通过远缘杂交创制甘蓝Ogura细胞质雄性不育的恢复材料

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ljj3061105011
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甘蓝类蔬菜(Brassica oleracea L.)是一类重要的芸薹属蔬菜,在全世界范围内广泛种植,其杂种优势十分明显。Ogura细胞质雄性不育(Ogura CMS)的不育性稳定,转育容易,是十字花科作物杂种优势利用的主要途径之一,近十年来也越来越多地用于甘蓝类蔬菜杂交种种子的生产。但Ogura细胞质雄性不育是母性遗传,所有后代均是雄性不育,无法自交分离,不利于种质资源的创新、利用。解决这一问题的有效方法是挖掘或创制Ogura CMS恢复系。此外,Ogura CMS恢复系的创制对于打破国外公司对特有资源的垄断也具有重要意义。然而,迄今为止,尚未发现在甘蓝类蔬菜中存在Ogura CMS恢复系,因此,迫切需要从其他作物中导入恢复基因,创制出甘蓝类蔬菜中Ogura CMS恢复系。目前甘蓝型油菜Ogura CMS恢复系已经成功创制并用于杂交种生产,为了获得甘蓝类蔬菜中Ogura CMS恢复材料,本研究中利用芥蓝和甘蓝型油菜恢复系进行远缘杂交,结合胚挽救手段,将甘蓝型油菜Rfo育性恢复基因导入到芥蓝中;利用分子标记对种间杂种进行前景和背景筛选,获得育性恢复的杂种后代;此外还对远缘杂交种胚挽救时期选择,种间杂种的形态特征、倍性、育性表现等进行了观察和分析。主要结果如下:1.获得了Ogura CMS芥蓝和甘蓝型油菜恢复系的种间杂种,明确了胚挽救的最佳时期。利用蕾期授粉结合胚挽救手段获得了9株Ogura CMS芥蓝和甘蓝型油菜的种间杂种,其中利用胚挽救手段获得6株,杂种获得率为2.5%;而常规授粉方法(无胚挽救)仅获得3株,杂种获得率为0.05%,与常规授粉(无胚挽救)方式相比,胚挽救手段可以有效克服远缘杂交间的生殖障碍,提高远缘杂交的结实率。9株种间杂种与生长势相关的形态特征呈现超亲优势,其余大多数植株形态特征介于双亲之间;DNA相对含量介于双亲之间,为三倍体植株。对不同离体时期胚挽救成功率进行比较后发现,授粉后10天取子房进行离体培养,10天后再剥胚培养为胚挽救最佳时期,过早进行胚挽救成活率低,过晚则大部分胚已开始败育。2.首次获得7株育性恢复的Ogura CMS芥蓝和甘蓝型油菜种间杂种,并新开发出用于种间杂种前景选择的Rfo序列特异分子标记。鉴于前人根据甘蓝型油菜设计开发的Rfo特异性分子标记在甘蓝中存在非特异性扩增,无法用于甘蓝育性恢复后代的筛选。通过比对芸薹属数据库和甘蓝重测序数据,发现在甘蓝类蔬菜中存在Rfo同源序列,序列间一致性超过89%。通过克隆测序,新开发了一对可用于甘蓝育性恢复单株筛选的Rfo序列特异分子标记(Bn RFO-AS2F/Bn RFO-NEW-R)。利用新设计开发的Rfo特异性分子标记对9株种间杂种进行筛选,7株为Rfo阳性。进一步对其育性观察发现,7株Rfo阳性单株育性均得到恢复,其余不含Rfo特异标记的2个单株均没有出现花粉。由此表明该标记可以作为Rfo基因的特异性标记,用于甘蓝育性恢复单株的筛选。在开花期,对7株Rfo阳性单株的花粉量和花粉活力进行比较,结果显示YL2和YL6育性恢复情况较好,在各个开花时期均优于其余单株;同一单株在不同开花时期育性情况也具有显著差异,开花后前12天育性较好,后期各单株的花粉量和花粉活力显著下降。3.对种间杂种回交后代进行前景和背景选择,快速筛选出既包含Rfo基因、遗传背景又与芥蓝更为接近的BC1代单株。为消除油菜染色体背景,对F1代Rfo阳性单株中育性恢复较好的单株YL2和YL6进行自交和回交授粉。YL2的三倍体植株自交授粉未获得F2代种子。秋水仙素加倍后获得1株六倍体植株(YL2-3),育性较好,可自交结实。F2代植株性状分离明显,形态学性状总体偏向甘蓝型油菜,所有植株都含有Rfo基因且均育性恢复。以CMS芥蓝为母本,YL2,YL2-3,YL6为父本进行回交,共获得35株BC1代种间杂种。利用新开发的Rfo序列特异引物(Bn RFO-AS2F/Bn RFO-NEW-R)进行前景筛选,29株含有Rfo基因。育性观察发现,29株Rfo阳性植株均表现为可育,有花粉出现,但不同单株花粉饱满程度不同。利用33对多态性SSR引物杂种后代植株进行遗传背景筛选,F1代植株的遗传背景与亲本甘蓝型油菜更为接近;而BC1代植株遗传背景差异较大。形态学观察发现,BC1代植株间形态分离明显。利用前景标记和背景标记筛选,结合形态学观察,最终获得了与芥蓝遗传背景最为相近的BC1代育性恢复单株14Y1。因此,该单株将作为重点回交对象,用于进行下一步的回交转育。
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