專利名稱：一種誘導(dǎo)玉米單倍體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適宜商業(yè)化誘導(dǎo)玉米單倍體的方法。
背景技術(shù)：
自交系的選育是玉米育種中的重要環(huán)節(jié)，幾乎決定著雜交品種選育的成敗。由于玉米是雌雄同株異花、進(jìn)行有性生殖的作物，因此在玉米育種工作中主要是利用玉米有性生殖的方式選育玉米自交系、配制玉米組合、篩選玉米雜交種。傳統(tǒng)的玉米自交系的選育過程，必須經(jīng)過多年多代的自交和選擇，通常選育一個(gè)品種需要上十年的時(shí)間，不僅周期長，而且需要消耗大量的人力、物力和財(cái)力。因此如何縮短育種進(jìn)程、提高育種效率是育種家們一直追求的目標(biāo)。單倍體技術(shù)作為一項(xiàng)高新技術(shù)，為育種家快速選育、選擇自交系帶來廣闊的前景。玉米單倍體是配子體無融合生殖的產(chǎn)物，包括孤雄生殖和孤雌生殖兩大類。對獲得的單倍體進(jìn)行人工加倍，只需一個(gè)世代就可以獲得純合二倍體，大大縮短育種時(shí)間。自從 Guha(Guha S, Maheshwari S C.1n vitro production of embryos from anther ofDature[J].Nature，1964，204:497)經(jīng)過花藥培養(yǎng)單倍體而揭示了通過實(shí)驗(yàn)途徑可以獲得單倍體后，通過組培途徑 選育自交系的方法被認(rèn)為很有希望的方法。但是由于花藥培養(yǎng)難度大，技術(shù)操作復(fù)雜，并且基因型依賴性很強(qiáng)，并且選育出的自交系不一定是優(yōu)良的自交系，難以在生產(chǎn)中利用。另一種單倍體產(chǎn)生的主要途徑是誘導(dǎo)系雜交誘導(dǎo)途徑產(chǎn)生母本(雌性)單倍體，簡稱為孤雌生殖單倍體。孤雌生殖單倍體可以通過生物誘導(dǎo)和非生物誘導(dǎo)(如化學(xué)誘導(dǎo))等途徑產(chǎn)生，但非生物誘導(dǎo)的問題與花藥組培一樣存在很多困難，很難在育種上應(yīng)用。生物誘導(dǎo)是利用生物誘導(dǎo)材料使誘導(dǎo)對象產(chǎn)生單倍體。Coe (Coe E H.Aline of maize withhigh haploid frequency [J].Am Nat, 1959,93:381_382)在 1959 年發(fā)現(xiàn)了玉米孤雌生殖誘導(dǎo)系Stock6。后來在其基礎(chǔ)上不斷改造,如轉(zhuǎn)入Navajo (ACR-nj)遺傳標(biāo)記基因，通過籽粒顏色和植株顏色鑒定出單倍體，從而使雜交誘導(dǎo)單倍體進(jìn)行單倍體育種成為了可能。但是在實(shí)踐應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)，Stock6的誘導(dǎo)率也很低(約為3% )，并且存在很多嚴(yán)重的缺陷，如雄花對溫度敏感，自交結(jié)實(shí)性差，穗粒腐病嚴(yán)重，Navajo遺傳標(biāo)記較弱。因此，利用Stocke誘導(dǎo)單倍體的關(guān)鍵是要在保持其誘導(dǎo)能力的前提下克服上述缺點(diǎn)。國外在這方面起步較早，并已取得了較大進(jìn)展，選育出了一些優(yōu)良的誘導(dǎo)系，如法國的WS14(LashermesP, Beckert M.Genetic control of maternal haploidy in maize (Zea mays L.)andselection of haploid inducing lines[J].Theor Appl Genet,1988,76(3):405_410)、前蘇聯(lián)的KEMS (Shatskaya 0 A.et al,Mass induction of maternal haploids in corn [J].Maize Genet Coop Newslett, 1994,68:51),摩爾多瓦的 MHI (Chalyk S T.Creating newhap1id-1nducing lines of maize[J].Maize Genet Coop Newslett,1999, 73:53_54),德國的 RWS(F.K.Rober et al., In vivo haploid induction in maize-Performance ofnew inducers and significance of doubled haploid lines in hybrid breeding[J].Maydica，2005，50:275-283)等等。這些新選的誘導(dǎo)系不但適應(yīng)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，而且其誘導(dǎo)率及遺傳標(biāo)記也進(jìn)一步提高，利用價(jià)值已經(jīng)大大超出了 Stock6。然而，盡管不同新選的誘導(dǎo)系其誘導(dǎo)率得以大大提高，但是在農(nóng)藝性狀上的表現(xiàn)仍不盡滿意，尤其是散粉性和自交結(jié)實(shí)性不甚理想。因此，在保證誘導(dǎo)率的前提下如何提高誘導(dǎo)系的散粉性和自交結(jié)實(shí)性非常重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種誘導(dǎo)玉米單倍體的方法。本發(fā)明所提供的誘導(dǎo)玉米單倍體的方法，包括如下步驟:將玉米單倍體誘導(dǎo)系I和玉米單倍體誘導(dǎo)系II雜交，得到的后代記作誘導(dǎo)系雜交種；以所述誘導(dǎo)系雜交種為父本，與期望得到單倍體的母本材料進(jìn)行雜交，收獲當(dāng)代雜交籽粒，取單倍體籽粒，即得到玉米單倍體；玉米單倍體誘導(dǎo)系I和玉米單倍體誘導(dǎo)系II不同。上述方法中，所述玉米單倍體誘導(dǎo)系I和玉米單倍體誘導(dǎo)系II雜交中，所述雜交的方式為正交或反交。上述方法中，所述以誘導(dǎo)系雜交種為父本，與期望得到單倍體的母本材料進(jìn)行雜交中，所述雜交的方法為人工授粉或自然授粉。上述方法中，所述自然授粉中，種植的方式如下:將所述父本與母本相間種植，并且使種植區(qū)域與周圍隔離，在父本散粉前對母本進(jìn)行去雄，再依靠自然力使父本的花粉到達(dá)母本，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)授粉。上述方法中，所述玉米單倍體誘導(dǎo)系I和玉米單倍體誘導(dǎo)系II均選自:玉米單倍體誘導(dǎo)系CAUHO1、玉米單 倍體誘導(dǎo)系UH400、玉米單倍體誘導(dǎo)系CAU079和玉米單倍體誘導(dǎo)系 CAU5。 上述方法中，所述母本為符合育種目標(biāo)的自交系、基礎(chǔ)群體或雜交種。上述方法中，所述基礎(chǔ)群體是由多個(gè)自交系或品種混合授粉后形成的玉米群體。上述方法中，所述雜交種為單交種、三交種或者雙交種。玉米單倍體誘導(dǎo)系I和玉米單倍體誘導(dǎo)系II是兩個(gè)不同的都具有誘導(dǎo)能力的誘導(dǎo)系；自然授粉是指以一定比例錯(cuò)期相間種植母本材料和誘導(dǎo)系雜交種，四周隔離，在散粉前對母本材料人工去雄，從而依靠風(fēng)力傳播父本的花粉達(dá)到授粉的目的以進(jìn)行單倍體誘導(dǎo)。上述一定比例可以為4: 2或6: 3或其他比例，其中母本材料的行數(shù)多于誘導(dǎo)系雜交種，此比例可根據(jù)不同的雜交種散粉量的大小適當(dāng)調(diào)整；上述錯(cuò)期種植指的是根據(jù)母本材料吐絲早晚以及誘導(dǎo)系雜交種的散粉早晚安排父本和母本的種植時(shí)間，以保證母本材料的花絲能正常受粉；上述相間種植指的是父本和母本按上述比例相間種植，并且保證父本雜交種通行種植以便去雄等田間操作；上述四周隔離指的是四周至少200米無其他玉米種植以保證隔離效果；母本材料可為符合育種目標(biāo)或研究需要的自交系、基礎(chǔ)群體或雜交種。上述基礎(chǔ)群體指由多個(gè)自交系或品種按一定方式混合授粉后形成的玉米群體。
上述雜交種指單交種、三交種或者雙交種。本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)在于:(I)誘導(dǎo)系雜交種的誘導(dǎo)率與兩親本相比，仍然保持了較高的誘導(dǎo)率，甚至有的組合的誘導(dǎo)率高于雙親；(2)在保持較高誘導(dǎo)率的基礎(chǔ)之上，誘導(dǎo)系雜交種的農(nóng)藝性狀得以大大提高:田間生長情況良好；抵御不良自然環(huán)境的能力更強(qiáng)，適應(yīng)性更廣；散粉性能大大提高，花粉量更大，持續(xù)時(shí)間更長；(3)由于誘導(dǎo)系的長勢普遍較弱，當(dāng)和其他母本材料(如雜交種)相間種植時(shí)誘導(dǎo)系往往無法正常生長；而誘導(dǎo)系雜交種在保持較高誘導(dǎo)率的前提下其農(nóng)藝性狀大大提高(如植株長勢、散粉量、散粉持續(xù)時(shí)間、適應(yīng)性、抗性等)，可以滿足與其他育種材料隔行種植的要求，為高效單倍體誘導(dǎo)提供了保證，從而為規(guī)?；M(jìn)行單倍體誘導(dǎo)提供了可能。(4)將母本材料和父本材料隔行種植，采取母本材料人工去雄的方式以實(shí)現(xiàn)自然授粉，免去了人工授粉的環(huán)節(jié)，可以大大提高效率。
具體實(shí)施例方式下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。1、高油單倍體誘導(dǎo)系CAUHO1:CAUH0I為高油單倍體誘導(dǎo)系(Liang Li, XiaoweiXu, Weiwei Jin, Shaojiang Chen.Morphological and molecular evidences for DNAintrogression in hapl oid induction via a high oil inducer CAUHOI in maize.Planta，2009，230:367_376)，誘導(dǎo)率在2 %，具有R_nj標(biāo)記，公眾可以從中國農(nóng)業(yè)大學(xué)獲得。2、高頻單倍體誘導(dǎo)系UH400:UH400單倍體誘導(dǎo)率達(dá)到8 %左右，在文獻(xiàn)“PriggeV,Sanchez C, Dhillon B S,Schipprackff, Araus JLjBanziger M, Melchinger AE.Doubledhaploids in tropical maize:1.Effects of inducers and source germplasm on invivo haploid induction rates.Crop Sci, 2011, 51:1_9.” 中公開過，由德國霍恩海姆大學(xué)選育，公眾可以從中國農(nóng)業(yè)大學(xué)獲得。3、高頻單倍體誘導(dǎo)系CAU5與CAU079:單倍體誘導(dǎo)系CAU5與CAU079為中國農(nóng)業(yè)大學(xué)選育的二代單倍體誘導(dǎo)系，平均誘導(dǎo)率均達(dá)到10 %以上，具有R-nj標(biāo)記，在“陳紹江，黎亮，李浩川.玉米單倍體育種技術(shù)[M].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2009.”一書中公開過，公眾可以從中國農(nóng)業(yè)大學(xué)獲得。4、農(nóng)大108與中農(nóng)大高油5580購自北京中農(nóng)大康科技開發(fā)公司。5、鄭單958購自北京德農(nóng)種業(yè)有限公司。實(shí)施例1、不同誘導(dǎo)系自交以及雜交組合的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)選擇CAUHO1、UH400以及兩個(gè)新選的誘導(dǎo)系CAU5和CAU079。2009年海南將上述4個(gè)系相互雜交，收獲當(dāng)代籽粒(即為FIR)。2010年夏天在北京昌平試驗(yàn)站種植各Fl材料，比較親本和Fl代的農(nóng)藝性狀。農(nóng)藝性狀包括:株高、穗位、散粉期、吐絲期等。株高:株高是指地面到植株雄穗頂部的距離；穗位:穗位高是指從地面到雌穗基部的距離；
播種到吐絲天數(shù):吐絲期指植株雌蕊的花絲從苞葉中伸出2cm左右，當(dāng)每行有
50%的植株吐絲定義為吐絲期；播種到散粉天數(shù):散粉期指的是雄穗中部開始散粉的日期，每行有50%的植株散粉定義為散粉期；散粉持續(xù)時(shí)間:指從最開始出現(xiàn)花粉到散粉結(jié)束持續(xù)的天數(shù)；花粉量:指植株所散花粉的多少。表1、不同誘導(dǎo)系及誘導(dǎo)系雜交種的農(nóng)藝性狀比較
權(quán)利要求
1.一種誘導(dǎo)玉米單倍體的方法，包括如下步驟:將玉米單倍體誘導(dǎo)系I和玉米單倍體誘導(dǎo)系II雜交，得到的后代記作誘導(dǎo)系雜交種；以所述誘導(dǎo)系雜交種為父本，與期望得到單倍體的母本材料進(jìn)行雜交，收獲當(dāng)代雜交籽粒，取單倍體籽粒，即得到玉米單倍體；玉米單倍體誘導(dǎo)系I和玉米單倍體誘導(dǎo)系II不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述玉米單倍體誘導(dǎo)系I和玉米單倍體誘導(dǎo)系II雜交中,所述雜交的方式為正交或反交。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述以誘導(dǎo)系雜交種為父本，與期望得到單倍體的母本材料進(jìn)行雜交中，所述雜交的方法為人工授粉或自然授粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于:所述自然授粉中，種植的方式如下:將所述父本與母本相間種植，并且使種植區(qū)域與周圍隔離，在父本散粉前對母本進(jìn)行去雄，再依靠自然力使父本的花粉到達(dá)母本，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)授粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于:所述玉米單倍體誘導(dǎo)系I和玉米單倍體誘導(dǎo)系II均選自:玉米單倍體誘導(dǎo)系CAUHO1、玉米單倍體誘導(dǎo)系UH400、玉米單倍體誘導(dǎo)系CAU079和玉米單倍體誘導(dǎo)系CAU5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一所述的方法 ，其特征在于:所述母本為符合育種目標(biāo)的自交系、基礎(chǔ)群體或雜交種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適宜商業(yè)化誘導(dǎo)玉米單倍體的方法。該方法包括如下步驟將玉米單倍體誘導(dǎo)系I和玉米單倍體誘導(dǎo)系II雜交，得到的后代記作誘導(dǎo)系雜交種；以所述誘導(dǎo)系雜交種為父本，與期望得到單倍體的母本材料進(jìn)行雜交，收獲當(dāng)代雜交籽粒，取單倍體籽粒，即得到玉米單倍體；玉米單倍體誘導(dǎo)系I和玉米單倍體誘導(dǎo)系II不同。與傳統(tǒng)方法相比，本方法在保持較高誘導(dǎo)率的基礎(chǔ)之上，單倍體誘導(dǎo)中的父本(誘導(dǎo)系雜交組合)的農(nóng)藝性狀大大提高，尤其是植株長勢、散粉量、散粉持續(xù)時(shí)間、適應(yīng)性、抗性等得以大大提高，從而提高了單倍體誘導(dǎo)的效率，為高效單倍體誘導(dǎo)提供了保證，同時(shí)也為規(guī)模化單倍體誘導(dǎo)提供了可能性。
文檔編號A01H1/02GK103081797SQ201110332389
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者陳紹江, 黎亮, 徐小煒, 李浩川 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)