水稻野敗型恢復系恢復基因的遺傳及等位性分析

鄭瑞豐 ，夏勝平 ，陳立云

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學，湖南 長沙 410128；2.湖南省水稻研究所，湖南 長沙 410125）

三系雜交稻恢復基因的遺傳已有很多研究，大部分研究者認為野敗秈型雜交稻恢復系具有2對獨立主效顯性恢復基因；而對這2對基因的遺傳效應，不同研究者的研究結(jié)果不盡相同。已有的研究大多局限在個別恢復系恢復基因的分析上，極少涉及恢復基因間等位性分析，Govinda Raj等進行IR26、IR36、IR54、IR9761 恢復基因等位性測定，結(jié)果表明IR26與IR36、IR54與IR9761-19-1的兩對恢復基因是等位的，而IR42與IR2797的恢復基因不等位，據(jù)此將恢復基因分為四類：IR26和IR36歸于一類，IR54和IR9761為一類，IR42和IR2797各為一類；Ramalinggam等利用2對基因控制的5個恢復系為材料，進行R×R雜交，用V20A測交，結(jié)果發(fā)現(xiàn)恢復系間的恢復基因是不同的，將5個恢復系分為兩類：一類是IR24、IR29723、ARC11353，另一類是IR54742、IR9761，兩類間擁有不同的恢復基因，任何兩對均能恢復雄性不育；梁康逕研究了IR24、IR30、圭630、印尼矮禾、泰引一號的恢復基因等位性，結(jié)果表明此5個品種的主效基因等位。近年來，我國育成了一批恢復系，其來源更加復雜，有必要研究其恢復基因的等位性，為今后的恢復系選育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為（1）野敗型不育系：金23A、V20A、岳4A、豐源A、珍汕97A。（2）野敗型恢復系：IR24、IR26、明恢 63、527、先恢 207、密陽 46、R326、岳恢9113、R402、鹽恢 559，輪回 422、R228。

1.2 方法

用人工雜交和套袋自交獲得一套供試材料。2005年晚季在湖南省水稻研究所試驗田種植IR24、IR26、明恢 63、527、先恢 207、R228、密陽46、R326、R2070 、岳恢 9113、R402，兩兩雜交，獲得R/R種子；上述恢復系與野敗不育系雜交，獲得F1種子；2005年12月海南三亞育種基地種植雜交F1種子，同時播不育系（7 d一期，共4期，使花期相遇），以不育系為母本與R/R F1雜交，獲得TC1種子；以不育系與A/R F1雜交獲得BC1種子；F1（A/R，R/R）自交獲得F2種子。

2006 年在湖南省水稻研究所試驗農(nóng)場種植F2、BC1、TC1、F1及親本，全部材料均單本植，插植規(guī)格20 cm×20 cm，并進行播期調(diào)節(jié)，使花期相對一致。田間管理同一般大田，對各材料逐株進行稻株形態(tài)觀察，成熟時單株取樣考查結(jié)實率；稻株形態(tài)觀察參照楊仁崔等的方法，根據(jù)穗頸的伸出程度和花藥的形態(tài)顏色，用目測法區(qū)分為4種類型：A型：育性完全正常株，穗頸抽出，散粉良好；B型：育性正常株，與A型相似，但少部分花藥散粉不良；C型：部分不育株，輕度包頸，花藥黃色，呈不飽滿疏松狀態(tài)，絕大部分花藥不散粉；D型：不育株，包頸嚴重，花藥瘦癟、畸形、呈淡黃色或乳白色。通過對親本、F1、F2等世代的育性表現(xiàn)，推算恢復基因的數(shù)目，確定基因型。通過對TC1的分析、探討各恢復基因間的等位關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 恢復基因數(shù)量的確定

2.1.1 野敗型不育系的恢復基因數(shù)量的確定 因已知野敗不育系的恢復性與矮敗、D型、K型、岡型、印水型等不育恢復一致，一致性表現(xiàn)在可恢復性與恢復基因的數(shù)量上，故本試驗采用野敗型不育系為代表研究此類型恢復基因的數(shù)量，分離群體采用F2群體。

10個組臺的F2代群體育性分離的頻數(shù)分布觀察結(jié)果表明（圖1至圖10），各F2代群體的育性分離呈連續(xù)分布，但絕大多數(shù)單株表現(xiàn)為正常結(jié)實類型，少數(shù)單株為不育類型，呈質(zhì)量－數(shù)量控制的多峰分布。這說明供試10個恢復系的恢復基因是受少數(shù)主效基因和一些修飾基因控制的質(zhì)量性狀，把結(jié)實率小于5%的單株視為不育株，10個組合（V20A/IR24，金 23A/R253，威優(yōu) 46，金 23A/R559，岳優(yōu) 9113，汕優(yōu) 63，金 23A/R527，豐源 A/R326，金優(yōu) 207，金 23A/R228）F2群體中出現(xiàn)的不育株分別占相應的F2群體的 0.062，0.059，0 071，0.057，0.073，0.081，0.070，0.058，0.083，0.071，0.066，均與 1/16 的理論值相符。齊性測驗表明，這10個F2群體在育性分離上無顯著差異。所有組合的F2結(jié)實率分布不是典型的正態(tài)分布，而呈質(zhì)量－數(shù)量性狀控制的多峰分布，顯示存在主基因，可以用極大似然法估算基因?qū)?shù)，采用下列公式估算基因?qū)?shù)K：K=（log N－log n）/0.602 1，式中N，n分別為F2群體中總株數(shù)和不育株數(shù)，統(tǒng)計后進行X2檢驗，結(jié)果如表1所示。

圖1 威優(yōu)6號結(jié)實率分布圖

圖2 金優(yōu)253結(jié)實率分布圖

圖3 威優(yōu)46結(jié)實率分布圖

圖4 金優(yōu)559結(jié)實率分布圖

圖5 岳優(yōu)9113結(jié)實率分布圖

圖6 汕優(yōu)63結(jié)實率分布圖

圖7 金優(yōu)527結(jié)實率分布圖

圖8 豐源優(yōu)326結(jié)實率分布圖

圖9 金優(yōu)207結(jié)實率分布圖

圖10 金優(yōu)228結(jié)實率分布圖

表1 10個恢復系恢復基因的似然值

由表1可知，10個恢復系均含2對恢復基因，用X2值進行檢驗，所有卡方均小于，說明10個恢復系的恢復性均由兩對主效基因控制。以上結(jié)果顯示，R228與先恢207、岳恢9113、密陽46、R527、R253、IR24、明恢 63、R326、鹽恢 559 一樣具有2對野敗不育恢復基因。

2.2 恢復基因等位性分析

2.2.1 野敗型不育恢復基因的等位性測定 等位性檢測群體A//R/R，檢測結(jié)果如表2所示，恢復系兩兩雜交，其F1與野敗不育系雜交，其后代育性發(fā)生分離，R228、R527、R2070、IR24，、IR26、桂 99、明恢 63、先恢 207、岳恢 9113、廣恢 998、密陽 46、鹽恢559、州恢169這13個恢復系之間雜交，其F1與不育系雜交后代沒有出現(xiàn)不育系，低育株頻率也很低，大部分單株的結(jié)實率較高，說明這13個恢復系主效恢復基因等位或兩對恢復基因均等位，R228與大多數(shù)恢復系一樣具有2對等位的野敗恢復基因。

表2 野敗型不育系A//R/R組合育性分離

在組合金23A//R527/R838，金23A//岳恢9113/R838，豐源 A//IR24/R838，均出現(xiàn)了 25%～28.2%低育株。由表2可知，R527，岳恢9113，IR24恢復基因等位，假設它們的核基因型為不育系基因型為其中R1R1為強恢基因，R2R2為部分恢基因，R1R1對對 r2r2分別表現(xiàn)顯性，當R1出現(xiàn)時植株育性正常，而R2單獨出現(xiàn)時表現(xiàn)低育株。R838與R527、IR24、岳恢9113主效恢復基因不等位，假設R838主效恢復基因為為R3R3，部分恢復基因為R2R2，其基因型為，不育系基因型為恢復系雜交F1基因型為產(chǎn)生 4 種基因型的花粉：R1R2R3、它們與不育系雜交產(chǎn)生 4 種基因 型 植 株前面3種類型的植株因有強恢基因R1或R3，育性恢復正常，而第4種基因型只有部分恢復基因R2，植株表現(xiàn)低育性，比例約占25%，由此可推測R838的主效恢復基因與岳恢9113、R527、IR24不等位，但與岳恢9113、R527、IR24有一對等位的部分恢復基因。

另一個恢復系R326與廣恢998、輪回422、R527、R228雜交F1再與不育系雜交，其后代出現(xiàn)不育株和低育株，推測R326的恢復基因與廣恢998、輪回 422、R527、R228 不等位；假設廣恢 998、輪回 422、R527、R228 具恢復基因r4r4，R326 恢復基因為其中 R2、R4為部分恢復基因，其單獨或兩者相互作用表現(xiàn)為低育株，不育系基因型為恢復系雜交F1基因型為花粉有16種基因型，其中基因型為表現(xiàn)型為不育株的大約占1/16，表現(xiàn)型為低育株，基因型為的 約 占 3/16。 金 23A//R326/廣恢 998、金 23A//輪回 422/R326、金 23A//R326/R228不育株分別占4.95%、7.54%、6.22%，與預測的相符，故推測R326具有與廣恢998、R228、輪回422不同的2對恢復基因。

根據(jù)以上結(jié)果，按恢復基因的等位性可將恢復系劃分為3種類型：R326與主流恢復系2對恢復基因均不等位；R838具有1對不等位的主效恢復基因，但部分恢復基因等位；其余恢復系均具2對等位的恢復基因，由此可以看出我國利用的恢復基因的單一性，R326與R838可作為新的恢復基因源加以利用，以克服恢復基因的單一性。R228與大多數(shù)恢復系一樣具2對野敗不育恢復基因，它們的主效恢復基因等位。

2.3 恢復系恢復性評價

恢復系之間雜交的F1與不育系測交，其花粉基因型就是F2單株的基因型，測交組合強恢株的多少代表F2代強恢株系的多少，強恢株比例高，意味著在F2選擇得到的強恢株系的機率就高，因此可利用頂交F1測交后代強恢株比例來預測評價恢復系恢復性的遺傳性，本試驗所用16個恢復性頂交F1測交結(jié)果見表3。因為每個恢復系頂交組合的數(shù)量不同，其結(jié)果差異較大，本試驗利用R228這一強恢復系作為統(tǒng)一的鑒別品種，統(tǒng)計了每個恢復系與R228雜交F1與不育系測交強恢株比例；與多個恢復系雜交平均強恢株比例高的恢復系有先恢207、鹽恢 559、密陽 46、IR24 、輪回 422、IR26、R228，、廣恢 998、明恢 63、R527，強恢比例低的恢復系有桂99、成恢448、R326；與 R228雜交，其 F1與不育系測交后代強恢株比例高的恢復系有：先恢207、R527 、密陽 46、明恢 63、岳恢 9113、輪回 422、鹽恢559，強恢比例低的恢復系有：桂99、R326、R2070、R838。由此可看出利用先恢207、密陽46、R527、明恢 63、輪回 422、R228等恢復系，其雜交后代選育出恢復能力強的恢復系幾率大，較容易選育出強恢材料，供選擇的F2分離群體規(guī)?？梢韵鄬^小，而桂 99、R326、R838、R2070 等恢復系后代出現(xiàn)強恢單株的幾率較小，相對而言選育出強恢的慨率較低，要選擇強恢株系其F2群體相對要大，要求當選單株數(shù)量較多。

表3 恢復系雜交F2代出現(xiàn)強恢單株的頻率

3 小結(jié)與討論

在恢復基因的等位性研究中，篩選出1個與大多數(shù)野敗恢復系恢復基因（2對）不等位的材料R326，篩選出1對不等位的主效恢復基因材料R838，可以利用這兩個材料解決我國雜交稻恢復基因單一的問題。

利用恢復系雜交后代強恢株出現(xiàn)的機率，評價了16個恢復系材料，其中先恢207、密陽46、R527、明恢63、輪回422、R228等恢復系其后代強恢單株出現(xiàn)的比例較高，而桂 99、R326、R838、R2070 其后代強恢單株頻率較低，該兩類恢復系在育種計劃制定中群體規(guī)模要求不同，前者其分離群體規(guī)模較小，而后者群體規(guī)模要求較大，為今后恢復系的選育提供了理論參考。從目前恢復系選育的成效來看，含明恢63、密陽46、R527、先恢207血緣的恢復系多，這在一定程度上說明了此類恢復系強恢遺傳力高，有利于選育出好的強恢恢復系。

[1]Govinda R K，Virmani SS.Genetic of fertility restoration of WA type cytoplasmic male sterility in rice [J].Crop Sci，1988，28：787-792.

[2]梁康逕，王乃元，楊仁崔.雜交秈稻恢復基因的遺傳及等位分析[J].福建農(nóng)學院學報，1990，19（4）：397-402.

[3]何光華，裴 炎，楊光偉.野敗型雜交水稻恢復基因的遺傳機理研究進展[J].西南農(nóng)業(yè)學報，1998，11（4）：110-116.

[4]王秋實，何光華.水稻抗稻瘟病資源與野敗型骨干恢復系間的遺傳差異[J].分子植物育種，2007，5（1）：74-78.

[5]張愛國，徐樂斌，金宜祥，等.野敗型粳三系配套及遺傳機理的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2003，31（1）：17-18，21.