植物回交系种群的分子设计育种方法
【专利摘要】本发明涉及一种植物回交系种群的分子设计育种方法，其特征在于将含有不同外源目标基因的供体植物与待改良的受体植物的不同个体进行杂交和与受体亲本回交；根据与目标基因紧密连锁的分子标记进行辅助选择，育成分别含有不同目标基因的稳定回交系；将回交系组成含有多个不同目标基因的回交系种群；按照搭配设计种群时的配比进行回交系种群的种子生产，从而产生商业化的回交系种群产品。本发明将高难度向一个个体聚合众多目标基因的技术，转变为分别将不同基因或少数基因聚合到同一受体的不同的个体，同时进行多个体、少数基因的标记选择导入，实现受体群体具备众多优良目标基因的目的；利用不同个体携带不同目标基因的多样性种群，达到群体水平聚合众多优良基因的效果，具备更好的可持续生产前景。
【专利说明】植物回交系种群的分子设计育种方法
【技术领域】:
[0001]本发明涉及一种植物回交系种群的分子设计育种方法，属于植物分子标记辅助育种和分子设计育种【技术领域】。
【背景技术】:
[0002]分子标记辅助育种是现代分子生物学与育种学相结合的主要技术，能够提高传统育种的效率和目的性，尤其是提高对难以直接观测的复杂农艺性状改良的效率。目前的分子标记辅助育种是指设计出与不同的目标基因紧密连锁的分子标记，通过辅助育种选择的方法，把各种目标基因导入受体的特定个体中，使该受体含有分子标记辅助选择导入的众多目标基因，即通常的基因标记辅助聚合育种。但因为生物体的复杂性，尤其是受基因之间的连锁关系和重组目标基因的位置效应等影响，导致导入的目标基因越多，难度和表达效果就越难以预料。因此，目前的分子育种主要强调将供体的某个优良基因通过已经获得的分子标记定位信息，合成分子标记，在供体与受体杂交过程中，用分子标记辅助育种，选育出含有供体目标基因，而其他背景性状与原受体没有显著差异的品种，主要用在单个或者少数基因的回交改良计划。实际上改良一个性状至少在杂交后要进行3-7代的回交，并且同时进行分子标记的筛选，才能获得性状得到改良的个体，改良下一个性状又要重新开始杂交和回交过程。因此，实现3个以上基因聚合的难度大、效率低，改良受体的时间至少需要9-21代。当改良完成时，该受体品种可能已经过时，或者已经被新一代品种所取代。因此，把众多目标基因聚合到一个受体单株的周期长、难度大，效率低，其育种效率有局限性。
【发明内容】
:
[0003]为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种植物回交系种群的分子设计育种方法。
`[0004]本发明提供的植物回交系种群的分子设计育种方法，包括如下步骤:
[0005](I)将含有不同外源目标基因的供体植物与待改良的受体植物的不同个体进行杂交；
[0006](2)将经杂交的受体植物个体再与受体植物亲本进行轮回杂交；
[0007](3)根据与目标基因紧密连锁的分子标记进行分子设计辅助选择，育成分别含有不同目标基因的稳定回交系；
[0008](4)根据育种目标搭配设计,将2-100个回交系或者回交系之间杂交的的杂种一代组成含有多个不同目标基因的回交系种群；
[0009](5)按照搭配设计种群时的配比进行回交系种群的种子生产，从而产生商业化的回交系种群产品。
[0010]所述的受体植物为自花授粉植物、异花授粉植物、常异花授粉植物或无性繁殖植物。
[0011]所述的供体植物为能够与受体植物进行杂交的植物。[0012]所述的外源目标基因为能够增加受体植物对生物逆境抗性的基因、能够增加受体植物对非生物逆境抵御能力的基因、能够改善受体植物产量的基因、能够改善受体植物品质特性的基因、能够增加受体植物适应性能力的基因。
[0013]供体植物与受体植物杂交后，回交进行I 一 15次，形成主要农艺性状与轮回亲本相似或者更好的来自供体植物目标基因的稳定回交系。
[0014]供体植物与受体植物杂交及回交后，回交系之间再进行相互杂交，形成杂种一代；或者再进行回交，形成聚合1-10个目标基因的稳定回交系。
[0015]所述的分子设计是将获得的2-100个稳定回交系和或者可繁殖材料和或者回交系通过相互杂交的杂种一代作为组分，再通过种群搭配形成回交系纯系种群和或者杂种一代种群或无性繁殖种群。
[0016]所述的种群搭配是将种群内的各组分进行不同比例的搭配，通过分子标记识别每个组分，并通过统计检验检测种群各组分的配比，从而保证进行精确的种子生产，实现回交系种群种子的商业化。
[0017]本发明与现有的技术相比具有如下有益效果:
[0018]1、本发明将高难度向一个个体聚合众多目标基因的技术，转变为分别将不同基因或少数基因聚合到同一受体的不同的个体，同时进行多个体、少数基因的标记选择导入，再通过同一受体不同目标基因个体间的搭配与组合设计，实现受体群体(即回交系种群)具备众多优良目标基因的目的；利用不同个体携带不同目标基因的多样性(多基因型)种群，达到群体水平聚合众多优良基因的效果，尤其对于抵抗生物逆境提供了水平抗性，也减少对病虫害的选择压，达到缓解病虫害突变的效果，具备更好的可持续生产前景。
[0019]2、本发明以受体植物的多个个体为单位，同时与含有不同标记基因的供体植物杂交，然后进行分子标记辅助选择和背景选择，分别选育出含有多个供体目标基因的多个回交系和/或者回交系间相互杂交再回交，聚合适度数量的目标基因，实现多个性状的同时改良，降低把众多目标基因导入一个单一受体的难度和时间周期，形成2-100个回交系或者回交系间杂交的杂种一代，再用这些回交系或者杂种一代按照一定比例搭配和设计目标基因群体产品，实现组建精确回交系种群品种的目标。在商业化种群产品内，各个组分和种群比例能够通过多个单株取样，进行分子标记检测和统计检验来确定，组分的分子标记呈现纯合体或者杂交一代或者特定的无性系状态。而传统的分子标记辅助聚合育种的产品内就只有一种纯合体基因型，个体间没有任何区别。
[0020]3、在回交进行背景选择的过程中，除标记的目标基因不同外，所有特性均与原受体相同或者比原受体更好，然后按照育种目标的要求，把不同标记基因的回交系搭配，设计成特定的回交系种群，可以获得对不同病虫害和不同生理小种的组合抗性，并保持特定的回交系精确种群。同一受体不同标记基因株系表现型基本相同，仅仅是标记基因对象不同，因此，可以将含有不同标记基因的株系按照一定比例搭配组成精确的商业种群，进入生产环节，从而减缓品种对病虫害的特异性选择压，延缓品种抗性基因对病虫害的致突变，延长品种使用寿命，提高分子标记辅助育种的效率，实现种群内个体间分子设计育种，即多(基因)回交系种群分子设计育种。
[0021]供体可以来自任何具备目标基因表现型的材料，并且具备与该基因连锁的分子标记，或者能够通过分子标记定位方法找到该基因的连锁分子标记的材料或者来自目标基因的转基因后代材料。
【具体实施方式】:
[0022]下面结合具体实施例，对本发明作进一步说明。
[0023]实施例1:
[0024]以自花授粉作物水稻为例，品种‘粤秀占’为受体，用6个受体单株分别与含有抗稻瘟病基因P1-b、P1-55 (t)、抗褐稻虱基因Bphl4、Bph15和抗白叶枯病基因Xa_7、Xa-23的供体杂交，然后分别用‘粤秀占’回交，每次在回交后代中选择导入标记目标基因的个体，而其他性状与‘粤秀占’最相似的个体，并反复多次回交，最后获得分别含Pi_b、P1-55 (t)、Bphl4、Bph15和Xa-7、Xa-23的6个目标基因，其他综合农艺性状与‘粤秀占’相似或者更好的6个稳定目标基因株系，对其进行单独繁殖。
[0025]将含P1-b与P1-55 (t)基因的株系相互杂交，再回交，选出含2个抗稻瘟病基因的双抗瘟株系；将含Bphl4和Bphl5基因的株系相互杂交，再回交，选出含2个抗虫基因的双抗虫株系；将含Xa-7和Xa-23基因的株系相互杂交，再回交，选出含2个抗白叶枯基因的双抗白叶枯株系；将含Bphl4和P1-b基因的株系相互杂交，再回交，选出含抗稻瘟病和抗虫基因的抗病虫株系。
[0026]上述各个基因的分子标记可以选择来自公开资料与目标基因小于10个摩尔根(CM)距离的分子标记。
[0027]表1给出其中的一种或多种来源举例，但不限于这些来源。 [0028]表1，基因供体材料及其标记来源举例
[0029]
【权利要求】
1.植物回交系种群的分子设计育种方法，其特征在于包括如下步骤: (1)将含有不同外源目标基因的供体植物与待改良的受体植物的不同个体进行杂交； (2)将经杂交的受体植物个体再与受体植物亲本进行轮回杂交； (3)根据与目标基因紧密连锁的分子标记进行分子设计辅助选择，育成分别含有不同目标基因的稳定回交系； (4)根据育种目标搭配设计，将2-100个回交系或者回交系之间杂交的的杂种一代组成含有多个不同目标基因的回交系种群； (5)按照搭配设计种群时的配比进行回交系种群的种子生产，从而产生商业化的回交系种群广品。
2.根据权利要求1所述的植物回交系种群的分子设计育种方法，其特征在于所述的受体植物为自花授粉植物、异花授粉植物、常异花授粉植物或无性繁殖植物。
3.根据权利要求1所述的植物回交系种群的分子设计育种方法，其特征在于所述的供体植物为能够与受体植物进行杂交的植物。
4.根据权利要求1所述的植物回交系种群的分子设计育种方法，其特征在于所述的外源目标基因为能够增加受体植物对生物逆境抗性的基因、能够增加受体植物对非生物逆境抵御能力的基因、能够改善受体植物产量的基因、能够改善受体植物品质特性的基因、能够增加受体植物适应性能力的基因。
5.根据权利要求1所述的植物回交系种群的分子设计育种方法，其特征在于供体植物与受体植物杂交后，回交进行I 一 15次，形成主要农艺性状与轮回亲本相似或者更好的来自供体植物目标基因的稳定回交系。
6.根据权利要求5所述的植物`回交系种群的分子设计育种方法，其特征在于供体植物与受体植物杂交及回交后，回交系之间再进行相互杂交，形成杂种一代；或者再进行回交，形成聚合1-10个目标基因的稳定回交系。
7.根据权利要求6所述的植物回交系种群的分子设计育种方法，其特征在于所述的分子设计是将获得的2-100个稳定回交系或者和可繁殖材料和或者回交系通过相互杂交的杂种一代作为组分，再通过种群搭配形成回交系纯系种群和或者杂种一代种群或无性繁殖种群。
8.根据权利要求7所述的植物回交系种群的分子设计育种方法，其特征在于所述的种群搭配是将种群内的各组分进行不同比例的搭配，通过分子标记识别每个组分，并通过统计检验检测种群各组分的配比，从而保证进行精确的种子生产，实现回交系种群种子的商业化。
【文档编号】A01H1/02GK103858747SQ201210523839
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月10日 优先权日:2012年12月10日
【发明者】李晓方, 李华军, 方正武, 李定国, 李志新, 赵福永, 刘志雄 申请人:长江大学, 广州南国农业有限公司