利用遠緣雜交培育玉米細胞質不育系的方法

2023-12-04 11:21:36 1

專利名稱：利用遠緣雜交培育玉米細胞質不育系的方法
技術領域：
本發明屬於作物遺傳育種技術領域，特別是涉及一種利用遠緣雜交培育玉米細胞質不育系的方法。
背景技術：
遠緣雜交是不同種、屬或親緣關係更遠的物種間所進行的雜交，常用於高等生物的育種。遠緣雜交不但可以利用其雜種優勢，而且可以促進不同物種的基因漸滲和交流， 從而把不同生物各自的性狀結合到一個雜種個體中，培育出新的品種。遠緣雜交可分為種間雜交和屬間雜交，其中種間雜交如陸地棉X海島棉、甘藍型油菜X白菜型油菜、栽培花生X野生花生；屬間雜交如玉米X摩擦禾、普通小麥X山羊草，近些年也有報導通過水稻X玉米屬間遠緣有性雜交將玉米的優良性狀或部分染色體片段導入到水稻中，培育超強優勢稻新品系。我國的雜交水稻自從利用野敗細胞質實現三系配套以來，已取得了舉世矚目的成就，為世界糧食增產作出了巨大貢獻。我國雜交稻的播種面積佔水稻總播種面積的一半以上。按恢-保的遺傳關係，核質互作調控雄性不育的雜交稻大致可分為3類第1類為野敗 (WA)型及其恢保關係類似的如矮敗型、印水型、D型、岡型和K型等；第2類為紅蓮型 』第3 類為包臺型。在育成的諸多不育胞質類型中，野敗型以其敗育徹底，不育性比較穩定、恢復系比較容易培育等特點使用最多，得到大面積的推廣。而野敗在其不育恢復系基因定位方面也有比較深入的研究，目前已經有對水稻不育恢復基因Rf3和Rf4基因定位的報導。當前我國玉米雜交制種多採用人工抽穗去雄的方法，這種方法耗費大量的勞力和財力，並且效果不佳，稍有不慎，就出現種子純度不達標的問題，加之去雄抽穗後造成玉米植株營養的損失，進一步影響產量。因此，培育玉米雄性不育系成為玉米雜種優勢利用的重要前提。若將玉米雜交組合的母本培育成雄性不育系，人們就可以在大面積制種時省去手工去雄，降低生產成本，提高雜交種種子的質量和產量。目前玉米細胞質雄性不育材料的細胞質分為T、C、S 3個基因類型。早期的玉米雄性不育研究工作主要集中在對T組和S組的雄性不育材料的研究。但在1970年，由於玉米小斑病T小種的專性侵染，T型不育系被迫停止使用。而S、C型胞質作用型的玉米不育系很難找到恢復系，由於不育胞質雜種恢復性較差或恢復不穩定而造成減產的情況也時有發生。這使玉米胞質雄性不育系育種研究放緩了腳步。目前還沒有一個相對可以大面積應用的玉米不育系。因此，有必要尋求新的途徑培育出可靠的玉米不育系新類型。

發明內容
本發明的目的是提供一種利用遠緣雜交培育玉米細胞質不育系的方法。本發明以水稻和玉米遠緣雜交為基礎，利用水稻野敗不育系與玉米雜交，進而連續回交，通過遠緣雜交核置換的方法獲得玉米不育系、保持系和恢復系。為玉米胞質不育的培育提供新的方法，可解決玉米傳統雜交制種費時、費力和低效的問題。本發明基於如下原理如果一個種內各材料存在某種缺陷而無法滿足育種要求，引入其它種或屬的有利基因可克服這種缺陷培育出具有優良性狀的新品種。此時，遠緣雜交無疑是一條可靠的途徑。胞質雄性不育系轉育是通過親本間核置換雜交完成的。所謂核置換就是染色體的逐步替換過程，即採用回交的方法，使輪迴親本的染色體逐代替換供體親本的染色體，每回交一次替換供體親本一半的染色體，經過連續回交就可將供體親本的染色體片段大部分替換。不同的物種之間細胞質有一定分化，有些物種具有不育細胞質S (RfRf )，而有些物種則具有核不育基因而細胞質可育N(rfrf)，此時將這兩個物種進行雜交並連續回交進行核置換，便可將不育的細胞質和不育核基因結合在一起，獲得質核互作的雄性不育系S(rfrf)。本發明採用遠緣雜交通過連續回交核置換方法將水稻胞質不育基因導入玉米，使玉米產生敗育徹底、穩定遺傳的不育系，再經過人工制保，育成保持系，同時經過轉育恢復基因到玉米中或利用玉米本身所攜帶的恢復基因培育恢復系，最終實現三系配套。轉育之前需對玉米親本進行核基因不育或可育的判斷。以水稻野敗不育為例，水稻野敗育性恢復主要由Rf3和Rf4兩對主效基因控制，其中以Rf4的效應最高。目前已經有Rf4的精細定位，以及Rf3的定位研究，研究表明它們與某些標記緊密連鎖。因此可以利用這些標記檢測玉米親本的核基因育性類型，以確定所採用的方案(方案一或方案二)。另外，水稻和玉米全生育期不同，玉米大約75-145d，水稻大約110-130d。因此水稻和玉米雙親在正常播種情況下有可能開花時間不同，花期不相遇，造成不能按期授粉，雜交失敗。這就需要通過調節花期使兩親本花期相遇。最常用的方法是分期播種，一般是將早熟親本每隔7-10d為一期分期播種。如將水稻按7d為一期分別早播3期，遲播3期，尋求與玉米花期相遇。本發明所提供的一種利用遠緣雜交培育玉米細胞質不育系的方法，首先用常規方法對玉米親本核基因不育或可育進行判斷，根據玉米核基因育性類型，分別採用兩種方案， 若玉米核遺傳物質含有恢復基因，則採用第一種方案；否則採用第二種方案，用分期播種方式使水稻和玉米花期相遇
第一種方案將水稻不育系S (rfrf)配製的雜交種人工去雄，作為母本，以可育的玉米植株N (RfRf)作為父本進行屬間雜交，產生的Fl S (Rfrf)為可育植株，人工去雄作為母本，然後與玉米植株N (RfRf)回交，將產生的後代人工去雄作為母本，繼續與玉米植株N (RfRf)回交，產生的後代進行自交，淘汰其中的可育植株，將得到的不育植株S (rfrf)與其後得到的保持系雜交，繁殖不育系；用此不育植株S (rfrf)為母本與玉米植株N (RfRf) 雜交，產生的Fl S (Rfrf)自交，自交後代與玉米植株N (RfRf)反交，產生的後代自交，然後用不育植株S (rfrf)測交，若測交種後代出現不育單株，則對應的父本就是保持系，用不育系與其它玉米測交篩選恢復系，實現三系配套；
第二種方案將水稻不育系配製的雜交種Fl S (Rfrf)人工去雄，與玉米可育植株N (rfrf)雜交，產生的後代有一半可育，一半不育，淘汰不育株，可育株人工去雄作為母本，然後與玉米植株N (rfrf) 4次回交，得到的核質接近父本的可育植株S (Rfrf)自交，得到的不育植株為不育系，恢復單株為恢復系；不育系與作為保持系的玉米可育株繼續回交，繁殖不育系，將恢復系與其它材料雜交，培育新的恢復系，與不育系配製組合，實現三系配套。由於雙親染色體組成、染色體數目等方面的差異(玉米有20條染色體，水稻有M 條染色體)，需要對經過水稻和玉米連續回交產生的不育系和保持系(第一方案)，不育系和恢復系(第二方案)進行細胞染色顯微觀察，確定雜種染色體數目為正常玉米染色體數目20 條，檢查減數分裂是否正常和不育系敗育是否徹底，以及育性是否受環境影響和育性恢復是否完全。


圖IA為利用遠緣雜交培育玉米細胞質不育系的方法第一種方案流程圖； 圖IB為利用遠緣雜交培育玉米細胞質不育系的方法第二種方案流程圖。本發明具有以下優點
1將水稻不育基因導入玉米，獲得玉米不育系、相應的保持系和恢復系，實現三系配套，解決了玉米傳統育種耗時、費力和低效的問題，同時也為玉米雄性不育的選育、培育玉米新品種提供了科學有效的方法。2若親本採用水稻野敗不育材料，野敗型雄性不育系具有敗育徹底，不育性穩定、 恢復系容易培育等諸多優點，將其導入玉米，則野敗不育系的優點也能在玉米中充分表現， 可以克服目前玉米不育系的缺點。
具體實施例方式利用水稻野敗與玉米雜交培育玉米細胞質不育系實施例一
1、選擇水稻野敗不育系配製的雜交種汕優63Fl S (Rfrf)作為水稻供體，而玉米自交系鄭58作為受體；
2、對玉米親本的不育胞質類型進行判斷，用與水稻野敗不育恢復基因Rf3和Rf4連鎖的標記進行篩選，其中利用冊10338、冊10；353、冊1；344和冊104；35對Rf3進行選擇；RM6100 和RM1108對Rf4進行選擇，標記參考亓芳麗碩士論文(水稻育性恢復基因的分子標記輔助選擇，中國農業科學院，2009年)，通過PCR擴增和電泳檢測，判斷玉米自交系鄭58含有野敗不育系的恢復基因；
3、播種時將汕優63按7d為一期分別早播3期和遲播3期，加上正常播期共7期，每期播種30株，達到與玉米花期相遇。待玉米鄭58 N (RfRf)開花時，將水稻人工去雄，完成雜交；產生的Fl S (Rfrf)為可育植株，然後與玉米植株鄭58 N (RfRf )回交，產生的後代繼續與玉米植株鄭58 N (RfRf)回交，然後將產生的後代進行自交，得到不育植株S (rfrf), 其它可育植株則被淘汰；此時的不育植株是經過連續回交產生的，核遺傳物質已接近父本， 近似玉米，用此不育植株為母本與玉米植株N (RfRf)雜交，產生的Fl S (Rfrf)與玉米植株N(RfRf)反交，產生的後代進行自交，然後用不育株S (rfrf)測交，如果測驗種後代出現全部不育，則對應的父本則為保持系N (rfrf)，其它則被淘汰；用不育單株與保持系雜交， 繁殖不育系，保持系自交繁殖保持系。4、選育得到的不育系和相對應的保持系，生長正常。經過細胞染色顯微觀察，確定其染色體數目20，為正常玉米染色體數目，並且減數分裂正常。其不育系敗育徹底，不受環境影響，並且育性恢復完全。5、用不育系作母本，與其它玉米測交，篩選恢復系N (RfRf)，實現三系配套。實施例二1、選擇水稻野敗不育系配製的雜交種汕優63Fl S (Rfrf)作為水稻供體，而玉米自交系先玉3；35作為受體；
2、用實施例1相同方法，檢測判斷玉米自交系先玉335不含有野敗不育系的恢復基
因；
3、播種時將汕優63按7d為一期分別早播3期和遲播3期，加上正常播期共7期，每期播種30株，達到與玉米花期相遇。待玉米先玉335 N (rfrf)開花時，將水稻不育系配製的雜交種Fl S (Rfrf)人工去雄，與玉米先玉335雜交，產生的後代有一半可育，一半不育，淘汰不育株，可育株人工去雄作為母本，然後與玉米植株N (rfrf) 4次回交，得到的核質接近父本的可育植株S (Rfrf)自交，得到的不育植株為不育系，恢復單株為恢復系；
4、選育得到的不育系和相對應的保持系，生長正常。經過細胞染色顯微觀察，確定其染色體數目20，為正常玉米染色體數目，並且減數分裂正常。其不育系敗育徹底，不受環境影響，並且育性恢復完全。 5、不育系與作為保持系的玉米可育株繼續回交，繁殖不育系，將恢復系與其它材料雜交，培育新的恢復系，與不育系配製組合，實現三系配套。
權利要求
1.一種利用遠緣雜交培育玉米細胞質不育系的方法，其特徵在於，以水稻和玉米遠緣雜交為基礎，利用水稻野敗不育系與玉米雜交，進而連續回交，通過遠緣雜交核置換的方法獲得玉米不育系、保持系和恢復系。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，首先用常規方法對玉米親本核基因不育或可育進行判斷，根據玉米核基因育性類型，分別採用兩種方案，若玉米核遺傳物質含有恢復基因，則採用第一種方案；否則採用第二種方案，用分期播種方式使水稻和玉米花期相遇第一種方案將水稻不育系S (rfrf)配製的雜交種人工去雄，作為母本，以可育的玉米植株N (RfRf)作為父本進行屬間雜交，產生的Fl S (Rfrf)為可育植株，人工去雄作為母本，然後與玉米植株N (RfRf)回交，將產生的後代人工去雄作為母本，繼續與玉米植株N (RfRf)回交，產生的後代進行自交，淘汰其中的可育植株，將得到的不育植株S (rfrf)與其後得到的保持系雜交，繁殖不育系；用此不育植株S (rfrf)為母本與玉米植株N (RfRf) 雜交，產生的Fl S (Rfrf)自交，自交後代與玉米植株N (RfRf)反交，產生的後代自交，然後用不育植株S (rfrf)測交，若測交種後代出現不育單株，則對應的父本就是保持系，用不育系與其它玉米測交篩選恢復系，實現三系配套；第二種方案將水稻不育系配製的雜交種Fl S (Rfrf)人工去雄，與玉米可育植株N (rfrf)雜交，產生的後代有一半可育，一半不育，淘汰不育株，可育株人工去雄作為母本，然後與玉米植株N (rfrf) 4次回交，得到的核質接近父本的可育植株S (Rfrf)自交，得到的不育植株為不育系，恢復單株為恢復系；不育系與作為保持系的玉米可育株繼續回交，繁殖不育系，將恢復系與其它材料雜交，培育新的恢復系，與不育系配製組合，實現三系配套。
全文摘要
本發明公開了一種利用遠緣雜交培育玉米細胞質不育系的方法，屬於作物遺傳育種技術領域。本發明打破物種間的界限，利用禾本科作物不同屬之間的遠緣雜交技術，將水稻細胞質不育基因導入玉米，培育育性徹底且能夠穩定遺傳的玉米細胞質不育系，並獲得相應的保持系和恢復系，實現玉米三系配套。本發明可克服玉米傳統制種費力、費時和成本較高的缺點。
文檔編號A01H1/04GK102228000SQ20111011861
公開日2011年11月2日 申請日期2011年5月9日 優先權日2011年5月9日
發明者付東輝, 安澤山, 肖美麗 申請人:西南大學