四川隐性核不育水稻的遗传研究与育种利用

摘要

植物雄性不育是比较普遍出现的一种现象，由于利用核质互作雄性不育的三系杂交水稻的成功应用，植物雄性不育的研究受到重视。普通隐性核不育遗传简单，不受温光条件影响，有利于进行雄性不育的遗传规律、雄性不育的机理研究以及杂种优势利用等研究。本文利用四川隐性核不育水稻H2S，对其进行遗传规律和遗传效应研究，然后进行了细胞形态学研究，利用分子标记进行基因定位，并利用该隐性核不育材料H2S进行了水稻的轮回育种研究，主要结果如下： 1．四川隐性核不育水稻H<,2>S是无花粉的雄性不育系，其花药细小，呈白色水浸状，成熟的花药无花粉粒；颖花的雌蕊等其它结构都正常，其不育性表现稳定，不受温光条件的影响。 2．遗传分析表明：H<,2>S的不育性遗传表现为隐性的细胞核单基因控制，不受细胞质影响；恢复谱广，各种籼稻都是其恢复系。在不同胞质来源的珍汕97A(CMS-WA)、D702A(CMS-D)、G46A(CMS-G)、K18A(CMS-K)、协青早A(CMS-DA)、粤泰A(CMS-HL)的遗传背景下，均表现为隐性单基因遗传，与这些细胞质雄性不育的不育核基因是不等位的，没有发生两类不育核基因间的互作；表明该隐性核不育与核质互作不育是两个独立的、不同的系统。 3．利用回交转育构建了该不育基因的突变型(H<,2>S)、杂合型(H<,2>Sh)、野生型(H<,2>Sw)近等基因系，遗传背景分析表明除不育基因外遗传背景高度相似；通过对近等基因系的性状考察，发现该不育基因对播始历期和有效穗具有正效应，对株高和穗平着粒具有负效应。 4．利用回交转育及SSR和ISSR分析，构建了遗传背景相似含三系雄性不育细胞质CMS-WA、CMS-D、CMS-G、CMS-K、CMS-DA等的H2S同核异质系。通过对同核异质系的主要农艺性状的比较，发现该不育基因在可育细胞质下，株高和穗平着粒数显著低于5个不育细胞质的同核系，包颈粒率和包颈度则极显著高于5个不育细胞质同核异质不育系，表明该不育基因在可育细胞质下对株高、穗平着粒、包颈粒率和包颈度存在显著的负效应，而当两套不育系统结合在一起，反而会部分解除隐性核不育基因的影响或三系雄性不育系统抑制了隐性核不育基因对上述性状的负效应。通过双列杂交试验结果分析，三系雄性不育细胞质的负效应主要表现在株高、结实率和千粒重，进一步影响单穗重和产量；隐性核不育H2S在这些方面没有显著的负效应，因此在杂种优势利用中有着显著的潜力。 5．通过扫描电镜观察，四川隐性核不育在早期的花器官形态发生时，颖花原基到雄蕊、雌蕊原基的先后分化都正常，雌雄蕊原基的数目与形态与H<,2>Sw无差异，表明该隐性核不育材料在早期的形态建成正常。石蜡切片细胞学观察，发现该隐性核不育能形成正常的四分体孢子，四分体释放出小孢子后，在单核花粉进入液泡化时小孢子的发育异常，不进行正常的液泡化，逐渐开始解体和消失；相应的绒毡层在小孢子形成后的降解延迟，绒毡层细胞的体积略有增大，在小孢子降解快结束时也很快解体。因此，四川隐性核不育是绒毡层降解延迟导致小孢子解体而发生的无花粉雄性不育。 6．采取极端集团一隐性群法，利用SSR标记进行初步定位，在此基础上筛选新的SSR标记和开发INDEL分子标记，实现了基因的精细定位，把四川隐性核不育基因定位到分子标记W19、W11之间，遗传图距分别为0.5 cM和0.2 cM；在这两个标记间约73Kb的区域内找到11个已经预测的候选基因，经分析LOC Os06g42310有可能是目标基因。经检索，该隐性不育基因属首次利用分子标记定位的新基因，暂命名为ms-nop(t)。 7．利用四川隐性核不育材料进行了三系杂交稻的轮回选择育种研究，通过分别构建保持系和恢复系的轮回群体，进行了两轮轮回选择，选育出产量一般配合力高于原始群体骨干亲本一般配合力的新亲本；发现经2轮轮回选育出的亲本产量一般配合力优于1轮轮回选择，其它性状的选择效果因性状的遗传特点而异，一般非加性遗传效应强的数量性状通过轮回选择的改良比较有效。通过轮回选择育种，选育出D35A、蜀恢498、D83A等优良三系杂交稻亲本，已有配组的杂交稻新组合通过四川省的品种审定。

目录

文摘

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第一章文献综述

1水稻雄性不育的获得与分类

1.1雄性不育的获得

1.2水稻雄性不育的分类

2 水稻细胞质雄性不育的遗传效应研究

2.1细胞质效应的组成

2.2细胞质效应的研究方法

2.3细胞质效应在性状上的表现

3 水稻雄性不育的生理生化基础

3.1物质及能量代谢系统与水稻雄性不育

3.2酶活性与水稻雄性不育

3.3植物生长物质与水稻雄性不育

3.4 Ca2+与水稻雄性不育

4水稻雄性不育发育的细胞学生物学研究

4.1花粉败育的时期研究

4.2绒毡层发育异常与水稻雄性不育

4.3细胞骨架变化与水稻雄性不育

4.4水稻雄性不育过程中的细胞程序性死亡

5水稻雄性不育的分子生物学研究

5.1主要的分子标记

5.2水稻雄性不育相关基因的定位

5.3水稻雄性不育相关基因的克隆

6雄性不育的遗传机制

6.1关于雄性不育机理的假说

6.2核质互作雄性不育(CMS)机制的研究

6.3细胞核雄性不育的研究

7雄性不育在水稻育种中的应用

7.1雄性不育在水稻杂种优势利用中的应用

7.2水稻的群体改良研究

8开题设想

第二章四川隐性核不育水稻的遗传分析

1引言

2材料与方法

2.1供试材料

2.2试验方法

3结果与分析

3.1H2S的表型特征

3.2H2S的遗传分析

3.3H2S的不育基因在不同雄性不育胞质背景的遗传表现

4讨论

4.1四川隐性核不育的遗传特点

4.2普通隐性核不育的保持

5小结

第三章四川隐性核不育水稻的遗传效应研究

1前言

2材料与方法

2.1供试材料

2.2试验方法

3结果与分析

3.1 H2S的近等基因系的性状比较

3.2隐性核不育基因在各种不育胞质中的遗传效应

4讨论

4.1关于隐性核不育基因的遗传效应

4.2关于雄性不育细胞质的遗传效应

4.3隐性核不育基因在杂种优势利用中的前景

5小结

第四章四川隐性核不育水稻的细胞发育形态学研究

1前言

2材料方法

2.1植物材料

2.2扫描电镜观察

2.3石蜡切片观察

2.4压片观察

3结果与分析

3.1隐性核不育H2S的花器官的形态发生

3.2H2S的可育株花药壁及花粉的形成和发育

3.3H2S不育株花药壁及花粉的形成和发育

4讨论

4.1水稻花粉败育时期的研究

4.2水稻花粉的败育与绒毡层的变化

5小结

第五章四川隐性核不育水稻的基因定位研究

1前言

2材料与方法

2.1植物材料

2.2方法

3结果与分析

3.1隐性核不育基因的初步定位

3.2隐性雄性不育基因的精细定位

3.3候选基因预测

4讨论

4.1有关隐性核不育基因的定位

4.2基因图位克隆需要注意的几个问题

4.3影响图位克隆成功与否的因素

5小结

第六章四川隐性核不育水稻在轮回育种中的应用

1前言

2材料与方法

2.1材料

2.2方法

3结果与分析

3.1轮回选择方法及育成亲本的性状表现

3.2轮回选择不育系和恢复系的产量及其相关性状的配合力分析

3.3杂交稻亲本的轮回选择育种效果

4讨论

4.1利用隐性核不育进行轮回育种的特点

4.2利用隐性核不育进行轮回育种的存在的问题

4.3水稻轮回选择育种的应用前景

5小结

本研究的特色与创新之处

参考文献

致谢

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