黑麥草恢復(fù)基因在水稻中的遺傳行為研究

王子平，陽(yáng)標(biāo)仁

（湖南省水稻研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410125）

目前，我國(guó)水稻生產(chǎn)中大面積應(yīng)用“三系”雜交水稻，在秈稻上主要是利用野敗型不育系及其與野敗型不育系具有相似恢保關(guān)系的一類不育系，在粳稻上主要是應(yīng)用BT型和滇I型不育系。與這些類型不育系相對(duì)應(yīng)的恢復(fù)系的研究尤其是關(guān)于恢復(fù)系的恢復(fù)基因的定位研究，一直受到重點(diǎn)關(guān)注。眾多研究結(jié)果表明野敗型（包括紅蓮型）、BT型和滇I型恢復(fù)系的主效恢復(fù)基因均處于第10染色體的相同位置[1-3]。

野敗型恢復(fù)系的恢復(fù)基因源于IR24、明恢63、密陽(yáng)46等骨干恢復(fù)系，國(guó)際稻系列中的恢復(fù)基因則來(lái)源于印度尼西亞的農(nóng)家品種Peta和中國(guó)的農(nóng)家品種Cina[4]。IR24與BT型粳稻恢復(fù)系C57的恢復(fù)基因均來(lái)自IR8?；謴?fù)源的系譜分析及恢復(fù)基因的定位研究結(jié)果均表明，恢復(fù)源過(guò)于集中，加上不育系資源相對(duì)單一，可能導(dǎo)致了近年來(lái)三系雜交水稻育種無(wú)突破性進(jìn)展的局面。

尋找新恢復(fù)源的工作早已進(jìn)行，我國(guó)地方稻種及野生稻中并不缺乏恢復(fù)基因資源[5]，但地方稻種及野生稻中存在的恢復(fù)基因與已在利用的恢復(fù)源相比可能并不具有優(yōu)越性。然而在三系雜交水稻強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合的選育過(guò)程中，優(yōu)良恢復(fù)系的選育又起著關(guān)鍵性作用。因此，創(chuàng)制新恢復(fù)源，拓寬恢復(fù)系的遺傳多樣性是非常必要的。近年來(lái)，湖南省水稻研究所開(kāi)展了相關(guān)科研工作，獲得了1個(gè)可能具有新遺傳背景的恢復(fù)源，并對(duì)其中所含恢復(fù)基因的遺傳行為進(jìn)行了初步研究。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為10S396。以黑麥草總DNA借助花粉管通道技術(shù)處理水稻三系保持系V20B，獲得3份突變株，通過(guò)5 a連續(xù)加代，獲得了多份穩(wěn)定株系。然后以野敗型不育系與這些穩(wěn)定株系進(jìn)行恢保關(guān)系測(cè)定，發(fā)現(xiàn)編號(hào)為10S396的株系具有恢復(fù)性能，F(xiàn)1結(jié)實(shí)率達(dá)到87%。

1.2 方法

1.2.1 群體構(gòu)建 試驗(yàn)于2011～2012年在湖南省水稻研究所實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行，2011年春在南繁基地以不育系A(chǔ)2（課題組選育的具有野敗型胞質(zhì)的三系不育系）與恢復(fù)系10S396配組，2011年夏在長(zhǎng)沙種植F1代。2012年春在南繁基地種植F2代群體，單本栽插，株行距13.3 cm×20 cm。抽穗時(shí)對(duì)主穗進(jìn)行套袋，成熟時(shí)套袋主穗全部收回室內(nèi)，考查結(jié)實(shí)率。

1.2.2 統(tǒng)計(jì)分析 結(jié)實(shí)率按5%的區(qū)間分組進(jìn)行頻次統(tǒng)計(jì)；恢復(fù)基因位點(diǎn)及行為的確定按姜長(zhǎng)鑒等[6]、毛建昌等[7]的極大似然法進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 F2群體結(jié)實(shí)率的頻次分布

組合A2/10S396的F2群體共調(diào)查了242株，結(jié)實(shí)率按5%區(qū)間分組統(tǒng)計(jì)頻率，分布如圖1所示，表現(xiàn)為雙峰分布，符合質(zhì)量—數(shù)量性狀的遺傳特點(diǎn)，可以采用極大似然法進(jìn)行遺傳分析。

2.2 遺傳假設(shè)與測(cè)驗(yàn)

根據(jù)極大似然法對(duì)質(zhì)量—數(shù)量性狀的分析原理，按毛建昌等[7]的研究進(jìn)行計(jì)算，得出表1的相關(guān)分析數(shù)據(jù)。如表1所示，無(wú)主基因假設(shè)（H1）的x2=300.2>x20.05=5.15，否定無(wú)主基因假設(shè)，品系10S396的恢復(fù)性存在主基因分離。在單位點(diǎn)的主基因分離假設(shè)（H2）下，x2=3.6

表1 恢復(fù)基因位點(diǎn)的分析及檢驗(yàn)

然后確定該位點(diǎn)表現(xiàn)何種效應(yīng)。假設(shè)主基因表現(xiàn)加性效應(yīng)（H3），x2=3.8

3 討論

3.1 恢復(fù)源的恢復(fù)位點(diǎn)

野敗型不育系是我國(guó)三系雜交秈稻中應(yīng)用最早且最多的類型，多年來(lái)其推廣組合及面積在雜交稻中一直居主導(dǎo)地位。而且，近年來(lái)育成組合和推廣面積呈上升趨勢(shì)的印水型、岡型、D型和矮敗型等胞質(zhì)不育系，與野敗型不育系具有相似的恢保關(guān)系。有關(guān)野敗型細(xì)胞質(zhì)雄性不育胞質(zhì)的恢復(fù)性研究較多，因材料和研究方法的不同，結(jié)果不盡相同，總的來(lái)說(shuō)，有如下3個(gè)方面的看法：少數(shù)學(xué)者依據(jù)一些品種與不育系配組的F2結(jié)實(shí)率呈3∶1分離的情況，認(rèn)為恢復(fù)性能受單基因控制[8]，沈毓渭等[9]通過(guò)誘變方法還得到了恢復(fù)性受單基因控制的恢復(fù)系T24；大部分研究者認(rèn)為野敗型胞質(zhì)雄性不育的恢復(fù)性受2對(duì)顯性基因控制[10]；還有一些學(xué)者根據(jù)F2結(jié)實(shí)率呈現(xiàn)連續(xù)分布的狀況，認(rèn)為恢復(fù)性由多基因控制[11]。實(shí)際上，大多數(shù)群體的育性分離呈雙峰連續(xù)分布，少數(shù)群體的育性分離呈典型的正態(tài)分布或多峰分布，育性群體都無(wú)明顯的可育和不育界限。在這種情況下，比較適合的分析方法是極大似然分析法。何光華等[12]采用極大似然分析法分析野敗型雜交秈稻恢復(fù)基因的遺傳，進(jìn)一步驗(yàn)證了國(guó)內(nèi)大多學(xué)者認(rèn)為恢復(fù)性由2對(duì)主基因控制的研究結(jié)果。

試驗(yàn)根據(jù)F2群體的結(jié)實(shí)率來(lái)探討10S396所含恢復(fù)基因的遺傳行為，而結(jié)實(shí)率易受環(huán)境因子的影響，F(xiàn)2群體育性表現(xiàn)為非正態(tài)的連續(xù)分布，因而采用極大似然法分析，避開(kāi)了對(duì)育性劃分標(biāo)準(zhǔn)的人為操作，得到了比較客觀的結(jié)果：10S396的恢復(fù)性能受單位點(diǎn)控制。由于10S396是經(jīng)過(guò)黑麥草DNA處理后得到的穩(wěn)定恢復(fù)系，而原來(lái)的受體V20B并不攜帶主效恢復(fù)基因，因而初步確定10S396所含恢復(fù)基因源于黑麥草。

3.2 恢復(fù)源的恢復(fù)基因效應(yīng)

前人針對(duì)恢復(fù)基因效應(yīng)的研究表明，恢復(fù)性是受單個(gè)主基因控制的，等位基因間存在顯隱關(guān)系?；謴?fù)性受2對(duì)主基因控制，基因間的關(guān)系比較復(fù)雜，等位基因間存在顯隱關(guān)系，非等位基因間存在加性及各種互作關(guān)系，不同的學(xué)者得到的研究結(jié)果大同小異。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，2對(duì)恢復(fù)基因的恢復(fù)效應(yīng)存在強(qiáng)弱之分。雷捷成等[13]認(rèn)為強(qiáng)基因的作用是弱基因的26倍；高明尉[14]認(rèn)為恢復(fù)基因存在明顯的劑量效應(yīng)；張桂權(quán)等[15]認(rèn)為存在不完全顯性作用；傅強(qiáng)[16]認(rèn)為具加性或累加作用；何光華等[12]認(rèn)為在2對(duì)基因間存在顯性上位作用，強(qiáng)基因的加性效應(yīng)是弱基因的2倍。針對(duì)10S396的研究表明，單位點(diǎn)的等位基因間存在加性效應(yīng)，目前尚未見(jiàn)到具有同類研究結(jié)果的報(bào)道。這表明10S396既具有對(duì)野敗型秈稻不育系的恢復(fù)能力，又不同于現(xiàn)已利用的恢復(fù)源，進(jìn)一步證明了10S396是一個(gè)新的恢復(fù)源。這也從另一方面反映了禾本科內(nèi)屬間植物在基因方面存在相似之處。

3.3 恢復(fù)源的獲取及利用價(jià)值

由于10S396為黑麥草總DNA通過(guò)花粉管通道法處理1個(gè)三系保持系所獲得的后代穩(wěn)定材料，通過(guò)測(cè)試證明是1個(gè)野敗型三系恢復(fù)系，并通過(guò)遺傳分析證實(shí)所含恢復(fù)基因是單位點(diǎn)控制且具加性效應(yīng)，因此從一定程度上來(lái)講，它是一個(gè)全新的恢復(fù)系，為新的雜交稻組合及新恢復(fù)系的選育提供了新的恢復(fù)源。在初步的產(chǎn)量比較試驗(yàn)中，10S396與不育系所配組合較對(duì)照品種增產(chǎn)幅度超過(guò)10%，表明該恢復(fù)源具有潛在的利用價(jià)值。同時(shí)，以10S396作為恢復(fù)基因供體進(jìn)行新恢復(fù)系的選育工作已在進(jìn)行之中。

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