甘藍(lán)型油菜溫敏核不育系100S的遺傳特性分析

陶芬芳，楊學(xué)樂，彭燁，鄔賢夢

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南 長沙 410128)

?

甘藍(lán)型油菜溫敏核不育系100S的遺傳特性分析

陶芬芳，楊學(xué)樂，彭燁，鄔賢夢*

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南 長沙 410128)

摘 要：100S是一個甘藍(lán)型油菜新型溫敏核不育系。利用油菜2個自交系(09157和09254)、3個溫敏核不育系(湘油402S、104S和Z094S)和4個隱性核不育系(402AB、104AB、209AB和127AB)與之測交進(jìn)行遺傳分析。結(jié)果表明，100S的育性受2對隱性不育基因和2對主效溫敏基因及微效基因的共同調(diào)控，而不受細(xì)胞質(zhì)的影響?；虻任恍苑治霰砻?，100S與溫敏核不育系湘油402S、104S、Z09S的育性受不同的遺傳系統(tǒng)調(diào)控，它們的不育基因均為非等位基因，同時(shí)100S的溫敏基因?qū)ζ渌挥档牟挥虿黄鹫{(diào)控作用，且其他不育系的溫敏基因?qū)?00S的不育基因也不起調(diào)控作用。100S的不育基因與隱性核不育系127A的不育基因?yàn)榈任换颍?00S的溫敏基因?qū)?27A的育性具有調(diào)控作用。繼續(xù)用100S與127B進(jìn)行測交，其后代的育性調(diào)查進(jìn)一步驗(yàn)證了上述結(jié)果。

關(guān) 鍵 詞：甘藍(lán)型油菜；溫敏核不育；育性基因；基因?qū)?shù)；基因等位性

投稿網(wǎng)址：http://xb.ijournal.cn

油菜生態(tài)雄性不育二系法的研究起始于20世紀(jì)90年代初，先后發(fā)現(xiàn)和選育出了一系列生態(tài)雄性不育系，如湘油91S[1]、373S[2]、417S[3]、H90S[4]、K121S[5]、湘油402S[6]、N196S[7]和104S[8]等。油菜溫敏核不育系是生態(tài)雄性不育系的一種，這類不育系的育性受核不育基因和溫敏基因的共同調(diào)控，環(huán)境溫度的變化是導(dǎo)致其育性改變的主要外因[1]，因其不育基因?yàn)殡[性基因，一般品種都可作為它的恢復(fù)系，因此恢復(fù)源廣，易于選育出優(yōu)勢組合。

100S是2009年春季發(fā)現(xiàn)的一個新的油菜溫敏不育系。初步研究表明，該不育系屬低溫可育、高溫不育的生態(tài)不育類型，即當(dāng)不育系花芽發(fā)育階段處于低溫環(huán)境下表現(xiàn)為可育狀態(tài)，而處于高溫環(huán)境下則表現(xiàn)不育；當(dāng)環(huán)境溫度高于某一上限溫度時(shí)，該不育系處于徹底不育狀態(tài)；當(dāng)環(huán)境溫度低于某一下限溫度時(shí)，不育系則表現(xiàn)為完全可育；當(dāng)環(huán)境溫度處于下限溫度至上限溫度之間時(shí)，不育系表現(xiàn)為半不育。利用此特點(diǎn)，該不育系在長江中游地區(qū)9月下旬至10月上旬播種，花芽發(fā)育大約在12月底至翌年2月初，處于低溫階段，所開之花大部分為可育花，能正常結(jié)實(shí)進(jìn)行繁殖；在西北地區(qū)，如甘肅和青海等地，于5月中旬播種，花芽發(fā)育大約在7月底至8月下旬，此階段平均氣溫較高，不育系處于不育狀態(tài)，可進(jìn)行雜交制種，從而達(dá)到“一系兩用”的目的。本研究在以往研究的基礎(chǔ)上，對100S進(jìn)行較為系統(tǒng)的遺傳分析，以明確其遺傳特性，旨在為該材料的下一步研究和開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料

甘藍(lán)型油菜自交系09117(波里馬胞質(zhì)不育系的保持系)、09254(波里馬胞質(zhì)不育系的恢復(fù)系)；溫敏核不育系100S、湘油402S(育性由2對隱性核不育基因和2對主效溫敏基因共同控制)[6]、104S(育性由1對隱性核不育基因和1對主效溫敏基因共同控制)[8]、Z09S(育性由2對隱性核不育基因和1對主效溫敏基因共同控制，已完成遺傳分析，論文待發(fā)表)；隱性核不育二型系湘油402AB(育性由2對隱性核不育基因控制)[6]、104AB(育性由1對隱性核不育基因控制)[8]、Z09AB和127AB。湘油402S和湘油402AB來自湖南省作物研究所，其余材料均由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)油料作物研究所和國家油料改良中心湖南分中心提供。

1.2方法

1.2.1育性調(diào)查

由于油菜溫敏核不育系的育性受環(huán)境溫度的調(diào)控，在育性表型上隨環(huán)境溫度的變化有3種表現(xiàn)：一是完全可育狀態(tài)，與正常可育材料在花器上沒有區(qū)別，花粉量大；二是半不育狀態(tài)，可觀察到在不育系的花朵中，6枚雄蕊有些已經(jīng)退化，花粉量較少或有微量花粉；三是徹底不育狀態(tài)，沒有花粉，與隱性核不育材料的不育株在花器上相似。油菜溫敏核不育系在長江中游地區(qū)秋季播種的情況下，第二年春季所開的花大部分為可育花，少部分為半不育花，徹底不育花很少。在長沙地區(qū)秋季播種，對溫敏核不育雜交后代的分離群體進(jìn)行育性調(diào)查，首先要將正?？捎?、溫敏不育株和徹底不育株區(qū)分開來。育性調(diào)查從群體始花期開始，先確認(rèn)徹底不育株。由于徹底不育株在整個花期雄蕊都已退化為小三角形狀，沒有花粉，而溫敏不育株在開花前期有較多花粉，后期則處于半不育狀態(tài)，因此，能將二者輕易區(qū)分開來。對溫敏不育株與正?？捎?，開花前期逐株調(diào)查，凡花朵中有雄蕊退化的單株，即標(biāo)記為溫敏不育株，對于不能確認(rèn)的單株則全部進(jìn)行割蔸處理，切除上部分枝，之后澆少量尿素水，以利于重新發(fā)枝，重新發(fā)出的分枝上所開花朵均是在較高溫度條件下形成的，因此，可以通過調(diào)查每個單株是否有雄蕊退化花朵來確認(rèn)溫敏不育株和正?？捎?。

1.2.2育性遺傳分析

2010年春季，在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)油菜試驗(yàn)基地用100S與自交系09117和09254分別進(jìn)行正、反交，獲得相應(yīng)的F1代種子；2010年夏季，在云南昆明進(jìn)行夏繁，調(diào)查各組合F1代育性，并套袋自交，獲得F2代種子；2010年秋季，在長沙播種；2011年春季調(diào)查各組合F2代育性。調(diào)查結(jié)果進(jìn)行適合性測驗(yàn)[9]。

1.2.3育性相關(guān)基因的等位性分析

2010年春季分別配制100S×湘油402S、100S× 104S、100S×Z09S、湘油402A×100S、104A×100S、Z09A×100S、127A×100S，獲得相應(yīng)的F1代種子；2010年夏季，在云南昆明進(jìn)行夏繁，調(diào)查各組合F1代育性，并套袋自交，獲得F2代種子；2010年秋季，在長沙播種；2011年春季，調(diào)查各組合F2代育性。調(diào)查結(jié)果進(jìn)行適合性測驗(yàn)。2012年春季配制組合100S×127B；2013年春季調(diào)查F1代育性，并選可育株套袋自交；2014年調(diào)查F2代育性。調(diào)查結(jié)果進(jìn)行卡方適合性測驗(yàn)。

2　結(jié)果與分析

2.1100S的育性遺傳特性

表1列出了100S與測交系09117和09254正、反交的F1的育性調(diào)查結(jié)果。在4個組合的F1代群體中所有植株均表現(xiàn)為可育，沒有發(fā)現(xiàn)溫敏不育株和徹底不育株，說明100S的育性不受細(xì)胞質(zhì)的影響，且不育基因?yàn)殡[性基因。

表1　用100S配制的各測交組合F1代的育性表現(xiàn)Table 1　The fertility of F1generation of test-crossing combinations w ith 100S

在上述各測交組合的F2代群體中，均發(fā)現(xiàn)了可育株、溫敏不育株和徹底不育株(表2)。用卡方適合性測驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，4個組合的可育株與不育株的比例均符合15∶1，這一結(jié)果說明，100S的育性受隱性核不育基因和溫敏基因共同調(diào)控，且不育基因?yàn)?對隱性基因。

表2　各測交組合F2代的育性表現(xiàn)Tab le 2　The fertility of F2 generation of test-crossing combinations w ith 100S

分析4個組合F2代群體中的溫敏不育株與徹底不育株的分布情況(表3)，卡方測驗(yàn)表明，4個群體中的溫敏不育株與徹底不育株的比例均符合15∶1分離比例，說明調(diào)控100S育性變化的溫敏基因?yàn)?對主效基因。

表3　100S與測交系正、反交F2代中不育株的分布情況Table 3　The distributions of male sterile p lants w ith different sterile degree in F2generations

2.2100S育性相關(guān)基因的等位性分析

表4列出了幾個不育系雜交后代的育性表現(xiàn)。在所有的組合中，除100S×127B和127A×100S外，其他組合的F1代植株均表現(xiàn)正?？捎?，說明它們的不育基因均為非等位基因。

表4　100S基因等位性測驗(yàn)后代的育性表現(xiàn)Table 4　The fertility of offspring for gene allelism test of 100S

目前已經(jīng)明確，湘油402S的育性由2對隱性核不育基因和2對主效溫敏基因共同控制；104S的育性由1對隱性核不育基因和1對主效溫敏基因共同控制；Z09S的育性由2對隱性核不育基因和1對主效溫敏基因共同控制。假設(shè)100S和湘油402S、104S、Z09S的溫敏基因只對其相應(yīng)的不育基因起調(diào)控作用，則其期望比例如表4所示。用卡方適合性測驗(yàn)進(jìn)行檢測，這些組合的育性分離均符合相應(yīng)的期望比例，說明100S與這些不育系的育性是受不同的遺傳系統(tǒng)調(diào)控的，同時(shí)100S的溫敏基因?qū)λ鼈兊牟挥虿黄鹱饔?，反之，它們的溫敏基因?qū)?00S也不起作用。

在組合100S×127B的F1代群體中，未發(fā)現(xiàn)徹底不育株，可育株和溫敏不育株分別為58株和55株，符合1∶1的分離比例(χc2值為0.035 4，χ20.05,1為3.84，χc2小于χ20.05,1)，而在組合127A×100S的F1代和F2代群體中均未發(fā)現(xiàn)可育株，說明127A和100S的不育基因?yàn)榈任换?，同時(shí)100S中的溫敏基因?qū)?27A的不育基因具有調(diào)控作用，其F2代中的溫敏不育株與徹底不育株的比例符合15∶1的期望值，這進(jìn)一步驗(yàn)證了表2中對100S溫敏基因的遺傳分析結(jié)果。

3　結(jié)論與討論

自1986年石明松等[10]發(fā)現(xiàn)水稻光敏核不育系農(nóng)墾58S以來，對作物生態(tài)雄性不育的研究受到了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)和育成的幾個油菜生態(tài)雄性不育系，如湘油91S、湘油402S、104S、417S等，它們的遺傳特性已有了比較明確的結(jié)論。席代汶等[11]對湘油91S進(jìn)行遺傳分析，結(jié)果表明湘油91S的基因型由隱性核不育基因和溫敏基因組成，即它的育性受隱性核不育基因和溫敏基因共同控制，并推斷不育基因ms有1～4對，溫敏基因Ts有1～2對。鄔賢夢等[8]對溫敏核不育系104S進(jìn)行了遺傳分析，結(jié)果表明，104S的育性受1對隱性不育基因和1對主效基因及若干微效溫敏基因共同控制，而且104S的不育基因與溫敏核不育系湘油402S中的不育基因?yàn)榉堑任换?，兩者的溫敏基因也只對其相對?yīng)的不育基因起調(diào)控作用，而對其他不育基因不起作用。董軍剛等[12]對417S的遺傳分析結(jié)果表明，417S的溫敏不育為隱性性狀，且受細(xì)胞質(zhì)和2對等位重疊核基因控制，417S為高溫敏感型。

本研究結(jié)果表明，100S的不育基因與隱性核不育系127A的不育基因?yàn)榈任换?，?00S的溫敏基因?qū)?27A的育性具有調(diào)控作用。就127A的不育基因來源而言，127A是從油研七號的分離后代群體中選育而成，因此，127A的不育基因應(yīng)該與油研七號的母本22A及其不育基因的來源117A[13]的不育基因均具有等位性。從現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的幾組溫敏核不育系和隱性核不育系湘油402S和湘油402A、104S和104A、Z09S和Z09A的對應(yīng)關(guān)系來看，各溫敏核不育系的溫敏基因?qū)ο鄳?yīng)的隱性不育基因均具有上位抑制作用，但不同的溫敏基因?qū)ζ渌麃碓吹牟挥虿⒉痪哂姓{(diào)控作用，說明油菜的隱性不育基因和溫敏基因的多樣性及溫敏基因?qū)Σ挥蛘{(diào)控作用的專一性。100S的發(fā)現(xiàn)和遺傳研究為溫敏核不育與隱性核不育的對應(yīng)關(guān)系提供了新的證據(jù)。對于100S，遺傳分析僅僅是一個起步，仍有許多方面值得深入研究，如100S育性轉(zhuǎn)換臨界溫度的確定，不育基因和溫敏基因的精細(xì)定位和克隆等。

100S的發(fā)現(xiàn)和選育為油菜生態(tài)核不育二系法育種提供了新的資源。對于100S的應(yīng)用，可以考慮以下途徑：一是直接進(jìn)行“一系兩用”，廣泛測交，以篩選強(qiáng)優(yōu)勢組合，采用“南繁北制”構(gòu)建其實(shí)用技術(shù)體系；二是作為波里馬胞質(zhì)不育系的保持系，以選育無微量花粉的穩(wěn)定胞質(zhì)不育系，進(jìn)行三系利用，其育種程序可參考湘油66A的選育[14]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 席代汶，陳衛(wèi)江，易冬蓮，等．甘藍(lán)型油菜細(xì)胞核生態(tài)雄性不育及利用研究Ⅰ．湘油91S選育及分類鑒定[J]．湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，1996(3)：4–5．

[2] 于澄宇，李瑋，常建軍，等．油菜溫敏雄性不育系373S的選育[J]．中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2007，23(7)：245–248．

[3] 董軍剛，董振生，劉創(chuàng)社，等．甘藍(lán)型油菜溫敏不育系417S選育與鑒定[J]．中國油料作物學(xué)報(bào)，2008，30(3)：306–311．

[4] 王華，湯小華，李厚英，等．油菜生態(tài)雄性不育材料H90S溫光特性研究[J]．作物研究，2003，17(4)：24–27．

[5] 李石開，蘇振喜，吳學(xué)英．油菜K121S溫敏核不育的遺傳初探[J]．西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2004，17(21)：49–54．

[6] 鄔賢夢，席代汶，寧祖良，等．甘藍(lán)型油菜溫敏核不育系湘油402S的選育[J]．中國油料作物學(xué)報(bào)，2005，27(3)：74–76．

[7] 劉尊文，吳平，袁衛(wèi)紅，等．甘藍(lán)型油菜光溫敏核不育兩用系N196S的選育[J]．江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，28(5)：654–657．

[8] 鄔賢夢，肖鋼，官春云．甘藍(lán)型油菜溫敏核不育材料104S的發(fā)現(xiàn)及遺傳特性分析[J]．湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，35(6)：597–601．

[9] 明道緒．田間試驗(yàn)與統(tǒng)計(jì)分析[M]．北京：科學(xué)出版社，2007．

[10] 石明松，鄧景揚(yáng)．湖北光周期敏感核不育的發(fā)現(xiàn)、鑒定及其利用途徑[J]．遺傳學(xué)報(bào)，1986，13(2)：107–112．

[11] 席代汶，陳衛(wèi)江，寧祖良，等．甘藍(lán)型油菜細(xì)胞核生態(tài)雄性不育及利用研究Ⅲ．湘油91S的遺傳分析[J]．湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，1996(5)：12–14．

[12] 董軍剛，李紅兵，劉創(chuàng)社，等．甘藍(lán)型油菜溫敏不育系417S育性遺傳及RAPD分析[J]．西北植物學(xué)報(bào)，2008，28(7)：1289–1295．

[13] 侯國佐，杜才富．雙低雜交油研七號選育研究[J]．種子，1997，87(1)：26–28．

[14] 鄔賢夢，席代汶，寧祖良，等．甘藍(lán)型油菜無微量花粉細(xì)胞雄性不育系湘油66A的選育[J]．湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006，32(4)：347–351．

責(zé)任編輯：尹小紅英文編輯：梁 和

Analysis of the inherited character of a thermo-sensitive genic male sterile line 100S in Brassica napus

Tao Fenfang，Yang Xuele，Peng Ye，Wu Xianmeng*
(College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)

Abstract:100S is a new thermo-sensitive genic male sterile line of Brassica napus. Two rapeseed inbreeding lines(09157and 09254), three thermo-sensitive genic male sterile lines(Xiangyou 402S, 104S and Z094S) and four recessive genic male sterile lines (402AB, 104AB, 209AB and 127AB) were used for the test crossings with 100S and genetic analysis. The results showed that the fertility of 100S was controlled jointly by two pairs of recessive male sterile genes and two pairs of main effective thermo-sensitive genes, there was no effect of the cytoplasm in 100S. The fertility of 100S and Xiangyou 402S, 104S and Z09S was regulated by different genetic systems. Their male sterile genes were not allelic. The thermo-sensitive genes of 100S couldn’t regulate the male sterile genes of Xiangyou 402S, 104S and Z09S, and the thermo-sensitive genes of Xiangyou 402S, 104S and Z09S had no effects on 100S infertility genes too. The male sterile genes of 100S and the male genes of recessive genic male sterile line 127A were allelic. The thermo-sensitive genes of 100S could control the fertility of 127A. The above conclusions were further validated by the investigation of inheritance in the offspring from the combination ‘100S×127B’.

Keywords:Brassica napus; thermo-sensitive genic male sterility; fertility genes; number of genes; gene allelism

中圖分類號：S565.403

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1007?1032(2016)02?0125?04

收稿日期：2015–09–17 修回日期： 2016–03–01

基金項(xiàng)目：國家“863”計(jì)劃項(xiàng)目(2011AA10A104)；國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAD36B04)

作者簡介：陶芬芳(1991—)，女，湖南新邵人，碩士研究生，主要從事油菜遺傳育種研究， 1453282987@qq.com；*通信作者，鄔賢夢，教授，主要從事油菜遺傳育種研究，wuxm126@163.com