分子標記輔助選育顯性半矮稈粳稻不育系177A及特性分析

程 燦，劉斌美，周繼華，牛付安，儲黃偉，王新新，曹黎明*，袁 勤

（1上海市農(nóng)業(yè)科學院作物育種栽培研究所，上海201403；2中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院技術生物與農(nóng)業(yè)工程研究所，合肥230031；3上海市金山區(qū)農(nóng)業(yè)技術推廣中心，上海201500）

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分子標記輔助選育顯性半矮稈粳稻不育系177A及特性分析

程 燦1，劉斌美2，周繼華1，牛付安1，儲黃偉1，王新新3，曹黎明1*，袁 勤1

（1上海市農(nóng)業(yè)科學院作物育種栽培研究所，上海201403；2中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院技術生物與農(nóng)業(yè)工程研究所，合肥230031；3上海市金山區(qū)農(nóng)業(yè)技術推廣中心，上海201500）

摘 要：以粳稻顯性半矮稈突變體Y98149為基因供體親本與保持系8204B雜交、回交，利用分子標記輔助選擇，在BC1F5中篩選出攜帶顯性半矮稈sdt基因的粳稻新品系177，與BT型‘寒豐A’連續(xù)回交育成育性穩(wěn)定、開花習性好、配合力強的顯性半矮稈雜交粳稻不育系177A。

關鍵詞：顯性半矮稈突變體；不育系；分子標記輔助選擇

我國在水稻超高產(chǎn)育種基礎理論研究、新株型優(yōu)異種質(zhì)創(chuàng)制及育種與應用實踐等方面均取得了明顯的突破。我國現(xiàn)有粳稻種植面積700萬hm2左右，而雜交粳稻種植比例卻不足5%，相對于雜交秈稻，雜交粳稻的發(fā)展?jié)摿€很大［1-3］。目前，限制雜交粳稻應用的主要問題是雜種優(yōu)勢及生態(tài)適應性問題［4］。在上海郊區(qū)，生產(chǎn)上廣泛應用的雜交粳稻不育系與秈粳交恢復系測配時，所配組合株高容易偏高，生育期偏遲，種植時容易倒伏，增加了生產(chǎn)風險［5］，因此必須拓寬親本材料遺傳基礎，加快創(chuàng)制配合力強、聚合秈粳亞種優(yōu)異基因且綜合性狀優(yōu)良的粳稻恢復系和不育系。

顯性半矮桿基因sdt是編碼mircoRNA156的一個前體基因OsmiR156h。sdt突變體Y98149是一個功能獲得型突變，在OsmiR156h基因中插入了一段131 bp的線粒體片段，進而影響mircoRNA156前體RNA的長度，增加了OsmiR156h的表達水平，通過作用于Spl基因家族來調(diào)控分蘗、株高以及產(chǎn)量［6-7］。本研究通過分子標記輔助選擇，培育攜帶顯性半矮稈基因sdt的雜交晚粳不育系，以期降低水稻秈粳交雜種一代株高，提高抗倒伏能力。

1　材料與方法

1.1雜交、回交選擇過程

以雜交粳稻保持系8204B為輪回親本，顯性半矮稈突變體Y98149為基因供體，進行雜交、回交，F(xiàn)1、BC1F1代利用分子標記輔助選擇攜帶顯性半矮稈基因的單株，BC1F2根據(jù)分子標記輔助選擇顯性半矮稈基因型純合個體，然后連續(xù)自交，同時進行農(nóng)藝性狀和分子標記輔助篩選，獲得穩(wěn)定的優(yōu)異單株，以‘寒豐A’為不育細胞質(zhì)源轉(zhuǎn)育不育系，回交后代進行育性鑒定、配合力篩選。

1.2PCR標記引物及分子檢測方法

根據(jù)顯性半矮稈基因在染色體的位置，設計與sdt基因緊密連鎖的SSR標記5453P1（上游引物為5’-TCGATGAAGTCCCTGTACCC-3’，下游引物為5’-TGGATCTTGTTGCTGCTCTG-3’），用于分子標記輔助育種。采用CTAB法提取水稻葉片DNA［8］，PCR反應按WILLIAMS等［9］方法進行。

1.3育性鑒定方法

觀察記載生育期，盛花期隨機取10株，每株選1個穗，取穗上、中、下部穎花3朵的花藥，用1%的KI-I2溶液染色，置于100倍顯微鏡下觀察，考察花粉育性。自交不實率鑒定是在不育系開花前套袋100株，每株套1個穗，30 d后調(diào)查自交不實率。

1.4配合力測定方法

采用劉來福等［10］的方法運用DPS軟件進行親本間一般配合力和特殊配合力分析。

2　結(jié)果與分析

2.1分子標記輔助選育經(jīng)過

水稻顯性半矮稈基因sdt位于水稻第6染色體上，編碼的是水稻OsmiR156h基因。根據(jù)sdt基因的位置以及序列差異，設計多個分子標記，通過篩選獲得多態(tài)性好、檢測效果易判斷的分子標記5453P1作為選擇標記，在回交每個世代以及分離群體進行選擇，結(jié)合表型驗證，結(jié)果表明：標記選擇的準確率為96.25%（圖1，圖2）。在BC1F5群體中獲得一個性狀穩(wěn)定的矮桿株系，命名為177。以177為輪回親本，與不育系‘寒豐A’連續(xù)回交，育成了顯性半矮稈雜交晚粳不育系177A（圖3—圖5）。

圖1　標記5453P1對親本和雜交F1代部分單株擴增結(jié)果Fig.1 Detection of parents and part of individuals of hybrid F1by 5453P1

圖2　標記5453P1對BC1F2代分離群體部分單株擴增結(jié)果Fig.2 Detection of parents and part of individuals of hybrid F2segregation population by 5453P1

2.2主要特征特性

177A屬早熟晚粳BT型不育系，植株較矮，株高80 cm左右，感光性較強，在上海5月20—30日播種，8月25—30日始穗，歷期95 d左右。株型緊湊，分蘗力較強，單株穗數(shù)12.3個，穗型較大，每穗總粒數(shù)132.3粒左右，劍葉較長，葉色深，后期青桿活熟，著粒均勻，千粒重25.3 g左右。

2.3花粉育性及開花習性

177A為BT型配子體不育類型，育性穩(wěn)定，田間檢查1 054株，不育株率100%，經(jīng)鏡檢，花粉敗育率為100%，花粉敗育主要表現(xiàn)為染敗，少數(shù)為圓敗和典敗。調(diào)查自交套袋100穗，無結(jié)實粒，總穎花數(shù)13 260，自交套袋不育率100%，不育指標達到國家規(guī)定的粳型水稻三系雄性不育系標準。開花習性好，始穗至齊穗歷時6.5 d，穗頸較長，無包莖現(xiàn)象。花時集中，晴天一般10：30始花，10：50盛花，開花時間較長，穎花開穎角度大，異交結(jié)實率高，達46.7%，繁制種產(chǎn)量較高。

圖3　177A選育過程Fig.3 Breeding process of 177A

圖4　177（左）與8204B（右）植株表型Fig.4 Plant phenotype of 177（left）and 8204B（right）

圖5　177A（左）與177（右）植株表型Fig.5 Plant phenotype of 177A（left）and 177（right）

2.4株高、產(chǎn)量性狀的配合力效應分析

2014年在海南以177A、8204A、‘申9A’與不同類型的恢復系凡17、凡29、C14為親本，采用不完全雙列雜交配制組合，進行177A株高、產(chǎn)量等性狀的配合力效應分析。結(jié)果表明：顯矮不育系177A株高性狀的一般配合力（GCA）效應值最低，‘申9A’次之，8204A最高，表明177A所配制的組合株高較矮（表1）。顯矮不育系177A產(chǎn)量性狀的一般配合力（GCA）效應值較低，小于‘申9A’，但177A/C14組合的產(chǎn)量性狀的特殊配合力（SCA）效應值最高（表2）。由于一般配合力（加性效應）與特殊配合力（非加性效應）相對獨立，177A產(chǎn)量一般配合力較小，但可以具有較高的特殊配合力，表明可以通過廣泛測配獲得株高較矮的強優(yōu)勢高產(chǎn)組合。

表1　6個親本株高性狀的一般配合力（GCA）和特殊配合力效應（SCA）Table 1 Effects of general and specific combining ability of plant height in parents

表2　6個親本產(chǎn)量性狀的一般配合力（GCA）和特殊配合力效應（SCA）Table 2 Effects of general and specific combining ability of yeild character in parents

2.5新組合測配

177A/C14是矮桿秈粳交新組合，表現(xiàn)高產(chǎn)、株高適中、綜合農(nóng)藝性狀較好。該組合株高115.3 cm，抗倒性強，后期青桿活熟，全生育期155 d，比對照‘花優(yōu)14’早熟2—3 d。分蘗力強，成穗率高，粒型大，株型緊湊，葉色淡綠，熟期轉(zhuǎn)色好，灌漿速度快，結(jié)實率高。每667 m2有效穗18萬左右，每穗總粒數(shù)210粒左右，結(jié)實率80%以上，千粒重24 g，品質(zhì)好，外觀透明。田間未發(fā)現(xiàn)條紋葉枯病和稻瘟病，稻曲病發(fā)生較輕。

3　結(jié)論與討論

目前，上海市主推雜交粳稻組合為‘花優(yōu)14’‘秋優(yōu)金豐’，產(chǎn)量水平、抗性都較‘申優(yōu)’系列組合有了較大幅度提高［11］，在全市的水稻高產(chǎn)創(chuàng)建中發(fā)揮主導作用。近年來隨著秈粳交水稻新組合的研究和應用，選配的新組合產(chǎn)量水平較主推組合有較大幅度提高，上海的‘早豐優(yōu)69’、浙江的‘甬優(yōu)’系列等秈粳交組合在上海已進行高產(chǎn)示范，產(chǎn)量優(yōu)勢明顯，但由于株高偏高，后期出現(xiàn)倒伏現(xiàn)象，加大了生產(chǎn)風險。秈粳交作為雜交粳稻選育的新方向，如何解決株高偏高、生育期偏遲、難制種等問題已成為關鍵。目前，水稻育種可利用的大部分矮桿資源由隱性基因控制［12］，與隱性矮桿資源相比，顯性矮桿資源無論是數(shù)量還是研究利用方面都比較薄弱，這與已發(fā)現(xiàn)的顯性矮桿種質(zhì)資源的顯性作用不強、綜合農(nóng)藝性狀較差有關［13-14］。顯性半矮桿突變體Y98149矮生性受1對顯性核基因控制，由該突變體選育的一些育種中間材料可有效地降低秈粳雜種F1代株高［15-16］。

本研究通過分子標記輔助選擇育成的攜帶顯性半矮桿基因的粳稻不育系177A，將有利于解決秈粳交F1代株高偏高的問題，同時在配組時也擴大了粳稻恢復系的選擇范圍，拓寬了雜交粳稻育種遺傳背景。177A與C14等秈粳交恢復系測配的新組合株高適中，抗倒性較強，減少了生產(chǎn)應用上的倒伏風險；同時177A為早熟晚粳類型不育系且花時早，與秈粳交恢復系花期花時較為一致，可以在一定程度上解決粳秈交配組的制種難題，因此177A在雜交粳稻育種中具有一定的利用價值。

參 考 文 獻

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（責任編輯：閆其濤）

Breeding of a japonica CMS line 177A with dominant semi-dwarf gene by molecular marker-assisted selection and its characteristics

CHENG Can1，LIU Bin-mei2，ZHOU Ji-hua1，NIU Fu-an1，CHU Huang-wei1，WANG Xin-xin3，CAO Li-ming1*，YUAN Qin1
（1Crop Breeding and Cultivation Research Institute，Shanghai Academy of Agricultural Sciences，Shanghai 201403，China；2Institute of Technical Biology & Agriculture Engineering，Hefei Institutes of Physical Science，Chinese Academy of Sciences，Hefei 230031，China；3Jinshan District Agro-Technology Extension Center，Shanghai 201500，China）

Abstract：Using marker-assisted selection，a new dominant semi-dwarf japonica lines 177 was obtained from the BC1F5population which derived from the cross using the dominant semi-dwarf mutant Y98149 as the donor and maintainer line 8204B as the recipient.Subsequently，using the BT-type male sterile cytoplasm donor‘Hanfeng A’as female parent，177 as the recurrent parent，a dominant semi-dwarf hybrid japonica rice sterile lines 177A，with stable fertility，good flowering habit and combining ability，was successfully developed.

Key words：Dominant semi-dwarf mutant；CMS line；Molecular marker assisted selection

中圖分類號：S511.035

文獻標識碼：A

文章編號：1000-3924（2016）03-014-04

DOI：10.15955/j.issn1000-3924.2016.03.03

收稿日期：2015-11-02

基金項目：顯性半矮稈粳稻育種新材料創(chuàng)制與評價［滬農(nóng)青字（2014）第1-1號］；上海市科技興農(nóng)重點攻關項目［滬農(nóng)科攻字（2013）第1-3號］；上海市水稻產(chǎn)業(yè)技術體系建設項目；上海市科技創(chuàng)新行動計劃崇明科技專項（13391912302）；上海市科技攻關項目（14391901000）；閔行科技項目（2015MH231）

作者簡介：程燦（1980—），男，碩士，副研究員，從事雜交粳稻育種工作。E-mail：chengcan222@126.com*通信作者，Tel：021-62202789，E-mail：clm079@163.com