圓葉型菜心核基因雄性不育系的選育

圓葉型菜心核基因雄性不育系的選育

心臟病是指十字花科的一個(gè)雜種植物。它是由花和幼芽組成的植物。它是中國南方最重要的蔬菜種類之一。由于未能開發(fā)出適宜的雜交制種方法,菜心的雜種優(yōu)勢(shì)迄今未能得到很地好利用,生產(chǎn)上應(yīng)用的幾乎都是常規(guī)品種。許明等、劉自珠等、趙利民等曾嘗試轉(zhuǎn)育大白菜和甘藍(lán)型油菜的雄性不育細(xì)胞質(zhì),但轉(zhuǎn)成的不育系或是由于不育性不穩(wěn)定,或是因伴生有黃化和結(jié)籽不良等不良性狀,所以至今未能在雜交制種上得到應(yīng)用。多數(shù)研究者認(rèn)為利用自交不親和系配制菜心一代雜種是比較有效和實(shí)用的手段,但由于菜心的自交不親和性不夠穩(wěn)定而難以利用。馮輝等于1995年在大白菜中發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞核復(fù)等位基因型雄性不育材料,具有不育株率和不育度均達(dá)到100%且無不良性狀伴生等優(yōu)點(diǎn),受到了育種工作者的廣泛關(guān)注。為了擴(kuò)大該類不育材料的應(yīng)用范圍,一些學(xué)者采用有性雜交法,將不育基因轉(zhuǎn)入多種生態(tài)型的大白菜、小白菜和奶白菜中,育成了新的核不育系。許明等、王玉剛等和劉鏡等分別以大白菜核復(fù)等位基因型雄性不育系為不育源,轉(zhuǎn)育成了菜心核基因雄性不育系,但由于用其試配的雜交組合整齊性差、經(jīng)濟(jì)性狀不良,因而并未在生產(chǎn)上得到應(yīng)用。李石等和張秀榮等報(bào)道轉(zhuǎn)育出了經(jīng)濟(jì)性狀優(yōu)異的菜心雄性不育“兩用系”和“臨時(shí)保持系”,但迄今未見用其配成不育系的報(bào)道。本試驗(yàn)以本項(xiàng)研究前期轉(zhuǎn)育成的柳葉型菜心核不育系“GMS201”為不育源,設(shè)計(jì)定向轉(zhuǎn)育方案,向圓葉型菜心品系“奇2”中轉(zhuǎn)育核不育基因,育成了不育株率和不育度均為100%、園藝學(xué)性狀與“奇2”相近的菜心核基因雄性不育系,現(xiàn)將研究結(jié)果報(bào)道如下。1材料和方法1.1材料表面1.1.1不育的原因沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)育成的柳葉型菜心核不育系“GMS201”及其相應(yīng)的兩用系“AB201”和臨時(shí)保持系“B201”。1.1.2目標(biāo)轉(zhuǎn)移序列圓葉型菜心品系“奇2”,來自廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院。1.1.3試驗(yàn)用“新-2”品種自交系D1(“四季油青”)、自交系D2(“019菜心”)、自交系D3(“粗條矮腳80天”)、自交系D4(“油青矮腳70天甜菜心”)和自交系D5(“菜富城8號(hào)甜菜心”),以及品種比較試驗(yàn)中的對(duì)照品種“新-2”,均來自廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院。1.2轉(zhuǎn)育、育種及品種選擇試驗(yàn)試驗(yàn)于2006-2009年在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)蔬菜遺傳育種試驗(yàn)基地進(jìn)行。根據(jù)核復(fù)等位基因型雄性不育的遺傳特性,首先鑒定轉(zhuǎn)育目標(biāo)品系的基因型,然后設(shè)計(jì)定向轉(zhuǎn)育方案,采用雜交、回交和測(cè)交方法,轉(zhuǎn)育核不育基因及其他性狀,鑒定基因型。利用轉(zhuǎn)育成的不育系試配雜交組合,進(jìn)行品種比較試驗(yàn)。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),3次重復(fù),小區(qū)面積1.8m2,每小區(qū)60株。樣本容量按公式n≥lg(0.01)/lg(1-p)計(jì)算,其中p為目標(biāo)基因發(fā)生概率;適合性測(cè)驗(yàn)按公式χ2=[|A-ra|-(r+1)/2]2/rn計(jì)算,其中A和a分別為顯性組和隱性組的實(shí)際觀察次數(shù),n(n=A+a)為總次數(shù),r為理論分離比率。2結(jié)果與分析2.1雄性不育的位點(diǎn)試驗(yàn)所用的柳葉型菜心核不育系“GMS201”及其兩用系“AB201”和臨時(shí)保持系“B201”的不育性屬于復(fù)等位基因遺傳。根據(jù)“核基因雄性不育復(fù)等位基因遺傳假說”,其不育性與細(xì)胞核1個(gè)位點(diǎn)的3個(gè)基因有關(guān)。其中Ms為顯性不育基因,ms為Ms的等位隱性可育基因,Msf為Ms的等位顯性恢復(fù)基因,三者之間的顯隱關(guān)系為Msf>Ms>ms。具有100%不育株率的雄性不育系,是由雄性不育“兩用系”的不育株與“臨時(shí)保持系”雜交得到的?！皟捎孟怠辈挥昊蛐蜑镸sMs,可育株為MsfMs,其通過不育株與可育株兄妹交繁殖(MsMs×MsfMs→1/2MsMs,1/2MsfMs);“臨時(shí)保持系”基因型為msms。用“兩用系”不育株(MsMs)與“臨時(shí)保持系”(msms)交配,便可獲得具有100%不育株率的雄性不育系(MsMs×msms→Msms)。2.2堅(jiān)果育種和育種2.2.1轉(zhuǎn)育目標(biāo)品系的基因型鑒定一般可育品系在核不育位點(diǎn)上的基因型有3種:MsfMsf、Msfms和msms。用雄性不育“兩用系”的不育株(MsMs)與轉(zhuǎn)育目標(biāo)品系雜交,根據(jù)后代育性分離比率可以鑒定其基因型,即有:ΜsΜs×{ΜsfΜsf→ΜsfΜs,全可育;Μsfms→ΜsfΜs?Μsms,1∶1(可育∶不育);msms→Μsms,全不育。以柳葉型菜心“兩用系”的不育株“AB201”(MsMs)為母本,與轉(zhuǎn)育目標(biāo)品系“奇2”雜交,獲得的92株F1植株全部為可育株,說明“奇2”的基因型為MsfMsf。2.2.2遺傳轉(zhuǎn)移以柳葉型菜心核不育系“GMS201”(Msms)為不育源,轉(zhuǎn)育“奇2”菜心(MsfMsf)核不育系的遺傳模式見圖1。2.2.3生長(zhǎng)、雜交和自交系建立首先以“GMS201”(Msms)為母本與“奇2”(MsfMsf)雜交,獲得F1。選取7株F1(MsfMs或Msfms)與臨時(shí)保持系“B201”(msms)測(cè)交,鑒定所選F1植株的基因型。同時(shí),用這7株F1與“奇2”回交,獲得回交一代(BC1)。F1基因型鑒定結(jié)果見表1。根據(jù)F1測(cè)交后代的育性分離比率,從BC1中分別選取F1基因型為MsfMs(F1-T4)和Msfms(F1-T3)所對(duì)應(yīng)的群體,每群體再各選7株,與不育系“GMS201”測(cè)交,鑒定BC1植株的基因型,所得結(jié)果見表2。同時(shí),對(duì)BC1所選植株進(jìn)行自交。BC1植株自交后代的育性分離比率見表3。選取表3中的“A4”自交后代的不育株(MsMs),與同一系統(tǒng)內(nèi)的5株可育株(1/3MsfMsf,2/3MsfMs)兄妹交,篩選雄性不育“兩用系”,結(jié)果見表4。由表4可知,雜交組合“(A4-s×A4)-f2”、“(A4-s×A4)-f4”和“(A4-s×A4)-f5”的后代可育株與不育株按1∶1分離(1/2MsfMs,1/2MsMs),其為新的雄性不育“兩用系”。選取表3中‘B5’自交后代的15株可育株(1/4MsfMsf、2/4Msfms、1/4msms)與‘A4’分離出的不育株雜交,篩選‘臨時(shí)保持系’,結(jié)果見表5。由表5可知,“B5-1”、“B5-3”、“B5-8”和“B5-14”與“兩用系”轉(zhuǎn)育方向分離出的不育株雜交,后代全不育,說明其自交后代即為新的“臨時(shí)保持系”;而“A4-s×B5-1”、“A4-s×B5-3”、“A4-s×B5-8”和“A4-s×B5-14”即為新的雄性不育系,將其中的1個(gè)不育系“A4-s×B5-1”命名為“GMS202”?！癎MS202”的不育度和不育株率均為100%,并且克服了原來的柳葉型菜心不育系“GMS201”花器官白化的缺陷,其雄蕊以外的其他花器官發(fā)育正常,制種性能良好。2.3“奇2”與“采用集體雜交”的植物種篩選對(duì)回交轉(zhuǎn)育成的新不育系“GMS202”、原不育系“GMS201”和轉(zhuǎn)育親本“奇2”的植物學(xué)性狀進(jìn)行鑒定,結(jié)果見表6。由表6可知,新轉(zhuǎn)育成的不育系“GMS202”與轉(zhuǎn)育親本“奇2”的植物學(xué)性狀相近,而與不育源材料“GMS201”有較大差異。用原不育系“GMS201”和新不育系“GMS202”作母本,與用“油青矮腳70天甜菜心”選出的自交系“I70”雜交,配制F1組合,調(diào)查各組合植物學(xué)性狀的變異系數(shù),結(jié)果見圖2。由圖2可知,由新不育系配制的雜交組合“GMS202×I70”的植物學(xué)性狀的變異系數(shù),較原不育系配制的雜交組合“GMS201×I70”小,而與自交系“I70”接近,說明用新不育系配成的雜交組合整齊度較高。2.4“新-2”組合的產(chǎn)量結(jié)果以“GMS202”為母本,與D1、D2、D3、D4和D5等5個(gè)自交系配制雜交組合,以“新-2”菜心為對(duì)照,進(jìn)行品種比較試驗(yàn),結(jié)果見表7。由表7可以看出,“GMS202×D3”和“GMS202×D5”2個(gè)組合的產(chǎn)量極顯著高于對(duì)照品種“新-2”及其他組合,分別較“新-2”增產(chǎn)52%和46%。2個(gè)組合的葉片及花莖亮綠、表面無蠟粉,花薹粗壯,葉片卵圓形,雜種優(yōu)勢(shì)十分顯著,從播種至采收需40d左右。3新育系轉(zhuǎn)育及轉(zhuǎn)育方案通過有性雜交轉(zhuǎn)育雄性不育基因,是多種農(nóng)作物獲得雄性不育系的有效方法。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)育方案,目的是獲得與待轉(zhuǎn)育品系園藝學(xué)性狀相近的雄性不育系,只有選用配合力高、園藝性狀好、抗病性強(qiáng)的材料,才能獲得優(yōu)異的雄性不育系。本試驗(yàn)選用的轉(zhuǎn)育目標(biāo)品系“奇2”是當(dāng)前生產(chǎn)中應(yīng)用的優(yōu)異品系,用其轉(zhuǎn)育成的新不育系“GMS202”的園藝學(xué)性狀與“奇2”相近,具有較廣闊的應(yīng)用前景。前人以大白菜核復(fù)等位基因型雄性不育系為不育源,轉(zhuǎn)育獲得了菜心核不育系,由于其只通過1次雜交完成了不育基因轉(zhuǎn)育,其植物學(xué)性狀介于大白菜和菜心之間,用其配制的雜交種整齊性較差,園藝學(xué)性狀不良,難以在生產(chǎn)上應(yīng)用。本試驗(yàn)所用的不育源材料“GMS201”是本項(xiàng)研究前期獲得的柳葉型菜心核不育系,具有典型的柳葉菜心性狀,但存在花蕾伴生條紋狀白化和結(jié)籽不良等缺陷,在生產(chǎn)上沒有得到應(yīng)用。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)菜心核復(fù)等位基因型雄性不育系定向轉(zhuǎn)育方案,通過有性雜交轉(zhuǎn)育有關(guān)的不育基因,再通過回交轉(zhuǎn)育園藝學(xué)性狀,實(shí)現(xiàn)了不育基因和園藝學(xué)性狀的同時(shí)轉(zhuǎn)育,獲得了與轉(zhuǎn)育目標(biāo)品系性狀相近的卵圓型菜心核不育系,克服了原不育系花蕾白化和結(jié)籽不良等缺陷。用新不育系配制的雜交組合整齊度高,解決了該類不育系轉(zhuǎn)育和利用的難題,轉(zhuǎn)育方法可為同類研究提供參考。4結(jié)構(gòu)性狀綜合轉(zhuǎn)育系的制備本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的菜心核復(fù)等位基因型