:水温45°C，处理时间5min，以同期抽穗的籼稻品种为父本饱和授粉，杂交配组1000对，每组合5个杂交袋，每袋2-3穗，1.8%以上的组合可获得Fl代种子； (2)在温带地区初夏播种上季收获的种间Fl代种子，45%组合的种子发芽成苗，种间杂种Fl植株营养生长旺盛，在温带地区夏秋相对较长日照的生长季节均不能抽穗； (3)将种间杂种Fl稻蔸移栽到热带地区，再生的种间杂种Fl植株在热带地区春季短日照条件下抽穗，所有植株均为雄性不育，以不育的种间Fl植株为母本与籼稻品种父本进行回交，获得回交一代BlFl种子； (4)在温带地区种植BlFl代，植株出现性状和育性分离，选择在安全齐穗期前正常抽穗、综合性状好的不育株为母本，与轮回亲本回交，获得回交二代B2F1种子； (5)继后，分别在热带地区和温带地区种植B2F1及以后的回交世代，在各回交代均选择综合性状趋近轮回 亲本的不育株为母本，轮回亲本自交后代株系中的单株为父本，成对回交； (6)通过在热带地区和温带地区穿梭育种，经连续多代单株选择和核置换回交至B8F1代以上，育成群体遗传性状稳定的非洲栽培稻细胞质雄性不育系； (7)通过种间远缘杂交选育和测交筛选获得强恢复系，实现籼型非洲栽培稻细胞质雄性不育系、保持系和恢复系三系配套。
【文档编号】A01H1/04GK103704124SQ201210379358
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年9月29日 优先权日:2012年9月29日
【发明者】靳德明, 黄锋, 付习, 陈强 申请人:华中农业大学