專利名稱：一種核質(zhì)互作雄性不育系的育種方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雜交作物的育種方法，尤其涉及一種核質(zhì)互作雄性不育系系統(tǒng)以不育細(xì)胞質(zhì)為選擇背景的雜交作物雄性不育系的育種方法。
背景技術(shù)：
人們早已發(fā)現(xiàn)雜種的自花授粉植物具有包括許多優(yōu)良性狀的雜種優(yōu)勢。雄性不育系由于可免除人工去雄、節(jié)約人力、降低種子成本、保證種子純度，從而在育種領(lǐng)域得到廣泛的重視。降低雜交種子制種成本，提高配組自由度，提高雜種優(yōu)勢水平，選育出生產(chǎn)上要求的各類型優(yōu)良雜交組合是農(nóng)作物雜種優(yōu)勢利用的發(fā)展趨勢。以細(xì)胞核質(zhì)互作雄性不育系為基礎(chǔ)的三系法是利用雜種優(yōu)勢的有效途徑。三系法雜種優(yōu)勢的缺點(diǎn)是可利用的親本有限。以水稻(Oryza sativa L.)為例，常規(guī)秈稻品種中，·野敗保持系頻率低于O. 1%。目前可利用的優(yōu)良的水稻核質(zhì)互作型雄性不育系有限，不育系間遺傳差異小，類型相似。難以將存在于各種水稻核質(zhì)互作型雄性不育系中的優(yōu)良性狀綜合在一起，導(dǎo)致現(xiàn)有優(yōu)良雜交水稻組合的產(chǎn)量，適應(yīng)性、抗病蟲性、稻米品質(zhì)等不能滿足各地對水稻生產(chǎn)的不同要求。高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的雜交粳稻組合和適合長江流域作雙季早稻的早中熟組合較缺乏。在自然界中核質(zhì)互作雄性不育類型非常豐富，植物進(jìn)化過程中由于生殖隔離等原因，種間，亞種間，甚至品種間雜交等都能產(chǎn)生細(xì)胞核質(zhì)互作雄性不育。細(xì)胞質(zhì)的提供親本和細(xì)胞核的提供親本遺傳距離大的不育細(xì)胞質(zhì)，易找到完全不育保持系，但一般難以恢復(fù)，配組欠自由。細(xì)胞質(zhì)的提供親本和細(xì)胞核的提供親本遺傳距離小的不育細(xì)胞質(zhì)，它們的不育系大多敗育不徹底，難找到保持系。一般來說，一個(gè)水稻優(yōu)良核質(zhì)互作型雄性不育系要求不育性穩(wěn)定，敗育徹底，受環(huán)境條件影響小，花粉不育度> 99. 5%；性狀指標(biāo)上體現(xiàn)在開花習(xí)性良好，柱頭大而外露，張穎角度大、時(shí)間長，花時(shí)集中；一般配合力強(qiáng)；株葉型好，抗性和米質(zhì)好。實(shí)踐中一些不育細(xì)胞質(zhì)源在現(xiàn)有作物品種中難以測到完全保持系，因此沒能得到利用，主要原因并不是細(xì)胞質(zhì)不育基因敗育不徹底，而是細(xì)胞核基因中的微效可育基因難以排除。如普通小麥種內(nèi)胞質(zhì)互作產(chǎn)生的一些不育系，如普里美比不育細(xì)胞質(zhì)，它們一般更易恢復(fù)，配組更自由，但敗育很難徹底。生產(chǎn)中，由于波利馬不育系敗育不徹底，導(dǎo)致雜交油菜的純度較低，影響雜交油菜的產(chǎn)量。目前還沒有比較有效的育種方法來排除親本中的微效可育基因。細(xì)胞質(zhì)雄性不育系選育的常規(guī)技術(shù)是將保持系細(xì)胞核置換到不育細(xì)胞質(zhì)中，先育成保持系后再由其轉(zhuǎn)育不育系。在雜交選育雄性不育系的保持系時(shí)，一般是利用某保持系與另一親本雜交，在雜種后代中選擇單株與不育系測交，如果它們的測交F1不育，則選留該單株作為今后保持系的測試株系。這種做法在實(shí)踐中的結(jié)果是不準(zhǔn)確的。由于雜交后代單株及其與不育系的測交后代群體是分離的，微效可育基因也是分離的。由此判斷一個(gè)雜交后代單株是否為保持株系不會準(zhǔn)確。理論上，只有當(dāng)一個(gè)穩(wěn)定的品系的細(xì)胞核完全被代換到不育細(xì)胞質(zhì)中，才能準(zhǔn)確了解這個(gè)品系是否為保持系以及開花習(xí)性是否優(yōu)良。因此，在育種實(shí)踐中鑒定雜交后代單株的不育保持能力和開花習(xí)性事先沒有預(yù)見性，容易造成最后獲得的不育系其敗育欠徹底或開花習(xí)性不良。當(dāng)微效可育基因較多時(shí)，選育的效率很低。只有穩(wěn)定的品系在完全代換原母本細(xì)胞核后，才能準(zhǔn)確知道通過多年雜交育成的品系是否具有完全不育的保持能力。所以不育系選育的周期相當(dāng)長、難度大、預(yù)見性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種核質(zhì)互作雄性不育系的育種方法，利用本發(fā)明方法，可以有效排除微效恢復(fù)基因，提高不育系異交能力，提高雄性不育系育種效率；并且可以從難以敗育徹底的不育細(xì)胞質(zhì)源中，選育出完全保持系，拓寬核質(zhì)互作雄性不育資源的利用范圍，擴(kuò)大雄性不育系恢復(fù)譜。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，一種核質(zhì)互作雄性不育系的育種方法，包括以下步驟 (1)通過雜交、回交、復(fù)交、花培等，獲得農(nóng)藝性狀優(yōu)良，異交習(xí)性好的符合選育目標(biāo)的細(xì)胞質(zhì)雄性不育株；
(2)利用所述步驟(I)所得細(xì)胞質(zhì)雄性不育株，與具有恢復(fù)基因的品系進(jìn)行雜交，獲得雜交種子；
(3)以不育株為母本，與步驟(2)獲得的雜交種子種植后產(chǎn)生的可育株為父本雜交；在后代中，繼續(xù)以不育株為母本，各代中的可育株為父本，進(jìn)行多代雜交或回交，將群體中除一對主效恢復(fù)基因外的其他恢復(fù)基因排除，直到獲得后代不育株與可育株的分離比為I: I的植株群體.其中50%的植株不育即是目標(biāo)不育系，與常用恢復(fù)系配組，篩選符合生產(chǎn)要求的優(yōu)良組合；另外50%植株為不育基因與可育基因雜合的可育株，用它們作為父本與目標(biāo)不育系雜交，保留所有雜交種子，雜交種子種植后產(chǎn)生的可育株作為目標(biāo)保持系；
(4)利用具有可育細(xì)胞質(zhì)的品系為母本，與步驟(3)獲得的目標(biāo)保持系進(jìn)行雜交，獲得雜交F1種子；
(5)將步驟(3)獲得的包含目標(biāo)保持系的雜交種子全部保留，分批作為各世代父本及輪回親本，與步驟(4)獲得的雜交F1為母本進(jìn)行回交；以回交后代為母本，輪回親本為父本，連續(xù)回交多代，直到獲得與可育株性狀相似的回交后代群體，完成把不育細(xì)胞質(zhì)換為可育細(xì)胞質(zhì)，細(xì)胞核仍保持為目標(biāo)保持系細(xì)胞核的過程；
(6)將步驟(5)獲得的，與可育株性狀相似的回交后代群體進(jìn)行自交，產(chǎn)生回交后代自交F2群體，使其不育基因與恢復(fù)基因分離重組；
(7)將步驟(6)中獲得的回交后代自交F2群體，分單株與目標(biāo)不育系植株進(jìn)行測交，獲得測交群體，檢驗(yàn)測交群體育性。當(dāng)測交群體表現(xiàn)完全不育時(shí)，該測交群體的父本即為目標(biāo)不育系的保持系，用獲得的保持系與該不育群體雜交，即繁殖出不育系。進(jìn)一步，步驟(I)中，所述細(xì)胞質(zhì)雄性不育株可以是通過花培等獲得的穩(wěn)定的不育系，或?yàn)橛N中間材料的遺傳上未穩(wěn)定的不育株。進(jìn)一步，步驟(2)中，所述具有恢復(fù)基因的品系可以是恢復(fù)系或半恢復(fù)系，或者是只具有一對恢復(fù)基因的育種材料。進(jìn)一步，通過花培獲得的穩(wěn)定的不育系和育種中間材料的遺傳上未穩(wěn)定的不育株可以通過再生保留，供以后世代使用。
進(jìn)一步，步驟(3)中，所述不育株可以是通過花培等獲得的穩(wěn)定的不育系，所述不育株是通過花培等途徑獲得的穩(wěn)定不育系，或者是作為固定輪回親本的農(nóng)藝性狀優(yōu)良的目標(biāo)不育株。或者是不育系與具有恢復(fù)基因的品系雜交，分離出來的各世代不育株；
進(jìn)一步，步驟(4)中，所述母本可以是任何具有可育細(xì)胞質(zhì)的育種材料。進(jìn)一步，所述具有可育細(xì)胞質(zhì)的育種材料可為常規(guī)保持系或顯性核不育系。進(jìn)一步，步驟(5)中，所述回交后代群體是置換成可育細(xì)胞質(zhì)并完全保留目標(biāo)保持系細(xì)胞核的農(nóng)藝性狀整齊，與可育株性狀相似的群體，或者是不含有恢復(fù)基因的分離材料，在后代中通過選擇，再使其穩(wěn)定。本發(fā)明者研究發(fā)現(xiàn)，如果能夠通過雜交育種以不育細(xì)胞質(zhì)為選擇背景，在田間事先鑒定出優(yōu)異的完全不育株，純合成優(yōu)良高配合力不育系，測配到優(yōu)異的目標(biāo)組合，再利用某些方法通過不育系再來獲得其同型保持系，就會具有很強(qiáng)的目標(biāo)性和預(yù)見性，有利于提高細(xì)胞質(zhì)雄性不育系的配合力和培育不同類型優(yōu)異的不育系。 本發(fā)明提供了一種與常規(guī)選育思路相反的一種方法，以不育細(xì)胞質(zhì)為選擇背景，將不育系細(xì)胞核轉(zhuǎn)換到可育細(xì)胞質(zhì)中，以此方式排除微效恢復(fù)基因，先選育不育系后再由其轉(zhuǎn)育保持系，預(yù)見性強(qiáng)。實(shí)踐表明，利用本發(fā)明，的確可以有效排除微效恢復(fù)基因，提高不育系異交能力，提高雄性不育系育種效率；并且可以從難以敗育徹底的不育細(xì)胞質(zhì)源中，選育出完全保持系，能夠?qū)⑺^難以保持的不育細(xì)胞質(zhì)源得以利用，拓寬核質(zhì)互作雄性不育資源的利用范圍，擴(kuò)大雄性不育系恢復(fù)譜。具體實(shí)施方法
以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但這些實(shí)施例不得用于解釋對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。各實(shí)施例所使用的各作物品種(品系)均為育種領(lǐng)域中常規(guī)使用的品種(品系)，通過國家審定認(rèn)定或者技術(shù)鑒定，可在品種資源庫獲得或者市場采購。實(shí)施例I :
(1)以水稻BT型不育系9201A為母本，與水稻品種秋光進(jìn)行雜交，獲得雜交F1種子；將920IA/秋光的F1與日本晴雜交，獲得三交F1 ;920IA/秋光/日本晴的三交F1中分離出優(yōu)異細(xì)胞質(zhì)雄性不育株，將其進(jìn)行花培，獲得純合穩(wěn)定的優(yōu)異不育株，利用人工氣候室和分蔸保存，定名為D23A目標(biāo)不育系；
(2)以目標(biāo)不育系D23A作為母本，與恢復(fù)系培C311為父本雜交；獲得可育F1種子；
(3)用步驟(2)所述F1為父本，D23A作為母本進(jìn)行回交；后繼續(xù)回交；在回交后代中，選擇與D23A性狀相似的可育株為父本，D23A作為母本，共回交7代，排除恢復(fù)系培C311中除一對主效恢復(fù)基因外的其他恢復(fù)基因，獲得后代不育株與可育株的分離比為1:1的育種群體，其中50%的植株不育,與目標(biāo)不育系D23A農(nóng)藝性狀聞度相似；用不育株與水稻恢復(fù)系C418測交配組，篩選到符合生產(chǎn)要求的強(qiáng)優(yōu)組合；另外50%植株為不育基因與可育基因雜合的可育株，用它們作為父本與目標(biāo)不育系D23A雜交，保留所有雜交種子，種子種植后產(chǎn)生的可育株作為目標(biāo)保持系；
(4)以水稻萍鄉(xiāng)顯性核不育系為母本，用步驟(3)所得目標(biāo)保持系為父本進(jìn)行雜交，獲得F1種子；(5)用步驟(4)所得F1種子為母本，步驟(3)保留的目標(biāo)保持系為父本進(jìn)行回交；繼續(xù)以不育回交后代作為母本，步驟(3)保留的目標(biāo)保持系為父本進(jìn)行回交，連續(xù)6代回交，獲得農(nóng)藝性狀穩(wěn)定，與目標(biāo)保持系性狀相似的可育回交后代植株，完成把不育細(xì)胞質(zhì)換為可育細(xì)胞質(zhì)，細(xì)胞核仍保持是目標(biāo)保持系細(xì)胞核的過程；
(6)將步驟(5)獲得的農(nóng)藝性狀穩(wěn)定，與目標(biāo)保持系性狀相似的回交后代植株進(jìn)行自交，獲得回交后代自交F2群體，使其不育基因與恢復(fù)基因分離重組；
(7)將上述獲得的回交后代自交F2群體，分單株與目標(biāo)不育系D23A進(jìn)行測交，檢驗(yàn)測交群體育性；測交群體中的編號C12群體表現(xiàn)完全不育，不育株率100%，花粉不育度達(dá)到99. 9%，該測交群體農(nóng)藝性狀整齊、優(yōu)良，異交習(xí)性好，即作為D23A不育系，測交群體C12的父本即定名為保持系D23B，用保持系D23B與不育系D23A雜交，即繁殖出不育系D23A。本發(fā)明有效排除了微效恢復(fù)基因，獲得徹底敗育的BT型細(xì)胞核質(zhì)互 作雄性不育系，不育株率100%，花粉不育度達(dá)到99. 9%，提高了不育系異交能力。實(shí)施例2
(1)以具有不育細(xì)胞質(zhì)的小麥普里美比為母本與小麥品系川麥33進(jìn)行雜交，獲得F1種子；將普里美比/川麥33的F1與新麥19雜交，獲得三交F1 ;普里美比/川麥33//新麥19的卩1中分離出來的半不育株與鄭麥9023雜交；在普里美比/川麥33//新麥19///鄭麥9023的四交F1中獲得一部分不育和一部分可育的植株群體；在其中篩選性狀理想細(xì)胞質(zhì)雄性不育株；
(2)用步驟(I)篩選到的細(xì)胞質(zhì)雄性不育株與步驟(I)四交F1群體中與被選擇的不育株性狀相似的可育株進(jìn)行雜交，獲得可育F1種子；
(3)種植步驟(2)獲得的F1種子，在抽穗后，繼續(xù)篩選性狀理想的不育株，并用其作為母本，與該群體中性狀相似的可育株為父本雜交；在其雜交后代中，繼續(xù)篩選優(yōu)異不育株為母本，相似可育株為父本，進(jìn)行雜交，用以上方法重復(fù)12代，排除群體中除一對主效恢復(fù)基因外的其他恢復(fù)基因，獲得后代不育株與可育株的分尚比為1:1的育種群體.其中50%的植株不育即是目標(biāo)不育系，與小麥恢復(fù)系川農(nóng)19測交配組，篩選到符合生產(chǎn)要求的強(qiáng)優(yōu)組合；另外50%植株為不育基因與可育基因雜合的可育株，用它們作為父本與目標(biāo)不育系雜交，保留所有雜交種子，種子種植后產(chǎn)生的可育株作為目標(biāo)保持系。(4)以小麥顯性核不育系太谷核不育系為母本，以步驟(3)所得目標(biāo)保持系為父本進(jìn)行雜交，獲得不育F1;
(5)以步驟(4)所得不育匕為母本，保留的步驟(3)所得目標(biāo)保持系為父本進(jìn)行雜交，獲得回交F1;繼續(xù)以不育回交后代作為母本，保留的目標(biāo)保持系為父本進(jìn)行回交，連續(xù)6代回交，獲得不育株可育株為1:1的，可育株農(nóng)藝性狀整齊的，與目標(biāo)保持系性狀相似的回交后代群體，完成把不育細(xì)胞質(zhì)換為可育細(xì)胞質(zhì)，可育株細(xì)胞核仍保持是目標(biāo)保持系細(xì)胞核的過程；
(6)將步驟(5)所得農(nóng)藝性狀整齊，與目標(biāo)保持系性狀相似的可育回交后代進(jìn)行自交，使其不育基因與恢復(fù)基因分離重組，獲得回交后代自交F2群體；
(7)將步驟(6)所得的回交后代自交F2群體，分單株與步驟(3)所得目標(biāo)不育系進(jìn)行測交，檢驗(yàn)測交群體育性，測交群體中的A17表現(xiàn)完全雄性不育，不育株率100%，花粉不育度達(dá)到99. 6%，而且，該測交群體農(nóng)藝性狀整齊、優(yōu)良，異交習(xí)性好，當(dāng)選后定名為17A，測交群體的父本即為目標(biāo)不育系的保持系，定名 為17B ;用保持系17B與17A雜交，即繁殖出17A不育系。本發(fā)明有效排除了微效恢復(fù)基因，獲得徹底敗育的P型普通小麥核質(zhì)互作雄性不育系，不育株率100%，花粉不育度達(dá)到99. 6%，從難以敗育徹底的不育細(xì)胞質(zhì)源中，選育出完全保持系，能夠?qū)⑺^難以保持的不育細(xì)胞質(zhì)源得以利用，拓寬核質(zhì)互作雄性不育資源的利用范圍，擴(kuò)大雄性不育系恢復(fù)譜。
權(quán)利要求
1.一種核質(zhì)互作雄性不育系的育種方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)通過雜交、回交、復(fù)交、單倍體育種手段，獲得核質(zhì)互作雄性不育株； (2)利用步驟(I)所得雄性不育株，與具有恢復(fù)基因的品系進(jìn)行雜交，獲得雜交種子； (3)以不育株為母本，與步驟(2)獲得的雜交種子種植后產(chǎn)生的可育株為父本雜交；在后代中，繼續(xù)以不育株為母本，各代中的可育株為父本，進(jìn)行多代雜交或回交，將群體中除一對主效恢復(fù)基因外的其他恢復(fù)基因排除，直到獲得后代不育株與可育株的分離比為1:1的植株群體.其中50%的植株不育即是目標(biāo)不育系植株，與常用恢復(fù)系配組，篩選符合生產(chǎn)要求的優(yōu)良組合；另外50%植株為不育基因與可育基因雜合的可育株，用它們作為父本與所述目標(biāo)不育系雜交，保留所有雜交種子，雜交種子種植后產(chǎn)生的可育株作為目標(biāo)保持系植株； (4)利用具有可育細(xì)胞質(zhì)的品系為母本，與步驟(3)獲得的目標(biāo)保持系植株進(jìn)行雜交，獲得雜交種子； (5)將步驟(3)獲得的包含目標(biāo)保持系的雜交種子全部保留，分批作為各世代父本及輪回親本，與步驟(4)獲得的雜交種子為母本進(jìn)行回交；以回交后代為母本，輪回親本為父本，連續(xù)回交多代，直到獲得與可育株性狀相似的回交后代群體，完成把不育細(xì)胞質(zhì)換為可育細(xì)胞質(zhì)，細(xì)胞核仍保持為目標(biāo)保持系植株的細(xì)胞核的過程； (6)將步驟(5)獲得的，與可育株性狀相似的回交后代群體進(jìn)行自交，產(chǎn)生回交后代自交F2群體，使其不育基因與恢復(fù)基因分離重組； (7)將步驟(6)中獲得的回交后代自交F2群體，分單株與目標(biāo)不育系植株進(jìn)行測交，獲得測交群體，檢驗(yàn)測交群體育性；當(dāng)測交群體表現(xiàn)完全不育時(shí)，該測交群體的父本即為目標(biāo)不育系的保持系，用獲得的保持系與該不育群體雜交，即繁殖出不育系。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的核質(zhì)互作雄性不育系的育種方法，其特征在于，步驟(I)中，所述雄性不育株是通過單倍體育種途徑獲得的穩(wěn)定不育系，或?yàn)橛N中間材料的遺傳上未穩(wěn)定的不育株。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的核質(zhì)互作雄性不育系的育種方法，其特征在于，步驟(2)中，所述具有恢復(fù)基因的品系是恢復(fù)系或半恢復(fù)系，或者是只具有一對恢復(fù)基因的育種材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的核質(zhì)互作雄性不育系的育種方法，其特征在于，穩(wěn)定不育系和育種中間材料的遺傳上未穩(wěn)定的不育株通過再生保留，供以后世代使用。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的核質(zhì)互作雄性不育系的育種方法，其特征在于，步驟(3)中，所述不育株是通過單倍體育種途徑獲得的穩(wěn)定不育系，或者是作為固定輪回親本的農(nóng)藝性狀優(yōu)良的目標(biāo)不育株，或者是不育系與具有恢復(fù)基因的品系雜交，分離出來的各世代不育株。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的核質(zhì)互作雄性不育系的育種方法，其特征在于，步驟(4)中，所述母本是任何具有可育細(xì)胞質(zhì)的育種材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的核質(zhì)互作雄性不育系的育種方法，其特征在于，所述具有可育細(xì)胞質(zhì)的育種材料為常規(guī)保持系或顯性核不育系。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的核質(zhì)互作雄性不育系的育種方法，其特征在于，步驟(5)中，所述回交后代群體是置換成可育細(xì)胞質(zhì)并完全保留目標(biāo)保持系植株細(xì)胞核的農(nóng)藝性狀整齊， 與可育株性狀相似的群體，或者是不含有恢復(fù)基因的保持系分離材料，在后代中通過選擇，再使其穩(wěn)定。
全文摘要
一種核質(zhì)互作雄性不育系的育種方法，主要包括以下步驟通過雜交、回交、復(fù)交、花培手段，獲得細(xì)胞質(zhì)雄性不育株；再與具有恢復(fù)基因的品系雜交、多代回交或多代姊妹交，制備出目標(biāo)不育系和目標(biāo)保持系；用目標(biāo)保持系作為輪回親本，與具有可育細(xì)胞質(zhì)的品系雜交和回交，將目標(biāo)保持系的不育細(xì)胞質(zhì)置換成可育細(xì)胞質(zhì)；將換質(zhì)完成后的目標(biāo)保持系植株自交后，與目標(biāo)不育系進(jìn)行測交，鑒定保持系植株不育保持能力和繁殖不育系。本發(fā)明可以有效排除微效恢復(fù)基因，提高不育系異交能力，提高雄性不育系育種效率，獲得優(yōu)異的不育系；且可從難以敗育徹底的不育細(xì)胞質(zhì)源中，選育出完全保持系，拓寬核質(zhì)互作雄性不育資源的利用范圍，擴(kuò)大雄性不育系恢復(fù)譜。
文檔編號A01H1/02GK102835303SQ20121034031
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者李新奇, 黃群策, 鄺翡婷, 張時(shí)萍 申請人:湖南雜交水稻研究中心, 合肥三豐種子有限公司