水稻廣親和品系HDH73 的創(chuàng)制和鑒定

夏明元，李進(jìn)波，戚華雄

（湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所∕糧食作物種質(zhì)創(chuàng)新與遺傳改良湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430064）

水稻（Oryza sativaL.）是世界上重要的糧食作物之一，提高單產(chǎn)一直是水稻育種研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。袁隆平將雜交稻的發(fā)展分為3 個(gè)階段，即品種間雜種優(yōu)勢(shì)利用、亞種間雜種優(yōu)勢(shì)利用和遠(yuǎn)緣雜種優(yōu)勢(shì)利用［1］。目前，中國(guó)生產(chǎn)上大面積推廣種植的雜交稻主要是品種間雜交種，通過品種選育已難以持續(xù)提高單產(chǎn)。秈粳亞種間的雜種一代具有比品種間雜種更強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，但其雜種F1代存在株高偏高、生育期超親晚熟、結(jié)實(shí)率偏低以及子粒充實(shí)度較差等問題，其中結(jié)實(shí)率偏低是亞種間雜種優(yōu)勢(shì)利用的主要障礙［2］。

1982年日本學(xué)者Ikehashi 和Araki 首次提出廣親和基因，并對(duì)利用廣親和基因克服秈粳亞種間雜種的不育性進(jìn)行了研究［3］。隨后，國(guó)內(nèi)外科學(xué)家對(duì)該位點(diǎn)展開了進(jìn)一步研究，最終發(fā)現(xiàn)該位點(diǎn)由3 個(gè)連鎖基因組成，形成1 個(gè)殺手-保護(hù)者互作的生殖隔離體系，繼而調(diào)控水稻秈粳雜種雌配子的育性和偏分離［4，5］。國(guó)內(nèi)外科學(xué)家利用廣親和材料在亞種間雜種優(yōu)勢(shì)利用方面開展了大量的研究，但育種工作進(jìn)展緩慢。直至近10 多年來，寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)院、中國(guó)水稻研究所等單位利用常規(guī)育種技術(shù)創(chuàng)制出了一批秈粳中間型廣親和恢復(fù)系，通過與粳型不育系配組，選育出了甬優(yōu)系列和春優(yōu)系列等較典型的秈粳亞種間雜交稻并在生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用［6-8］。因此，創(chuàng)制綜合性狀優(yōu)良的廣親和材料是開展亞種間雜種優(yōu)勢(shì)利用研究的前提。課題組以優(yōu)良秈粳雜交組合甬優(yōu)4949 為材料，利用花藥培養(yǎng)技術(shù)獲得了一批雙單倍體材料［9］，從中選育出若干份綜合性狀較好的秈粳中間型材料，其中一些攜帶有廣親和基因。本研究對(duì)其中的1 份攜帶有廣親和基因的中間材料HDH73 的秈粳屬性進(jìn)行遺傳分析并對(duì)其雜交組合的農(nóng)藝形狀進(jìn)行初步鑒定，以確定其育種價(jià)值。

1 材料和方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)材料HDH73 是綜合性狀較好并攜帶廣親和基因的育種中間材料，長(zhǎng)粒粳S 是粳型光溫敏不育系，均由湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所選育；廣3S 是廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所育成的光溫敏核不育系。2019年3月中旬在海南省利用廣3S和長(zhǎng)粒粳S 分別與HDH73 配制F1代種子。

1.2 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2019年5月20日在武漢市播種親本和雜交組合。所有材料按常規(guī)方式播種和移栽，每份材料按順序種植，每小區(qū)種植3 行，每行10 株，株行距為16.7 cm×20.0 cm，常規(guī)田間管理，成熟后調(diào)查農(nóng)藝性狀并記錄結(jié)果。

1.3 單核苷酸多態(tài)性（Single nucleotide polymor?phism，SNP）分析

水稻高通量SNP 分型由武漢基諾賽克科技有限公司完成。根據(jù)水稻重測(cè)序數(shù)據(jù)分析全基因組SNP，設(shè)計(jì)SNP 標(biāo)記。在苗期分別取HDH73、長(zhǎng)粒粳S、廣3S 的葉片提取基因組DNA，其后進(jìn)行文庫構(gòu)建與測(cè)序，最后進(jìn)行目標(biāo)位點(diǎn)基因型分析。

1.4 主要農(nóng)藝性狀調(diào)查

水稻成熟后，每份材料取中間行的典型單株5株，分別考察植株的株高、有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)和千粒重等產(chǎn)量性狀，其中不育系的千粒重參照海南繁殖種子考種數(shù)據(jù)。利用Microsoft office 2003 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 HDH73 的秈粳屬性的遺傳分析

根據(jù)水稻重測(cè)序數(shù)據(jù)分析，設(shè)計(jì)1 148 個(gè)SNP標(biāo)記用于水稻高通量SNP 分型。參照水稻基因組（MSU RGAP6.1），分別比較日本晴與廣3S、長(zhǎng)粒粳S和HDH73 的位點(diǎn)信息。從表1 中可以看出，廣3S與日本晴的多態(tài)性較高，長(zhǎng)粒粳S 的多態(tài)性較低，而HDH73 的多態(tài)性居中。由此可以初步判斷，廣3S、長(zhǎng)粒粳S 分別為秈稻和粳稻品系，HDH73 為偏粳品系。

表1 供試材料與日本晴SNP 標(biāo)記的多態(tài)性分析

利用日本晴和明恢63 之間以及日本晴和珍汕97B 之間具有多態(tài)性的SNP 標(biāo)記進(jìn)一步分析供試材料的遺傳背景。分析結(jié)果（表2）表明，證實(shí)了廣3S、長(zhǎng)粒粳S 分別為秈稻品系和粳稻品系；HDH73的秈粳成分分別占比為1∕3 和2∕3，為偏粳品系。

表2 供試材料與對(duì)照品種SNP 標(biāo)記的多態(tài)性分析

甬優(yōu)系列組合的秈粳屬性主要為中間型或偏粳型［10］，HDH73 的秈粳屬性為偏粳型主要是雜交組合的基因型決定的，同時(shí)由于HDH73 是利用花藥培養(yǎng)技術(shù)育成的，因此，花藥培養(yǎng)過程中粳型基因型的優(yōu)先選擇也可能有一定的作用。

2.2 親本和雜交組合的主要農(nóng)藝性狀調(diào)查

從表3 可以看出，雜交組合廣3S∕HDH73 和長(zhǎng)粒粳S∕HDH73 在生育期、植株株高等方面與現(xiàn)有的中秈雜交稻組合相當(dāng)，結(jié)實(shí)率正?？捎?，沒有出現(xiàn)典型的秈粳交組合存在的問題。比較雜交組合的產(chǎn)量性狀，廣3S∕HDH73 比長(zhǎng)粒粳S∕HDH73 具有更多的有效穗數(shù)和每穗總粒數(shù)，因此，廣3S∕HDH73 雜種優(yōu)勢(shì)更強(qiáng)，這點(diǎn)與其親本間具有較大的遺傳距離相吻合。由此說明，可以利用HDH73 作為廣親和供體材料用于水稻廣親和品種的選育。

表3 親本和雜交組合農(nóng)藝性狀考種結(jié)果

3 討論

現(xiàn)代水稻品種改良在秈稻中滲入粳稻血緣或在粳稻中滲入秈稻血緣已成為一種趨勢(shì)，很多在生產(chǎn)中推廣種植的水稻品種都與部分利用亞種間雜種優(yōu)勢(shì)有關(guān)。甬優(yōu)系列和春優(yōu)系列等雜交稻組合則是較典型的秈粳亞種間雜交稻，這些雜交稻組合的親本之一并不是典型的秈稻或粳稻，因此，這類雜交組合不是完全的秈粳亞種間雜交稻［6］。水稻秈粳亞種間雜交稻的主要障礙是雜種不育，其雜種不育是由多種原因造成的，因此完全的秈粳亞種間雜種優(yōu)勢(shì)的利用還有大量的工作要做。

水稻秈粳亞種間雜種優(yōu)勢(shì)的利用一直是育種家研究的重點(diǎn)。近年來，開發(fā)了S5等位基因的功能標(biāo)記［11］，利用這些標(biāo)記可以開展廣親和材料的篩選以及分子標(biāo)記輔助選擇育種。但水稻秈粳亞種間雜種優(yōu)勢(shì)的利用僅依靠單個(gè)S5-n基因很難解決雜種不育的根本問題。本研究創(chuàng)制的廣親和材料HDH73具有農(nóng)藝性狀和廣親和性較好的特點(diǎn)。下一步計(jì)劃利用HDH73 創(chuàng)制大量攜帶有S5-n基因的秈滲粳或粳滲秈的親本材料，再與典型的秈稻或粳稻配組，然后將雜交組合在不同生態(tài)條件下進(jìn)行田間鑒定，最終選育出秈粳亞種間雜交組合。此外，可以利用SNP 標(biāo)記或其他的分子標(biāo)記分析不同親本之間的遺傳差異，開展雜種優(yōu)勢(shì)的預(yù)測(cè)，確保所育成的秈粳亞種間雜交組合具有較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)。