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水稻是重要的粮食作物之一,全世界约有一半以上人口以稻米为食。利用水稻雄性不育系配制杂交种,实现了水稻的杂种优势,可以使水稻的产量大幅提高。单片段代换系消除了遗传背景的干扰,是研究不同不育细胞质遗传效应和育性恢复基因等位性变异的优良材料。本研究以野败型、矮败型、Y型三种不育细胞质的四个不育系博白A、珍汕97A、Y华农A、协青早A和单片段代换系、双片段聚合系及华粳籼74为试材,研究了不同来源的水稻细胞质雄性不育性恢复基因的遗传效应,获得了华粳籼74遗传背景的不育系、保持系和恢复系,初步构建了水稻“三系”的分子设计育种平台。
1.从均匀分布于水稻12条染色体上的845个SSR标记,筛选出华粳籼74与不育系博白A、珍汕97A、Y华农A和协青早A的多态性标记分别为212个、205个、223个和205个;多态率分别为25.9％、24.26％、26.39％和24.26％。利用这些多态性标记跟踪分析分离世代中来自不育系的代换片段和目标基因型。
2.在华粳籼74的遗传背景下,四个不育系可恢复性程度存在差异。四个不育系的可恢复性依次为:协青早A＞博白A＞珍汕97A＞Y华农A,即Y华农A的不育性最难恢复,而协青早A的不育性最易恢复。博白A和珍汕97A虽然同属于野败型不育细胞质,但其不育特性存在着一定的差异。
3.在华粳籼74的遗传背景下,不同来源的恢复基因其恢复力存在差异。携带1和2级恢复力恢复基因的8个双片段聚合系(C编号)和3个单片段代换系(P编号)具有较弱的恢复力,携带Rf34Rf44的P46,其恢复力强于携带Rf34Rf41的P36。P46的恢复力最强,是一个具有强恢复力的恢复系。
4.利用P46与四个不育系连续回交,在BC3F2中分离出携带来自不育系的不育细胞质和ry3rf3/rf4rf4基因型的不育株。不育株的遗传背景分析表明,4个不育系来源的不育株,其遗传背景片段数平均为0.29-1.50。通过对不育株的花粉育性检测,从珍汕97A、协青早A、Y华农A和博白A中,分离筛选出花粉典败率为100％的不育株73、65、39和27。这些不育株的不育特性与其来源的不育系相似。
5.以华粳籼74为细胞质供体,在BC3F2中分离出携带来自不育系的rf3rf3/rf4rf4基因型的植株。遗传背景分析表明,4个不育系来源的植株中,其遗传背景片段数平均为0.27-1.52。这些植株的自然结实率正常,可以作为保持系。
以华粳籼74为遗传背景的单片段代换系中,筛选出强恢复力的恢复基因,育成了强恢力的CMS恢复系P46。通过把4个不育系的不育细胞质和rf3rf3/rf4rf4基因型转移到华粳籼74遗传背景中,育成了一批CMS不育株。通过把4个不育系的rf3rf3/rf4rf4基因型转移到华粳籼74遗传背景中,育成了一批具有华粳籼74为可育胞质和遗传背景的CMS保持株。这些以华粳籼74为遗传背景的水稻CMS“三系”植株的获得,结合本实验室构建的基于华粳籼74单片段代换系文库的水稻分子设计育种平台,将能有效地开展水稻“三系”的分子设计育种,为杂交水稻的品种设计奠定基础。