一种植物隐性基因控制遗传性状的回交转育方法

1.本发明属于植物杂交育种技术领域，具体涉及一种植物隐性基因控制遗传性状的回交转育方法。


背景技术：

2.回交转育是杂交育种的一种特殊方式。当甲品种(品系)具有综合性状优良，但个别性状有缺陷；而乙品种(品系)刚好具有甲品种(品系)所欠缺的优良性状。通过乙品种(品系)与甲品种(品系)杂交，f1及后代利用甲品种(品系)进行多次回交和选择，甲品种(品系)原有的优良性状通过回交而恢复，同时导入了原来欠缺的优良性状，获得了对甲品种(品系)改良型的新品种(品系)，该种方法称为回交转育法。甲品种(品系)称为轮回亲本或受体亲本，乙品种(品系)称为非轮回亲体或供体亲本。
3.现有的技术中，导入的性状是由隐性基因控制时，一种方法是将杂交一代自交后代中选择隐性基因纯合表现型的单株回交，然后再自交-回交，具体程序如图所示；另一种方法是在杂交一代后回交一代，利用与隐性基因连锁的分子标记辅助选择回交一代后代中带有隐性基因的杂合态单株回交，具体程序如图1、图2所示。
4.在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题中的一个问题：
5.1、现有回交转育过程中，需要多次回交和自交交替进行，转育进程序缓慢，培育新品种(品系)周期长；
6.2、现有回交转育过程中，杂交一代自交产生分离群体，在此过程序中轮回亲本的遗传背景必然会发生遗传重组，影响回交后代遗传背景的恢复率；
7.3、现有回交转育过程中，需要借助分子标记进行选择，分子标记开发周期长，技术难度大，成本高。


技术实现要素：

8.为了解决上述技术问题，本发明提供一种植物隐性基因控制遗传性状的回交转育方法，仅适用于隐性基因控制性状的植物新品种(品系)的选育。
9.本发明是这样实现的，提供一种植物隐性基因控制遗传性状的回交转育方法，以甲品种/品系为受体亲本，以具有隐性基因控制遗传性状的乙品种/品系为供体亲本，通过乙品种/品系与甲品种/品系杂交，f1及后代用甲品种/品系进行多次回交和选择，本方法还包括所述后代中的每一回交世代在开花期通过二次授粉，结合考查后代群体目标性状分离情况筛选出具有隐性性状的植株的步骤。
10.优选地，具体包括如下步骤：
11.1)乙品种/品系与甲品种/品系杂交获得杂交后代f1；
12.2)将杂交后代f1与甲品种/品系回交，获得第一回交群体bc1f1；
13.3)将第一回交群体bc1f1开花期吐丝后首先自交授粉，所获群体称为第一自交群体s1；相隔3-5天后利用甲品种/品系花粉进行二次杂交授粉，所获群体称为第二回交群体
bc2f1，收获时将同一植株上的第一自交群体s1和第二回交群体bc2f1分别单独保存备用；
14.4)将所述第一自交群体s1和第二回交群体bc2f1同时进行常规种植，在隐性性状表现期对第一自交群体s1进行考查，选择出现隐性基因控制的目标性状的第一自交群体s1相对应的第二回交群体bc2f1在开花期吐丝后首先自交授粉，所获群体称为第二自交群体s2；相隔3-5天后利用甲品种/品系花粉进行二次杂交授粉，所获群体称为第三回交群体bc3f1；
15.5)将所述第二自交群体s2和第三回交群体bc3f1同时进行常规种植，在隐性性状表现期对第二自交群体s2进行考查，选择出现隐性基因控制的目标性状的第二自交群体s2相对应的第三回交群体bc3f1在开花期吐丝后首先自交授粉，所获群体称为第三自交群体s3；相隔3-5天后利用甲品种/品系花粉进行二次杂交授粉，所获群体称为第四回交群体bc4f1；
16.6)将所述第三自交群体s3和第四回交群体bc4f1同时进行常规种植，在隐性性状表现期对第三自交群体s3进行考查，选择出现隐性基因控制的目标性状的第三自交群体s3相对应的第四回交群体bc4f1在开花期吐丝后进行自交授粉，获得第四回交自交二代群体bc4f2；
17.7)将所述第四回交自交群体bc4f2常规种植，在隐性性状表现期进行考查，选择出现隐性基因控制目标性状的单株进行自交授粉，获得作为新品种/品系的第四回交自交三代群体bc4f3，新品种在甲品种/品系原有优良性状的基础上，获得了由乙品种/品系提供的由隐性基因控制的目标性状。
18.进一步优选，所述开花期为散粉吐丝期。
19.进一步优选，所述甲品种/品系和乙品种/品系均为玉米自交系。
20.进一步优选，所述隐性基因为玉米脆秆基因。
21.进一步优选，所述步骤3)具体为：将所述第一回交群体bc1f1同时自交、回交，在开花期前从不同第一自交群体s1中筛选出呈现脆秆性状所对应的第二回交群体bc2f1。
22.进一步优选，具体步骤如下：
23.1)以玉米非脆秆的甲品种/品系为受体亲本，以携带脆秆基因的乙品种/品系为供体亲本，经过杂交获得杂交后代f1；
24.2)种植20株杂交后代f1，与甲品种/品系回交，获得第一回交群体bc1f1；
25.3)种植20株第一回交群体bc1f1，自交，获得第一自交群体s1；同时对应单株在自交授粉后3-5天与甲品种/品系回交，获得第二回交群体bc2f1，收获时将同一单株上的第一自交群体s1和第二回交群体bc2f1分别单独保存备用；
26.4)将所述第一自交群体s1和第二回交群体bc2f1同时各种植20株，在脆秆性状表现期对第一自交群体s1进行考查，选择出现脆秆性状的第一自交群体s1相对应的第二回交群体bc2f1在开花期吐丝后首先自交授粉，所获群体称为第二自交群体s2；相隔3-5天后利用甲品种/品系花粉进行二次杂交授粉，所获群体称为第三回交群体bc3f1；
27.5)将所述第二自交群体s2和第三回交群体bc3f1同时各种植20株，在脆秆性状表现期对第二自交群体s2进行考查，选择出现脆秆性状第二自交群体s2相对应的第三回交群体bc3f1在开花期吐丝后首先自交授粉，所获群体称为第三自交群体s3；相隔3-5天后利用甲品种/品系花粉进行二次杂交授粉，所获群体称为第四回交群体bc4f1；
28.6)将所述第三自交群体s3和第四回交群体bc4f1同时进行常规种植，在脆秆性状表现期对第三自交群体s3进行考查，选择出现脆秆性状的第三自交群体s3相对应的第四回交
群体bc4f1在开花期吐丝后进行自交授粉，获得第四回交自交二代群体bc4f2；
29.7)将所述第四回交自交群体bc4f2常规种植，在脆秆性状表现期进行考查，选择出现脆秆性状的单株进行自交授粉，获得作为新品种/品系的第四回交自交三代群体bc4f3，新品种在甲品种/品系原有优良性状的基础上，获得了由乙品种品系提供的由隐性基因控制的脆秆性状。
30.进一步优选，将所述第四回交群体bc4f1自交，选择呈现隐性基因控制性状的单株再次自交，即可得到基因型为纯合的隐性基因控制性状的新品种/品系。
31.与现有技术相比，本发明的优点在于：
32.a)本发明在同一世代同时进行回交自交，不需要单独自交晋代，缩短了新品种(品系)的培育周期；
33.b)本发明回交世代无需自交晋代，避免了轮回亲本由于遗传重组发生的交换而对背景恢复率的影响；
34.c)本发明无需分子标记开发，节省大量人力物力；
35.d)本发明可以适用于任何由隐性基因控制性状的植物回交转育；
36.e)本发明不仅可以用于单基因，也适用于多隐性基因控制的遗传性状改良。
附图说明
37.图1为现有常规回交转育技术中输出性状是隐性时的回交转育程序图；
38.图2为现有利用分子标记辅助回交转育技术中输出性状是隐性时的回交转育程序图；
39.图3是本发明隐性基因控制性状的回交转育程序图。
具体实施方式
40.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都有属于本发明保护的范畴。因此，以下对本发明的实施方式的详细描述并非在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
41.现在技术中，目标性状是隐性基因控制时的回交程序如图1所示，甲品种(品系)(aa)与乙品种(品系)(aa)经过杂交，得到杂交后代f1(aa)，种植20株f1第一次自交后得到f2(1aa:2aa:1aa)，种植100株f2，选择具有aa基因型的单株与甲品种(品系)(aa)第一回交，得到bc1f1(aa)；种植20株bc1f1(aa)第二次自交得到bc1f2(1aa:2aa:1aa)；种植100株bc1f2，选择具有aa基因型的单株与甲品种(品系)(aa)第二回交，得到bc2f1(aa)，种植20株bc2f1第三交自交后得到bc2f2(1aa:2aa:1aa)；种植100株bc2f2，选择具有aa基因型的单株与甲品种(品系)(aa)第三回交，得到bc3f1(aa)；种植20株bc3f1(aa)第四次自交得到bc3f2(1aa:2aa:1aa)；种植100株bc3f2，选择具有aa基因型的单株与甲品种(品系)(aa)第四回交，得到bc4f1(aa)。在回交株bc4f1(aa)自交后代中，筛选出纯合隐性性状植株，其它基因型基本上恢复为甲品种(品系)的植株。从f1到bc4f1，经历8个完整的植物生长周期，并且在杂交f1到自交自
交f2过程中，轮回亲本的其他遗传背景也会发生基因重组，势必影响到轮回亲本的遗传背景的恢复率。
42.现在技术中，目标性状是隐性基因控制时的回交程序如图2所示，甲品种(品系)(aa)与乙品种(品系)(aa)经过杂交，得到杂交后代f1(aa),种植20株f1，利用甲品种(品系)(aa)进行第一次回交得到bc1f1(1aa:1aa)，利用与隐性基因连锁的分子标记对bc1f1进行筛选，选择具有aa基因型的单株与甲品种(品系)(aa)第二次回交得到bc2f1(1aa:1aa)；结合分子标记辅助选择，经过连续4次回交，得到bc4f1(aa)。在回交株bc4f1(aa)自交后代中，筛选出纯合隐性性状植株，其它基因型基本上恢复为甲品种(品系)的植株。分子标记开发周期长，技术难度大，成本高。
43.本实施举例提供的隐性基因控制性状的回交转育方法，以甲品种(品系)为受体亲本，以具有隐性基因控制遗传性状的乙品种(品系)为供体亲本，通过乙品种(品系)与甲品种(品系)杂交，f1有后代再用甲品种(品系)进行多次回交和自交鉴定选择，包括所述后代中的每个回交世代在开花期通过二次授粉，结合考查后代群体性状分离筛选出具有隐性基因控制性状的植株的步骤。本实施举例提供的隐性基因控制性状的回交转育方法回交程序如图3所示，具体来说，步骤如下：
44.1)乙品种(品系)与甲品种(品系)杂交获得杂交后代f1；
45.2)将所述f1与甲品种(品系)回交，获得第一回交群体bc1f1；
46.3)将第一回交群体开花期吐丝后首先自交授粉，所获群体称为第一自交群体s1；相隔3-5天后利用甲品种(品系)花粉进行二次杂交授粉，所获群体称为第二回交群体bc2f1。收获时将同一植株上的第一自交群体和第二回交群体分别单独保存备用。
47.4)将所述第一自交群体和第二回交群体同时进行常规种植，在隐性性状表现期对第一自交群体进行考查，选择出现隐性基因控制的目标性状的第一自交群体相对应的第二回交群体在开花期吐丝后首先自交授粉，所获群体称为第二自交群体s2；相隔3-5天后利用甲品种(品系)花粉进行二次杂交授粉，所获群体称为第三回交群体bc3f1。
48.5)将所述第二自交群体和第三回交群体同时进行常规种植，在隐性性状表现期对第二自交群体进行考查，选择出现隐性基因控制的目标性状的第二自交群体相对应的第三回交群体在开花期吐丝后首先自交授粉，所获群体称为第三自交群体s3；相隔3-5天后利用甲品种(品系)花粉进行二次杂交授粉，所获群体称为第四回交群体bc4f1。
49.6)将所述第三自交群体和第四回交群体同时进行常规种植，在隐性性状表现期对第三自交群体s3进行考查，选择出现隐性基因控制的目标性状的第三自交群体s3相对应的第四回交群体bc4f1在开花期吐丝后进行自交授粉，获得第四回交自交二代群体bc4f2。
50.7)将所述第四回交自交群体常规种植，在隐性性状表现期进行考查，选择出现隐性基因控制目标性状的单株进行自交授粉，获得作为新品种(品系)的第四回交自交三代群体bc4f3。新品种在甲品种(品系)原有优良性状的基础上，获得了由乙品种(品系)提供的由隐性基因控制的目标性状。
51.发明人发现，对于隐性基因控制的遗传性状，只需要在回交时进行自交选择，不需要单独自交晋代，大大缩短了新品种(品系)的培育周期，而且避免了由于自交晋代发生遗传重组交换而对轮回亲本背景恢复率的影响。本发明无需分子标记开发，可以节省大量人力物力。例如玉米的脆秆基因作为隐性单基因控制玉米脆秆性状的表达，当玉米脆秆基因
为隐性纯合时，其植株从6叶期后表现为茎秆和叶片脆性。本发明中当在植株6叶期后可通过调查自交群体中是否出现脆秆的表现型来确定回交群体是否用来继续回交(自交)晋代。选择在自交群体中呈现出脆秆性状植株的对应回交群体进行回交(自交)。
52.参见图3，以玉米为例，在实施举例中，回交转育过程中，采用对回交群体同时进行自交和杂交二次授粉，通过考查自交群体目标性状是否发生分离来选择回交群体进行回交转育，具体过程为：
53.1)以玉米表现无脆秆性状的甲品种(品系)为受体亲本，基因型为aa；以携带脆秆基因的乙品种(品系)为供体亲本，基因型为aa；经过杂交获得杂交一代f1(基因型为aa)；杂交一代f
1 50％的基因来自甲品种(品系)。
54.2)种植20株杂交一代f1，与甲品种(品系)回交，获得第一回交群体bc1f1，其基因型为aa和aa。第一回交群体bc1f
1 75％的基因来自于甲品种(品系)。
55.3)种植20株第一回交群体bc1f1(aa:aa)，开花期吐丝后首先自交授粉，所获群体称为第一自交群体s1，第一自交群体s1的基因型为aa或1aa:2aa:1aa；相隔3-5天后利用甲品种(品系)花粉对第一回交群体bc1f1(aa:aa)进行二次杂交授粉，所获群体称为第二回交群体bc2f1,其基因型为aa或1aa:1aa，收获时将同一植株上的第一自交群体和第二回交群体分别单独保存备用。对于基因型为1aa:1aa的第二回交群体bc2f1，87.5％的基因来自于甲品种(品系)。
56.4)将上述第一自交群体s1(基因型为aa或1aa:2aa:1aa)各种植100株，同时第二回交群体bc2f1(基因型为aa或1aa:1aa)各种植20株。在脆秆性状表现期对第一自交群体s1进行考查，选择出现脆秆性状(理论上为25株)的第一自交群体s1(基因型为1aa:2aa:1aa)相对应的第二回交群体bc2f1(基因型为1aa:1aa)在开花期吐丝后首先自交授粉，所获群体称为第二自交群体s2，第二自交群体s2的基因型为aa或1aa:2aa:1aa；相隔3-5天后利用甲品种(品系)花粉对第二回交群体bc2f1(aa:aa)进行二次杂交授粉，所获群体称为第三回交群体bc3f1，其基因型为aa或1aa:1aa，收获时将同一植株上的第二自交群体和第三回交群体分别单独保存备用。对于基因型为1aa:1aa的第三回交群体bc3f1，93.75％的基因来自于甲品种(品系)。
57.5)将上述第二自交群体s2(基因型为aa或1aa:2aa:1aa)各种植100株，同时第三回交群体bc3f1(基因型为aa或1aa:1aa)各种植20株。在脆秆性状表现期对第二自交群体s2进行考查，选择出现脆秆性状(理论上为25株)的第二自交群体s2(基因型为1aa:2aa:1aa)相对应的第三回交群体bc3f1(基因型为1aa:1aa)在开花期吐丝后首先自交授粉，所获群体称为第三自交群体s3，第三自交群体s3的基因型为aa或1aa:2aa:1aa；相隔3-5天后利用甲品种(品系)花粉对第三回交群体bc3f1(aa:aa)进行二次杂交授粉，所获群体称为第四回交群体bc4f1，其基因型为aa或1aa:1aa，收获时将同一植株上的第三自交群体和第四回交群体分别单独保存备用。对于基因型为1aa:1aa的第四回交群体bc4f1，96.875％的基因来自于甲品种(品系)。
58.6)将上述第三自交群体s3(基因型为aa或1aa:2aa:1aa)各种植100株，同时第四回交群体bc4f1(基因型为aa或1aa:1aa)各种植20株。在脆秆性状表现期对第三自交群体s3进行考查，选择出现脆秆性状(理论上为25株)的第三自交群体s3(基因型为1aa:2aa:1aa)相对应的第四回交群体bc4f1(基因型为1aa:1aa)在开花期吐丝后进行自交授粉，获得bc4f2群
体，其基因型为aa、aa和aa。
59.7)将上述bc4f2群体种植100株，在脆秆性状表现期进行考查，选择出现脆秆性状的单株(基因型为aa)进行自交授粉，获得作为新品种(品系)的bc4f3群体。新品种在甲品种(品系)原有优良性状的基础上，获得了由乙品种(品系)提供的由隐性基因控制的脆秆性状。
60.采用本发明方法，只需要6个世代即可完成回交转育，相比于传统的回交转育方法(10个世代)，节省了40％的时间；相比于分子标记辅助选择的回交转育方法，不仅降低了技术难度，而且节约了分子标记开发筛选所需的成本。
61.本发明方法还适用于其它隐性基因控制的植物品种的杂交育种。例如：由隐性基因控制的矮秆大豆、受两对隐性基因控制的桔黄花色油菜等。