植物回交系種群的分子設計育種方法
2023-08-03 15:47:06 2
植物回交系種群的分子設計育種方法
【專利摘要】本發明涉及一種植物回交系種群的分子設計育種方法，其特徵在於將含有不同外源目標基因的供體植物與待改良的受體植物的不同個體進行雜交和與受體親本回交；根據與目標基因緊密連鎖的分子標記進行輔助選擇，育成分別含有不同目標基因的穩定回交系；將回交系組成含有多個不同目標基因的回交系種群；按照搭配設計種群時的配比進行回交系種群的種子生產，從而產生商業化的回交系種群產品。本發明將高難度向一個個體聚合眾多目標基因的技術，轉變為分別將不同基因或少數基因聚合到同一受體的不同的個體，同時進行多個體、少數基因的標記選擇導入，實現受體群體具備眾多優良目標基因的目的；利用不同個體攜帶不同目標基因的多樣性種群，達到群體水平聚合眾多優良基因的效果，具備更好的可持續生產前景。
【專利說明】植物回交系種群的分子設計育種方法
【技術領域】:
[0001]本發明涉及一種植物回交系種群的分子設計育種方法，屬於植物分子標記輔助育種和分子設計育種【技術領域】。
【背景技術】:
[0002]分子標記輔助育種是現代分子生物學與育種學相結合的主要技術，能夠提高傳統育種的效率和目的性，尤其是提高對難以直接觀測的複雜農藝性狀改良的效率。目前的分子標記輔助育種是指設計出與不同的目標基因緊密連鎖的分子標記，通過輔助育種選擇的方法，把各種目標基因導入受體的特定個體中，使該受體含有分子標記輔助選擇導入的眾多目標基因，即通常的基因標記輔助聚合育種。但因為生物體的複雜性，尤其是受基因之間的連鎖關係和重組目標基因的位置效應等影響，導致導入的目標基因越多，難度和表達效果就越難以預料。因此，目前的分子育種主要強調將供體的某個優良基因通過已經獲得的分子標記定位信息，合成分子標記，在供體與受體雜交過程中，用分子標記輔助育種，選育出含有供體目標基因，而其他背景性狀與原受體沒有顯著差異的品種，主要用在單個或者少數基因的回交改良計劃。實際上改良一個性狀至少在雜交後要進行3-7代的回交，並且同時進行分子標記的篩選，才能獲得性狀得到改良的個體，改良下一個性狀又要重新開始雜交和回交過程。因此，實現3個以上基因聚合的難度大、效率低，改良受體的時間至少需要9-21代。當改良完成時，該受體品種可能已經過時，或者已經被新一代品種所取代。因此，把眾多目標基因聚合到一個受體單株的周期長、難度大，效率低，其育種效率有局限性。
【發明內容】
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[0003]為了克服現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種植物回交系種群的分子設計育種方法。
`[0004]本發明提供的植物回交系種群的分子設計育種方法，包括如下步驟:
[0005](I)將含有不同外源目標基因的供體植物與待改良的受體植物的不同個體進行雜交；
[0006](2)將經雜交的受體植物個體再與受體植物親本進行輪迴雜交；
[0007](3)根據與目標基因緊密連鎖的分子標記進行分子設計輔助選擇，育成分別含有不同目標基因的穩定回交系；
[0008](4)根據育種目標搭配設計,將2-100個回交系或者回交系之間雜交的的雜種一代組成含有多個不同目標基因的回交系種群；
[0009](5)按照搭配設計種群時的配比進行回交系種群的種子生產，從而產生商業化的回交系種群產品。
[0010]所述的受體植物為自花授粉植物、異花授粉植物、常異花授粉植物或無性繁殖植物。
[0011]所述的供體植物為能夠與受體植物進行雜交的植物。[0012]所述的外源目標基因為能夠增加受體植物對生物逆境抗性的基因、能夠增加受體植物對非生物逆境抵禦能力的基因、能夠改善受體植物產量的基因、能夠改善受體植物品質特性的基因、能夠增加受體植物適應性能力的基因。
[0013]供體植物與受體植物雜交後，回交進行I 一 15次，形成主要農藝性狀與輪迴親本相似或者更好的來自供體植物目標基因的穩定回交系。
[0014]供體植物與受體植物雜交及回交後，回交系之間再進行相互雜交，形成雜種一代；或者再進行回交，形成聚合1-10個目標基因的穩定回交系。
[0015]所述的分子設計是將獲得的2-100個穩定回交系和或者可繁殖材料和或者回交系通過相互雜交的雜種一代作為組分，再通過種群搭配形成回交系純系種群和或者雜種一代種群或無性繁殖種群。
[0016]所述的種群搭配是將種群內的各組分進行不同比例的搭配，通過分子標記識別每個組分，並通過統計檢驗檢測種群各組分的配比，從而保證進行精確的種子生產，實現回交系種群種子的商業化。
[0017]本發明與現有的技術相比具有如下有益效果:
[0018]1、本發明將高難度向一個個體聚合眾多目標基因的技術，轉變為分別將不同基因或少數基因聚合到同一受體的不同的個體，同時進行多個體、少數基因的標記選擇導入，再通過同一受體不同目標基因個體間的搭配與組合設計，實現受體群體(即回交系種群)具備眾多優良目標基因的目的；利用不同個體攜帶不同目標基因的多樣性(多基因型)種群，達到群體水平聚合眾多優良基因的效果，尤其對於抵抗生物逆境提供了水平抗性，也減少對病蟲害的選擇壓，達到緩解病蟲害突變的效果，具備更好的可持續生產前景。
[0019]2、本發明以受體植物的多個個體為單位，同時與含有不同標記基因的供體植物雜交，然後進行分子標記輔助選擇和背景選擇，分別選育出含有多個供體目標基因的多個回交系和/或者回交系間相互雜交再回交，聚合適度數量的目標基因，實現多個性狀的同時改良，降低把眾多目標基因導入一個單一受體的難度和時間周期，形成2-100個回交系或者回交系間雜交的雜種一代，再用這些回交系或者雜種一代按照一定比例搭配和設計目標基因群體產品，實現組建精確回交系種群品種的目標。在商業化種群產品內，各個組分和種群比例能夠通過多個單株取樣，進行分子標記檢測和統計檢驗來確定，組分的分子標記呈現純合體或者雜交一代或者特定的無性系狀態。而傳統的分子標記輔助聚合育種的產品內就只有一種純合體基因型，個體間沒有任何區別。
[0020]3、在回交進行背景選擇的過程中，除標記的目標基因不同外，所有特性均與原受體相同或者比原受體更好，然後按照育種目標的要求，把不同標記基因的回交系搭配，設計成特定的回交系種群，可以獲得對不同病蟲害和不同生理小種的組合抗性，並保持特定的回交系精確種群。同一受體不同標記基因株系表現型基本相同，僅僅是標記基因對象不同，因此，可以將含有不同標記基因的株系按照一定比例搭配組成精確的商業種群，進入生產環節，從而減緩品種對病蟲害的特異性選擇壓，延緩品種抗性基因對病蟲害的致突變，延長品種使用壽命，提高分子標記輔助育種的效率，實現種群內個體間分子設計育種，即多(基因)回交系種群分子設計育種。
[0021]供體可以來自任何具備目標基因表現型的材料，並且具備與該基因連鎖的分子標記，或者能夠通過分子標記定位方法找到該基因的連鎖分子標記的材料或者來自目標基因的轉基因後代材料。
【具體實施方式】:
[0022]下面結合具體實施例，對本發明作進一步說明。
[0023]實施例1:
[0024]以自花授粉作物水稻為例，品種『粵秀佔』為受體，用6個受體單株分別與含有抗稻瘟病基因P1-b、P1-55 (t)、抗褐稻蝨基因Bphl4、Bph15和抗白葉枯病基因Xa_7、Xa-23的供體雜交，然後分別用『粵秀佔』回交，每次在回交後代中選擇導入標記目標基因的個體，而其他性狀與『粵秀佔』最相似的個體，並反覆多次回交，最後獲得分別含Pi_b、P1-55 (t)、Bphl4、Bph15和Xa-7、Xa-23的6個目標基因，其他綜合農藝性狀與『粵秀佔』相似或者更好的6個穩定目標基因株系，對其進行單獨繁殖。
[0025]將含P1-b與P1-55 (t)基因的株系相互雜交，再回交，選出含2個抗稻瘟病基因的雙抗瘟株系；將含Bphl4和Bphl5基因的株系相互雜交，再回交，選出含2個抗蟲基因的雙抗蟲株系；將含Xa-7和Xa-23基因的株系相互雜交，再回交，選出含2個抗白葉枯基因的雙抗白葉枯株系；將含Bphl4和P1-b基因的株系相互雜交，再回交，選出含抗稻瘟病和抗蟲基因的抗病蟲株系。
[0026]上述各個基因的分子標記可以選擇來自公開資料與目標基因小於10個摩爾根(CM)距離的分子標記。
[0027]表1給出其中的一種或多種來源舉例，但不限於這些來源。 [0028]表1，基因供體材料及其標記來源舉例
[0029]
【權利要求】
1.植物回交系種群的分子設計育種方法，其特徵在於包括如下步驟: (1)將含有不同外源目標基因的供體植物與待改良的受體植物的不同個體進行雜交； (2)將經雜交的受體植物個體再與受體植物親本進行輪迴雜交； (3)根據與目標基因緊密連鎖的分子標記進行分子設計輔助選擇，育成分別含有不同目標基因的穩定回交系； (4)根據育種目標搭配設計，將2-100個回交系或者回交系之間雜交的的雜種一代組成含有多個不同目標基因的回交系種群； (5)按照搭配設計種群時的配比進行回交系種群的種子生產，從而產生商業化的回交系種群廣品。
2.根據權利要求1所述的植物回交系種群的分子設計育種方法，其特徵在於所述的受體植物為自花授粉植物、異花授粉植物、常異花授粉植物或無性繁殖植物。
3.根據權利要求1所述的植物回交系種群的分子設計育種方法，其特徵在於所述的供體植物為能夠與受體植物進行雜交的植物。
4.根據權利要求1所述的植物回交系種群的分子設計育種方法，其特徵在於所述的外源目標基因為能夠增加受體植物對生物逆境抗性的基因、能夠增加受體植物對非生物逆境抵禦能力的基因、能夠改善受體植物產量的基因、能夠改善受體植物品質特性的基因、能夠增加受體植物適應性能力的基因。
5.根據權利要求1所述的植物回交系種群的分子設計育種方法，其特徵在於供體植物與受體植物雜交後，回交進行I 一 15次，形成主要農藝性狀與輪迴親本相似或者更好的來自供體植物目標基因的穩定回交系。
6.根據權利要求5所述的植物`回交系種群的分子設計育種方法，其特徵在於供體植物與受體植物雜交及回交後，回交系之間再進行相互雜交，形成雜種一代；或者再進行回交，形成聚合1-10個目標基因的穩定回交系。
7.根據權利要求6所述的植物回交系種群的分子設計育種方法，其特徵在於所述的分子設計是將獲得的2-100個穩定回交系或者和可繁殖材料和或者回交系通過相互雜交的雜種一代作為組分，再通過種群搭配形成回交系純系種群和或者雜種一代種群或無性繁殖種群。
8.根據權利要求7所述的植物回交系種群的分子設計育種方法，其特徵在於所述的種群搭配是將種群內的各組分進行不同比例的搭配，通過分子標記識別每個組分，並通過統計檢驗檢測種群各組分的配比，從而保證進行精確的種子生產，實現回交系種群種子的商業化。
【文檔編號】A01H1/02GK103858747SQ201210523839
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月10日 優先權日:2012年12月10日
【發明者】李曉方, 李華軍, 方正武, 李定國, 李志新, 趙福永, 劉志雄 申請人:長江大學, 廣州南國農業有限公司