專利名稱：利用遠(yuǎn)緣雜交培育玉米細(xì)胞質(zhì)不育系的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于作物遺傳育種技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用遠(yuǎn)緣雜交培育玉米細(xì)胞質(zhì)不育系的方法。
背景技術(shù)：
遠(yuǎn)緣雜交是不同種、屬或親緣關(guān)系更遠(yuǎn)的物種間所進(jìn)行的雜交，常用于高等生物的育種。遠(yuǎn)緣雜交不但可以利用其雜種優(yōu)勢(shì)，而且可以促進(jìn)不同物種的基因漸滲和交流， 從而把不同生物各自的性狀結(jié)合到一個(gè)雜種個(gè)體中，培育出新的品種。遠(yuǎn)緣雜交可分為種間雜交和屬間雜交，其中種間雜交如陸地棉X海島棉、甘藍(lán)型油菜X白菜型油菜、栽培花生X野生花生；屬間雜交如玉米X摩擦禾、普通小麥X山羊草，近些年也有報(bào)道通過水稻X玉米屬間遠(yuǎn)緣有性雜交將玉米的優(yōu)良性狀或部分染色體片段導(dǎo)入到水稻中，培育超強(qiáng)優(yōu)勢(shì)稻新品系。我國(guó)的雜交水稻自從利用野敗細(xì)胞質(zhì)實(shí)現(xiàn)三系配套以來，已取得了舉世矚目的成就，為世界糧食增產(chǎn)作出了巨大貢獻(xiàn)。我國(guó)雜交稻的播種面積占水稻總播種面積的一半以上。按恢-保的遺傳關(guān)系，核質(zhì)互作調(diào)控雄性不育的雜交稻大致可分為3類第1類為野敗 (WA)型及其恢保關(guān)系類似的如矮敗型、印水型、D型、岡型和K型等；第2類為紅蓮型 ’第3 類為包臺(tái)型。在育成的諸多不育胞質(zhì)類型中，野敗型以其敗育徹底，不育性比較穩(wěn)定、恢復(fù)系比較容易培育等特點(diǎn)使用最多，得到大面積的推廣。而野敗在其不育恢復(fù)系基因定位方面也有比較深入的研究，目前已經(jīng)有對(duì)水稻不育恢復(fù)基因Rf3和Rf4基因定位的報(bào)道。當(dāng)前我國(guó)玉米雜交制種多采用人工抽穗去雄的方法，這種方法耗費(fèi)大量的勞力和財(cái)力，并且效果不佳，稍有不慎，就出現(xiàn)種子純度不達(dá)標(biāo)的問題，加之去雄抽穗后造成玉米植株?duì)I養(yǎng)的損失，進(jìn)一步影響產(chǎn)量。因此，培育玉米雄性不育系成為玉米雜種優(yōu)勢(shì)利用的重要前提。若將玉米雜交組合的母本培育成雄性不育系，人們就可以在大面積制種時(shí)省去手工去雄，降低生產(chǎn)成本，提高雜交種種子的質(zhì)量和產(chǎn)量。目前玉米細(xì)胞質(zhì)雄性不育材料的細(xì)胞質(zhì)分為T、C、S 3個(gè)基因類型。早期的玉米雄性不育研究工作主要集中在對(duì)T組和S組的雄性不育材料的研究。但在1970年，由于玉米小斑病T小種的專性侵染，T型不育系被迫停止使用。而S、C型胞質(zhì)作用型的玉米不育系很難找到恢復(fù)系，由于不育胞質(zhì)雜種恢復(fù)性較差或恢復(fù)不穩(wěn)定而造成減產(chǎn)的情況也時(shí)有發(fā)生。這使玉米胞質(zhì)雄性不育系育種研究放緩了腳步。目前還沒有一個(gè)相對(duì)可以大面積應(yīng)用的玉米不育系。因此，有必要尋求新的途徑培育出可靠的玉米不育系新類型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用遠(yuǎn)緣雜交培育玉米細(xì)胞質(zhì)不育系的方法。本發(fā)明以水稻和玉米遠(yuǎn)緣雜交為基礎(chǔ)，利用水稻野敗不育系與玉米雜交，進(jìn)而連續(xù)回交，通過遠(yuǎn)緣雜交核置換的方法獲得玉米不育系、保持系和恢復(fù)系。為玉米胞質(zhì)不育的培育提供新的方法，可解決玉米傳統(tǒng)雜交制種費(fèi)時(shí)、費(fèi)力和低效的問題。本發(fā)明基于如下原理如果一個(gè)種內(nèi)各材料存在某種缺陷而無法滿足育種要求，引入其它種或?qū)俚挠欣蚩煽朔@種缺陷培育出具有優(yōu)良性狀的新品種。此時(shí)，遠(yuǎn)緣雜交無疑是一條可靠的途徑。胞質(zhì)雄性不育系轉(zhuǎn)育是通過親本間核置換雜交完成的。所謂核置換就是染色體的逐步替換過程，即采用回交的方法，使輪回親本的染色體逐代替換供體親本的染色體，每回交一次替換供體親本一半的染色體，經(jīng)過連續(xù)回交就可將供體親本的染色體片段大部分替換。不同的物種之間細(xì)胞質(zhì)有一定分化，有些物種具有不育細(xì)胞質(zhì)S (RfRf )，而有些物種則具有核不育基因而細(xì)胞質(zhì)可育N(rfrf)，此時(shí)將這兩個(gè)物種進(jìn)行雜交并連續(xù)回交進(jìn)行核置換，便可將不育的細(xì)胞質(zhì)和不育核基因結(jié)合在一起，獲得質(zhì)核互作的雄性不育系S(rfrf)。本發(fā)明采用遠(yuǎn)緣雜交通過連續(xù)回交核置換方法將水稻胞質(zhì)不育基因?qū)胗衩祝褂衩桩a(chǎn)生敗育徹底、穩(wěn)定遺傳的不育系，再經(jīng)過人工制保，育成保持系，同時(shí)經(jīng)過轉(zhuǎn)育恢復(fù)基因到玉米中或利用玉米本身所攜帶的恢復(fù)基因培育恢復(fù)系，最終實(shí)現(xiàn)三系配套。轉(zhuǎn)育之前需對(duì)玉米親本進(jìn)行核基因不育或可育的判斷。以水稻野敗不育為例，水稻野敗育性恢復(fù)主要由Rf3和Rf4兩對(duì)主效基因控制，其中以Rf4的效應(yīng)最高。目前已經(jīng)有Rf4的精細(xì)定位，以及Rf3的定位研究，研究表明它們與某些標(biāo)記緊密連鎖。因此可以利用這些標(biāo)記檢測(cè)玉米親本的核基因育性類型，以確定所采用的方案(方案一或方案二)。另外，水稻和玉米全生育期不同，玉米大約75-145d，水稻大約110-130d。因此水稻和玉米雙親在正常播種情況下有可能開花時(shí)間不同，花期不相遇，造成不能按期授粉，雜交失敗。這就需要通過調(diào)節(jié)花期使兩親本花期相遇。最常用的方法是分期播種，一般是將早熟親本每隔7-10d為一期分期播種。如將水稻按7d為一期分別早播3期，遲播3期，尋求與玉米花期相遇。本發(fā)明所提供的一種利用遠(yuǎn)緣雜交培育玉米細(xì)胞質(zhì)不育系的方法，首先用常規(guī)方法對(duì)玉米親本核基因不育或可育進(jìn)行判斷，根據(jù)玉米核基因育性類型，分別采用兩種方案， 若玉米核遺傳物質(zhì)含有恢復(fù)基因，則采用第一種方案；否則采用第二種方案，用分期播種方式使水稻和玉米花期相遇
第一種方案將水稻不育系S (rfrf)配制的雜交種人工去雄，作為母本，以可育的玉米植株N (RfRf)作為父本進(jìn)行屬間雜交，產(chǎn)生的Fl S (Rfrf)為可育植株，人工去雄作為母本，然后與玉米植株N (RfRf)回交，將產(chǎn)生的后代人工去雄作為母本，繼續(xù)與玉米植株N (RfRf)回交，產(chǎn)生的后代進(jìn)行自交，淘汰其中的可育植株，將得到的不育植株S (rfrf)與其后得到的保持系雜交，繁殖不育系；用此不育植株S (rfrf)為母本與玉米植株N (RfRf) 雜交，產(chǎn)生的Fl S (Rfrf)自交，自交后代與玉米植株N (RfRf)反交，產(chǎn)生的后代自交，然后用不育植株S (rfrf)測(cè)交，若測(cè)交種后代出現(xiàn)不育單株，則對(duì)應(yīng)的父本就是保持系，用不育系與其它玉米測(cè)交篩選恢復(fù)系，實(shí)現(xiàn)三系配套；
第二種方案將水稻不育系配制的雜交種Fl S (Rfrf)人工去雄，與玉米可育植株N (rfrf)雜交，產(chǎn)生的后代有一半可育，一半不育，淘汰不育株，可育株人工去雄作為母本，然后與玉米植株N (rfrf) 4次回交，得到的核質(zhì)接近父本的可育植株S (Rfrf)自交，得到的不育植株為不育系，恢復(fù)單株為恢復(fù)系；不育系與作為保持系的玉米可育株繼續(xù)回交，繁殖不育系，將恢復(fù)系與其它材料雜交，培育新的恢復(fù)系，與不育系配制組合，實(shí)現(xiàn)三系配套。由于雙親染色體組成、染色體數(shù)目等方面的差異(玉米有20條染色體，水稻有M 條染色體)，需要對(duì)經(jīng)過水稻和玉米連續(xù)回交產(chǎn)生的不育系和保持系(第一方案)，不育系和恢復(fù)系(第二方案)進(jìn)行細(xì)胞染色顯微觀察，確定雜種染色體數(shù)目為正常玉米染色體數(shù)目20 條，檢查減數(shù)分裂是否正常和不育系敗育是否徹底，以及育性是否受環(huán)境影響和育性恢復(fù)是否完全。


圖IA為利用遠(yuǎn)緣雜交培育玉米細(xì)胞質(zhì)不育系的方法第一種方案流程圖； 圖IB為利用遠(yuǎn)緣雜交培育玉米細(xì)胞質(zhì)不育系的方法第二種方案流程圖。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1將水稻不育基因?qū)胗衩祝@得玉米不育系、相應(yīng)的保持系和恢復(fù)系，實(shí)現(xiàn)三系配套，解決了玉米傳統(tǒng)育種耗時(shí)、費(fèi)力和低效的問題，同時(shí)也為玉米雄性不育的選育、培育玉米新品種提供了科學(xué)有效的方法。2若親本采用水稻野敗不育材料，野敗型雄性不育系具有敗育徹底，不育性穩(wěn)定、 恢復(fù)系容易培育等諸多優(yōu)點(diǎn)，將其導(dǎo)入玉米，則野敗不育系的優(yōu)點(diǎn)也能在玉米中充分表現(xiàn)， 可以克服目前玉米不育系的缺點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式利用水稻野敗與玉米雜交培育玉米細(xì)胞質(zhì)不育系實(shí)施例一
1、選擇水稻野敗不育系配制的雜交種汕優(yōu)63Fl S (Rfrf)作為水稻供體，而玉米自交系鄭58作為受體；
2、對(duì)玉米親本的不育胞質(zhì)類型進(jìn)行判斷，用與水稻野敗不育恢復(fù)基因Rf3和Rf4連鎖的標(biāo)記進(jìn)行篩選，其中利用冊(cè)10338、冊(cè)10；353、冊(cè)1；344和冊(cè)104；35對(duì)Rf3進(jìn)行選擇；RM6100 和RM1108對(duì)Rf4進(jìn)行選擇，標(biāo)記參考亓芳麗碩士論文(水稻育性恢復(fù)基因的分子標(biāo)記輔助選擇，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2009年)，通過PCR擴(kuò)增和電泳檢測(cè)，判斷玉米自交系鄭58含有野敗不育系的恢復(fù)基因；
3、播種時(shí)將汕優(yōu)63按7d為一期分別早播3期和遲播3期，加上正常播期共7期，每期播種30株，達(dá)到與玉米花期相遇。待玉米鄭58 N (RfRf)開花時(shí)，將水稻人工去雄，完成雜交；產(chǎn)生的Fl S (Rfrf)為可育植株，然后與玉米植株鄭58 N (RfRf )回交，產(chǎn)生的后代繼續(xù)與玉米植株鄭58 N (RfRf)回交，然后將產(chǎn)生的后代進(jìn)行自交，得到不育植株S (rfrf), 其它可育植株則被淘汰；此時(shí)的不育植株是經(jīng)過連續(xù)回交產(chǎn)生的，核遺傳物質(zhì)已接近父本， 近似玉米，用此不育植株為母本與玉米植株N (RfRf)雜交，產(chǎn)生的Fl S (Rfrf)與玉米植株N(RfRf)反交，產(chǎn)生的后代進(jìn)行自交，然后用不育株S (rfrf)測(cè)交，如果測(cè)驗(yàn)種后代出現(xiàn)全部不育，則對(duì)應(yīng)的父本則為保持系N (rfrf)，其它則被淘汰；用不育單株與保持系雜交， 繁殖不育系，保持系自交繁殖保持系。4、選育得到的不育系和相對(duì)應(yīng)的保持系，生長(zhǎng)正常。經(jīng)過細(xì)胞染色顯微觀察，確定其染色體數(shù)目20，為正常玉米染色體數(shù)目，并且減數(shù)分裂正常。其不育系敗育徹底，不受環(huán)境影響，并且育性恢復(fù)完全。5、用不育系作母本，與其它玉米測(cè)交，篩選恢復(fù)系N (RfRf)，實(shí)現(xiàn)三系配套。實(shí)施例二1、選擇水稻野敗不育系配制的雜交種汕優(yōu)63Fl S (Rfrf)作為水稻供體，而玉米自交系先玉3；35作為受體；
2、用實(shí)施例1相同方法，檢測(cè)判斷玉米自交系先玉335不含有野敗不育系的恢復(fù)基
因；
3、播種時(shí)將汕優(yōu)63按7d為一期分別早播3期和遲播3期，加上正常播期共7期，每期播種30株，達(dá)到與玉米花期相遇。待玉米先玉335 N (rfrf)開花時(shí)，將水稻不育系配制的雜交種Fl S (Rfrf)人工去雄，與玉米先玉335雜交，產(chǎn)生的后代有一半可育，一半不育，淘汰不育株，可育株人工去雄作為母本，然后與玉米植株N (rfrf) 4次回交，得到的核質(zhì)接近父本的可育植株S (Rfrf)自交，得到的不育植株為不育系，恢復(fù)單株為恢復(fù)系；
4、選育得到的不育系和相對(duì)應(yīng)的保持系，生長(zhǎng)正常。經(jīng)過細(xì)胞染色顯微觀察，確定其染色體數(shù)目20，為正常玉米染色體數(shù)目，并且減數(shù)分裂正常。其不育系敗育徹底，不受環(huán)境影響，并且育性恢復(fù)完全。 5、不育系與作為保持系的玉米可育株繼續(xù)回交，繁殖不育系，將恢復(fù)系與其它材料雜交，培育新的恢復(fù)系，與不育系配制組合，實(shí)現(xiàn)三系配套。
權(quán)利要求
1.一種利用遠(yuǎn)緣雜交培育玉米細(xì)胞質(zhì)不育系的方法，其特征在于，以水稻和玉米遠(yuǎn)緣雜交為基礎(chǔ)，利用水稻野敗不育系與玉米雜交，進(jìn)而連續(xù)回交，通過遠(yuǎn)緣雜交核置換的方法獲得玉米不育系、保持系和恢復(fù)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，首先用常規(guī)方法對(duì)玉米親本核基因不育或可育進(jìn)行判斷，根據(jù)玉米核基因育性類型，分別采用兩種方案，若玉米核遺傳物質(zhì)含有恢復(fù)基因，則采用第一種方案；否則采用第二種方案，用分期播種方式使水稻和玉米花期相遇第一種方案將水稻不育系S (rfrf)配制的雜交種人工去雄，作為母本，以可育的玉米植株N (RfRf)作為父本進(jìn)行屬間雜交，產(chǎn)生的Fl S (Rfrf)為可育植株，人工去雄作為母本，然后與玉米植株N (RfRf)回交，將產(chǎn)生的后代人工去雄作為母本，繼續(xù)與玉米植株N (RfRf)回交，產(chǎn)生的后代進(jìn)行自交，淘汰其中的可育植株，將得到的不育植株S (rfrf)與其后得到的保持系雜交，繁殖不育系；用此不育植株S (rfrf)為母本與玉米植株N (RfRf) 雜交，產(chǎn)生的Fl S (Rfrf)自交，自交后代與玉米植株N (RfRf)反交，產(chǎn)生的后代自交，然后用不育植株S (rfrf)測(cè)交，若測(cè)交種后代出現(xiàn)不育單株，則對(duì)應(yīng)的父本就是保持系，用不育系與其它玉米測(cè)交篩選恢復(fù)系，實(shí)現(xiàn)三系配套；第二種方案將水稻不育系配制的雜交種Fl S (Rfrf)人工去雄，與玉米可育植株N (rfrf)雜交，產(chǎn)生的后代有一半可育，一半不育，淘汰不育株，可育株人工去雄作為母本，然后與玉米植株N (rfrf) 4次回交，得到的核質(zhì)接近父本的可育植株S (Rfrf)自交，得到的不育植株為不育系，恢復(fù)單株為恢復(fù)系；不育系與作為保持系的玉米可育株繼續(xù)回交，繁殖不育系，將恢復(fù)系與其它材料雜交，培育新的恢復(fù)系，與不育系配制組合，實(shí)現(xiàn)三系配套。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用遠(yuǎn)緣雜交培育玉米細(xì)胞質(zhì)不育系的方法，屬于作物遺傳育種技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明打破物種間的界限，利用禾本科作物不同屬之間的遠(yuǎn)緣雜交技術(shù)，將水稻細(xì)胞質(zhì)不育基因?qū)胗衩?，培育育性徹底且能夠穩(wěn)定遺傳的玉米細(xì)胞質(zhì)不育系，并獲得相應(yīng)的保持系和恢復(fù)系，實(shí)現(xiàn)玉米三系配套。本發(fā)明可克服玉米傳統(tǒng)制種費(fèi)力、費(fèi)時(shí)和成本較高的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)A01H1/04GK102228000SQ20111011861
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者付東輝, 安澤山, 肖美麗 申請(qǐng)人:西南大學(xué)