甘蓝类蔬菜OguraCMS恢复材料的创制及其遗传构成分析

摘要

雄性不育系制种是甘蓝类蔬菜杂交种生产的主要途径。Ogura细胞质雄性不育败育彻底、转育容易，是甘蓝类蔬菜雄性不育系制种中应用最广泛的胞质不育类型。但Ogura细胞质雄性不育的所有后代均为不育类型，Ogura胞质不育的优异资源无法继续自交分离利用。因此，创制甘蓝类蔬菜Ogura细胞质雄性不育的恢复系，对于Ogura不育种质资源的创新与利用具有重要意义。前期研究中，利用远缘杂交结合胚挽救技术，获得了育性恢复的含有Rfo的芥蓝-甘蓝型油菜种间杂种及其加倍后回交BC1代植株。但F1、BC1代恢复材料，仍含有大量的甘蓝型油菜染色体片段，人工授粉无法结实，花粉活力、育性稳定性较差，无法在生产实践中加以利用。 本研究以Ogura CMS芥蓝为回交亲本，分别对芥蓝-甘蓝型油菜种间三倍体单株（YL2）和其加倍的种间六倍体单株进行多代回交，利用标记筛选，结合形态、育性、细胞学观察、倍性和遗传构成分析，最终获得芥蓝（2n=18）的Ogura CMS育性恢复材料，并利用该Ogura CMS育性恢复材料对甘蓝类蔬菜中Ogura CMS优异资源进行转育利用。主要研究结果如下： 1、获得了育性恢复稳定（花粉活力大于 85%）、形态、遗传背景均近于芥蓝，人工授粉可少量结实的（结实率大于0.2粒种子/每种荚）的BC2代、BC3代多倍体植株。以Ogura CMS芥蓝为母本，芥蓝-甘蓝型油菜种间六倍体Rfo阳性单株（AACCCC）为父本，进行多代回交转育，获得了BC2、BC3和BC4代群体。利用标记筛选，结合形态学特征、育性表现和遗传背景分析，在BC2代中筛选获得一株遗传背景（遗传相似系数=0.76）、整体形态特征近于芥蓝、育性恢复较稳定（开花前期花粉活力为 87.07%）、可不利用胚挽救少量自然结实（305粒/4295种荚）的Rfo阳性单株15Q23。对该单株进行两代回交，分别获得了BC3、BC4代Rfo阳性株，Rfo基因可稳定传递。育性观察发现，不同单株间育性存在差异。在BC3代中筛选获得了遗传背景、形态特征近于亲本芥蓝，结实性（0.2粒种子/每种荚）较15Q23显著提升的BC3代Ogura CMS育性恢复材料16Q1-4和16Q1-10。倍性鉴定结果表明，以种间六倍体作为桥梁，利用芥蓝回交获得的后代多为多倍体，但BC4代中可分离出倍性接近二倍体芥蓝的单株。细胞学观察发现， BC4后代在减数分裂时期存在异常的染色体行为。 2、成功获得结实性正常，育性恢复稳定，形态与芥蓝一致，遗传背景近于芥蓝、染色体数为18条的芥蓝Ogura CMS恢复材料。为加快甘蓝型（2n = 18）恢复材料的获得，以Ogura CMS芥蓝为母本，对芥蓝-甘蓝型油菜Ogura CMS种间三倍体（ACC）恢复单株进行多代回交，结合胚挽救、标记筛选，倍性鉴定，筛选获得1株BC1代Rfo阳性株15CMSF-Y1，其形态近于芥蓝，花粉活力介于15%到65%之间，倍性介于亲本芥蓝（二倍体）和种间三倍体中间，染色体为22条。对15CMSF-Y1进一步回交，共获得167株BC2代成苗，其中2株为Rfo阳性（16Q2-11和16Q2-58）。单株16Q2-11育性稳定，花期花粉活力在60%~90%之间，自然结实性较好，平均每种荚4~10粒种子，形态与亲本芥蓝一致，染色体数为18条，但其花粉母细胞减数分裂时期仍存在异常染色体行为。进一步回交后，筛选获得9株BC3代Rfo阳性株，染色体数均为18条，育性稳定（花粉活力>85%），部分花粉母细胞在减数分裂时期染色体间已正常配对与分离。 3、聚合了Ogura CMS恢复基因Rfo、根肿病抗性位点CRb，国内外首次成功恢复了含有CRb基因的Ogura CMS甘蓝类材料的育性。利用新创制的Ogura CMS恢复材料16Q2-11对结球甘蓝含有根肿病抗性位点CRb的Ogura CMS种质资源进行杂交，成功获得11株Ogura CMS育性恢复材料，育性恢复良好，花粉活力大于80%。其中4株含有抗性位点CRb，用根肿菌接种后表现抗病，其花粉育性已恢复，可用于甘蓝型蔬菜抗根肿资源的创制。 4、利用高通量测序技术结合分子标记技术，对种间六倍体和种间三倍体 BC1代、BC2 代遗传组成进行分析。结果表明，种间六倍体（AACCCC）的回交后代较三倍体（ACC）回交后代，遗传构成中保留甘蓝型油菜Cn和An基因组比例较高，且较难消除。重点单株16Q2-11和16Q2-58已回复为C基因组遗传组成形式，多数区段已整合为芥蓝纯合类型（Co/Co），其中C基因组杂合区段（Co/Cn）比例分别为0.36和0.31，甘蓝型油菜的An基因组多数区段已丢失。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1甘蓝类蔬菜杂种优势利用途径

1.2 甘蓝雄性不育类型及应用

1.3 Ogura雄性不育广泛利用的影响

1.4 Ogura CMS不育基因及其恢复基因的研究进展

1.5 Ogura CMS恢复系在芸薹作物中的创制

1.6 远缘杂交后代遗传组成分析方法

1.7 本研究的目的和意义

第二章利用种间六倍体杂种（AACCCC）创制芥蓝Ogura CMS恢复材料

2.1 材料和方法

2.2 结果与分析

2.3讨论

第三章利用种间三倍体杂种（ACC）创制芥蓝Ogura CMS恢复材料

3.1 材料和方法

3.2 结果与分析

3.3讨论

第四章 两个甘蓝变种与甘蓝型油菜种间杂交后代的结实性及Rfo基因传递效率比较

4.1材料和方法

4.2 结果与分析

4.3 讨论

第五章 结球甘蓝Ogura CMS抗根肿病材料的育性恢复

5.1材料和方法

5.2 结果与分析

5.3 讨论

第六章 远缘杂交后代遗传组成分析

6.1材料和方法

6.2结果与分析

6.3讨论

第七章 结论、创新点与展望

7.1结论

7.2创新点

7.3展望

参考文献

附录

英文缩略表

致谢

作者简历