亚洲栽培稻(Oryza sativa)分类研究的进展、问题与建议

亚洲栽培稻籼粳亚种间杂种优势的利用是水稻超高产育种的一项很重要的手段,直接利用籼粳间杂种优势已成为杂交育种的主攻方向。要进行籼粳亚种间杂种优势的超高产育种,首先是正确判别籼粳。籼粳中间型或非典型籼粳可能来源于籼粳的自然杂交或人工杂交,也可能来源于分化前的原始型过渡品种。这些品种中有很多是广亲和材料,如果能够正确认识其在分类系统中的地位,利用这些品种作为籼粳杂交的中间桥梁,运用科学的育种方法,减少或避免亚种间产生不育或育性较差的问题,对籼粳稻杂种优势的利用、广亲和材料的选育、分子标记及基因工程的顺利进行都…     

水稻籼粳亚种间杂种不育性的研究进展

克服杂种不育性是利用籼粳亚种间杂种优势的关键。由此对水稻亚种间杂种不育性的原因、细胞学基础及两种主要基因遗传模式进行了总结,并详细综述了利用“亲和基因”克服籼粳杂种不育性的两种有代表性的学说-广亲和基因和特异亲和基因分子定位的最新研究进展,并提出了两“亲和基因”共同利用的初步设想:将聚合了Si等位基因的粳型亲籼系与聚合了不同广亲和基因(中性亲和基因的广亲和力强、亲和谱广泛的粳型品种进行杂交和回交,选育出聚合不同广亲和基因和Si等位基因的粳型亲籼系,再与籼稻品种杂交,真正实现直接利用籼粳亚种间杂种优势。     

利用粳型广亲和不育系进行籼粳配组特性研究

以珍汕97A(野败质)为母本,粳型广亲和品种02428、热研1号为父本,采用成对连续回交,结合不育性的选择,育成了不育度高,不育性较为稳定,农艺性状一致,带有野败质的粳型广亲和不育系02428A和热研1号A.将它们与不同类型的籼型材料(普通籼型品种、恢复系、广亲和恢复系)的测配,可见02428A/籼配组F1平均表现穗大粒多而穗数较少;热研1号A/籼配组F1综合农艺性状良好.进一步分析参试籼型父本对该两个广亲和不育系的育性恢复度,发现恢复系密阳46、IR26(强恢珍汕97A)对其仅表现部分恢复.要使该类配组方式籼粳杂种F1结实率正常,父本仍宜选用广亲和恢复系.     

水稻苗期耐低温基因COLD1新功能标记的设计与验证

籼稻和粳稻在苗期耐低温基因COLD1的第4外显子存在1个功能性单碱基变异SNP2,粳型COLD1 ^Jap等位基因低温耐受性表现更强,具有重要的育种利用价值。通过籼粳杂交,可将粳型COLD1 ^Jap等位基因导入籼稻品种,提高其低温耐受力。为提高COLD1基因的选择效率,根据粳型COLD1 ^Jap与籼型COLD1 ^Ind基因存在的单核苷酸差异,结合扩增受阻突变体系PCR的技术原理设计功能标记。应用5个籼稻品种、5个粳稻品种、1个籼粳杂交F₁个体以及1个籼粳杂交F₂群体对功能标记进行检测验证。结果表明,所设计的功能标记可准确区分纯合粳型COLD1 ^Jap、纯合籼型COLD1 ^Ind和杂合基因型,其扩增带型与基因型完全一致,是一种鉴定COLD1基因的有效方法。该标记弥补了前人设计的衍生型酶切扩增多态性序列功能标记费用昂贵、操作复杂及费工费时等不足,可广泛应用于水稻COLD1基因的资源鉴定和分子标记辅助选择育种。     

高产抗病杂交水稻找到基因“门牌号”确保粮食安全

2014年国家科技进步奖获奖名单揭晓,南京农业大学万建民教授团队研究项目"水稻籼粳杂种优势利用相关基因挖掘与新品种培育",通过20年的系统研究,发掘出水稻广亲和、早熟和显性矮秆基因,开发相应分子标记和育种技术,成功培育籼粳交高产水稻新品种,荣获国家技术发明奖二等奖。项目一是发掘出17个不育位点及广亲和基因,并发明相应分子标记,有效解决了籼粳杂种半不育难题;     

水稻广亲和资源——02428

水稻籼、粳广亲和资源的发现为开发利用亚种间杂种优势提供了物质基础。近年来,国内外先后筛选鉴定出多个广亲和种质资源,其中以02428表现较优。02428是由我院用云南光亮稻螃蟹谷同汲浜稻杂交,后代再经高光效筛选系统选育而成。属中粳,生     

水稻广亲和同质恢复系的选育及其途径探讨

利用同质恢材料，选择具有广亲和基因的粳稻品种02428与之杂交，采用系谱法进行连续多代选择正常结实株，育成了偏籼型的广亲和同质恢复系T136、T137等。通过对当选材料的亲缘关系分析，利用籼型同质恢复材料（系）与粳型广亲和系杂交，可以将广亲和基因与恢复基因聚合于一体，从而选育出广杂和恢复系，为三系法籼粳亚种杂种优势利用探索出新的途径。     

水稻粳型亲籼系的分子标记辅助育种

分子标记辅助聚合育种是累加有利基因的有效手段。培育粳型亲籼系是有效克服水稻籼粳亚种间杂种不育性，从而利用水稻亚种间杂种优势的重要途径之一。本研究利用以PCR为基础的分子标记进行辅助选择，对不同粳型亲籼系中不同分化度的特异亲和基因进行了聚合，并将4个抗白叶枯病基因和来源于IR24的两个恢复基因导入粳型亲籼系中。主要结果如下：1、以粳型亲籼系G2417-2-1和粳型广亲和系G2605为亲本构建分离群体，利用本研究筛选的与S-b，S-c,S-d三个F1花粉不育基因座位紧密连锁的PCR标记进行辅助选择。在F2共选择到特异亲籼聚合植株6株，它们分别是58号，93号，94号，115号，139号，200号；广亲和聚合植株4株，它们分别是11号，14号，121号，177号。2、对当选聚合系的亲籼性和亲粳性综合分析表明：各个特异亲籼聚合系的亲粳性之间及各个广亲和聚合系的亲籼性之间都有显著差异。特异亲籼聚合系的平均亲籼性和平均亲粳性与亲本G2417-2-1相比都没有显著差异。广亲和聚合系的平均亲籼性高于亲本G2605，平均亲粳性显著低于亲本G2605。这些聚合系的亲和性与其MAS基因型相一致。3、利用四类粳型亲籼系与携带有2个恢复基因和4个抗白叶枯病基因的品系构建回交群体，应用本研究筛选的以PCR为基础的分子标记进行辅助选择。在BC1F1共选择到2个恢复基因和4个抗白叶枯病基因全杂合的植株19个，其中以IC31为受体的5株，以IC32为受体的11株，以IC33为受体的2株，以IC34为受体的1株。4、当选的19个单株自交繁殖BC1F2，利用与目标基因紧密连锁的单一分子标记进行MAS。共选择到各类可供进一步利用的材料393株，其中携带有两个纯合恢复基因的植株158株，同时携带有两个纯合恢复基因和两个纯合显性抗白叶枯病基因的植株40株。5、从上述158个植株中选出两个显性抗性基因均纯合或者任意三个抗性基因均纯合的植株共45株，通过标记加密进一步验证其基因型。结果表明，在Rf3，Rf4，Xa4，Xa21，xa5和xa13等六个基因座位上均带有纯合基因型的植株有3株。本研究通过粳型亲籼系不同分化度的特异亲和基因的聚合获得了新粳型亲籼系；通过聚合恢复基因和抗白叶枯病基因到粳型亲籼系中，使粳型亲籼系不仅能解决亚种间杂种不育性，用于两系杂交稻育种，而且由于具有抗白叶枯病基因，可以改善其对白叶枯病的抗性；由于有恢复基因而具有恢复能力，从而可以实现籼粳亚种间的三系配套。     

三种水稻胞质雄性不育恢复基因的比较

用籼型强恢复系密阳46、H804,含广亲和基因S5n的粳型恢复系02428、T984及H921分别与三种水稻雄性不育胞质野败(CMS-WA),矮败(CMS-DA),印尼水田谷败育(暂名CMS-IA)不育系测交,分析各组合F1、F2及BCF1代的育性表现以研究雄性不育胞质恢复性的遗传。密阳46和H804对CMS-WA、CMS-DA、CMS-IA的恢复性均由两对主效恢复基因控制。T984及H921对野败、矮败和印尼水田谷败育均含有一对主效恢复基因。02428对野败和印尼水田谷不育胞质不含恢复基因,对矮败可能含一对弱恢复基因。对矮败胞质雄性不育的恢复基因作了讨论,推测存在强弱差异的可能。籼粳杂种后代育性表现较品种间组合育性表现更易受环境影响。     

4种不同质源三系不育系配组的籼粳杂种F1优势表现

４种常见的不同质源籼型不育系与７份粳型（偏粳型）广亲和或广亲和恢复系间的不完全双列杂交试验表明，三系法籼粳杂种Ｆ１的平均株高，单株穗数，抽穗天数，剑叶长及主要穗总粒数等均存较高的对照优势，协青早Ａ和珍汕９７Ａ参与籼粳配组，其杂种在综合性状上通常较Ｄ２９７Ａ和ＩＩ－３２Ａ所配杂种要优越；选用感光性弱和配合力强的广谱型广亲和恢复系（如Ｈ６４）进行籼粳配组，其杂种可以克服植株超高，生育期超长，结实率偏低     

粳稻品种4502与广亲和品种间杂种F1不育性的遗传分析

利用９个籼、粳稻品种，７个广亲和品种，配制单交Ｆ１、回交及三交组合，研究了粳稻品种４５０２与广亲和品种间Ｆ１不育性的遗传。根据与品种４５０２杂交Ｆ１的亲和性，可将参试的广亲和品种分为两组，Ｉ组是４５０２亲和的品种，如Ｄｕｌａｒ和０２４２８；Ⅱ组是与４５０２不亲和的品种，如热研１号、Ｍｏｒｏｂｅｒｅｋａｎ和ＣＰＳＬＯ１７。回交和三交组合的育性分离表明，４５０２和Ⅱ组广亲和品种间杂种Ｆ１花粉不育性受单     

Breeding of widely compatible restorer lines in rice (Oryza sativa L.) through anther culture

Following anther culture of various F₁ hybrids of indica restorer (R) lines/wide compatible varieties (WCVs) and japonica R lines/WCVs, the homozygous diploid plants (2n) generated were test-crossed with indica WA type cytoplasmic-genetic male sterile (CMS) line Zhanshan 97A (WA), indica testers Nanjing 11 and Nante, japonica BT CMS line Hanfeng A (BT), and japonica testers Balilla and Akihikari to identify widely compatible restorer lines. The results of this study showed that among the diploid pollen plants generated from F₁ hybrids of indica R lines/WCVs, 36.7% and 64.7% possessed normal fertility restoration ability (rate of seed-setting > 80%) to Hanfeng A and Zhanshan 97A, respectively. 71.3% and 32.3% had normal fertility restoration ability to Hanfeng A and Zhanshan 97A, respectively, in diploid pollen plants derived from the japonica R lines/WCVs F₁'s anther culture. Several widely compatible R lines were selected from anther culture of F₁ hybrids of indica R lines/WCVs and japonica R lines/WCVs. These widely compatible R lines derived from diploid pollen plants showed good wide compatibility and restoration ability both to WA and BT type CMS lines. Strong standard heterosis of major agronomic traits and yield traits was observed in F₁ test-crosses of widely compatible R lines with Hanfeng A and Zhanshan 97A. The wide compatibility in widely compatible R lines H17, H158 and H281 was studied by a set of three-way crosses. Segregation of the fertile plants with seed-setting rate > 70% and semi-fertile plants with seed-setting rate > 69.9% agreed with a ratio of 1:1, indicating that wide compatibility in these widely compatible R lines is governed by a pair of major genes. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

用Rim2超级家族分子指纹鉴别杂交水稻及预测杂种优势

选用5对Rim2引物对21份籼稻和20份粳稻材料进行了DNA指纹扩增,共扩增出38条谱带,其中多态性谱带26条,多态性水平为69.64%;粳稻平均多态性水平为56.67%,明显高于籼稻。根据Nei’s遗传距离计算获得的聚类树状图表明,参试21份籼稻材料聚为6组,20份粳稻材料聚为7组。亲缘关系分析表明,Rim2分子指纹可以区分多数的籼稻或粳稻材料,且显示出材料的遗传特征。考察部分籼稻和粳稻杂交组合的产量对照优势与双亲间遗传距离的关系,发现杂交粳稻的遗传距离与杂交优势表现出相关性,而杂交籼稻无此相关性。     

水稻抗稻瘟病基因Pi35功能性分子标记的开发及其应用

稻瘟病是水稻生产上的严重病害,利用抗病基因培育抗病品种是控制稻瘟病最经济而有效的措施。在日本,稻瘟病部分抗性基因Pi35作为广谱持久抗性基因已广泛应用于水稻育种和稻瘟病防治实践。但是,Pi35基因在我国的资源和品种中的分布情况不清,制约了这一重要基因在我国育种实践中的应用,急需开发实用的分子标记,并系统研究该基因在我国的品种及其亲本中的分布情况,为稻瘟病抗性育种服务。本研究通过比对抗、感品种中Pi35等位基因序列,发现一个能检测抗、感病性差异的特异SNP(3780 T),并据此开发了Pi35基因的功能性分子标记Pi35-d CAPS。利用该标记检测了抗源藤系138的衍生品种10份、微核心种质204份和主栽品种67份,结合测序鉴定,确认5份藤系138衍生品种(垦鉴稻3号、垦鉴稻6号、垦稻8号、绥粳3号和龙粳34)及2份微核心种质(粳稻品种抚宁紫皮粳子和籼稻品种细麻线)携带Pi35基因。本研究结果为通过分子育种手段高效利用Pi35基因改良我国水稻(特别是籼稻)品种的稻瘟病抗性提供了手段。     

DH群体内株系对籼、粳亚种的亲和性

以窄叶青8号（ZYQ8）/京系17(JX17)的13个花培DH株系和培矮64／02428的11个花培DH株系为材料,分析了它们的籼粳分化及其对籼、粳亚种杂交的亲和性。结果表明,无论亲本是否具有广亲和性亲缘,两个DH群体均出现广亲和性良好的株系,且多数株系属籼粳中间类型。这说明虽然广亲和性是遗传的,但是籼粳基因的重组确实可以产生广     

构建水稻优良恢复系背景的重叠片段代换系及其效应分析

通过回交程序结合分子标记辅助选择构建了一套以优良籼稻恢复系9311为背景、导入片段来源于粳稻日本晴的代换系群体。该套群体由125个代换系组成,每系含有单一或少量导入染色体片段,导入片段间相互重叠或衔接能覆盖粳稻全基因组。代换系的平均背景回复率为98.4%,导入片段平均长度为20.9 cM,纯合和杂合导入片段分别占水稻基因组的1.4%和0.2%。利用该群体,两年共检测到31个QTL影响水稻穗重、穗长、结实率和秃顶等性状;导入片段QTL对穗重和结实率均起减效作用。该套重叠片段代换系将为重要性状的基因定位、功能鉴定以及籼粳杂交育种研究提供极有价值的遗传材料。     

云南水稻品种的亲和性分析

将１０１个云南水稻品种分别与３个籼型和３个粳型测验品种杂交，考察了各组合Ｆ１的小穗育性。同时对各被测品种的６种形态性状的分化按程氏指数法进行调查，分析了云南稻品种亲和性分化与形态性状分化之间的关系。根据测交Ｆ１小穗育性的高低，参照籼粳测验品种之间Ｆ１的育性水平，可将被测品种的亲和性分成灿型、粳型、中间型、广亲和型和特殊亲和性５个类群。各类群所含品种数分别为４７个、２１个、１６个、６个和５个，另有６     

分子标记辅助选择技术在水稻育种上的应用

分子标记辅助选择技术给水稻育种提供了新的途径,与传统育种技术相结合,可大大提高育种效率,缩短育种周期。因此,加强分子标记辅助选择技术在水稻育种上的应用研究具有重要的实践意义。在此,综述了分子标记的特点与类型及分子标记辅助选择原理,着重介绍了分子标记辅助选择在水稻育种上的利用现状,主要包括在回交育种、基因聚合、数量性状改良等方面的应用进展。同时讨论了该技术存在的问题,并展望了其应用前景。     

籼粳亚种间杂种育性相关基因座全基因组分析

利用一套以粳稻品种Asominori为遗传背景、籼稻品种IR24为染色体片段供体的覆盖全基因组的CSSL群体，研究了籼粳亚种间组合Asominori/IR24和02428/IR24杂种小穗低育性的遗传基础。结果发现，Asominori/IR24组合的育性主要受第5染色体上的2个育性位点S-24(t)和S-31(t)及第6染色体上的 S-5位点控制，其中S-31(t)为本研究发现的新育性位点，粳稻品种02428带有该位点的亲和性基因。02428/IR24组合的低育性主要受S-24(t)花粉育性位点的影响。育性基因的表达受遗传背景的影响，在粳稻遗传背景中，S-24(t)位点处在Sⁱ/S^j杂合基因型时可使杂种小穗育性下降70%左右，而S-31(t)和 S-5为杂种半不育位点。在籼粳全基因组杂合遗传背景中，当S-5ⁱ/S-5^j基因型置换成S-5ⁱ/S-5ⁱ基因型后，亚种间杂种小穗育性可平均提高22.5%，接近正常育性水平。在S-5ⁱ/S-5^j遗传背景中，S-24(t)和S-31(t)的Sⁱ/Sⁱ纯合基因型不能改善亚种间杂种的小穗育性。说明S-5位点是影响亚种间小穗育性的关键位点，在亚种间杂交稻育种中，必须首先克服S-5位点造成的育性障碍。提出了等位基因置换法克服水稻籼粳亚种间杂种小穗低育性的技术策略。