一种选育具有相同遗传背景的油菜隐性核不育临保系和纯合不育系的方法

摘要

本发明涉及甘蓝型油菜育种领域，具体涉及一种借助热激处理技术选育具有相同遗传背景的油菜隐性核不育临保系和纯合不育系的方法。本发明的目的在于提供一种选育具有相同遗传背景的油菜隐性核不育临保系和纯合不育系的方法。本发明的方法以现有的油菜品系、隐性上位互作核不育的临保系和纯合不育株为基础材料，在临保系或纯合不育株与品系的杂交后代中，借助热激处理技术使不育株实现自交繁殖，经过6个世代的选育，即可获得具有相同遗传背景的临保系和纯合不育系。本发明简化了生产程序、保证了全不育系的纯度。

说明书

技术领域

本发明涉及甘蓝型油菜育种领域，具体涉及一种借助热激处理技术选育具有相同遗传背景的油菜隐性核不育临保系和纯合不育系的方法。

背景技术

甘蓝型油菜隐性上位互作核不育是由陈凤祥发现并提出了两型系、临保系和恢复系的三系利用模式。该不育系同具有不育性彻底、稳定和恢复源广的优点，避免了细胞质雄性不育材料普遍存在的微量花粉问题，同时克服了“两系法”核不育系统制种时需拔除50％可育株的难题。最初的研究认为该不育系统的育性受2对重叠隐性不育基因和1对隐性上位抑制基因互作控制(陈凤祥等，作物学报，1998)。最新研究发现，其育性是由2个独立的基因位点ms3 和ms4控制的，其中ms3位点有两个等位基因，Ms3为显性抑制基因、ms3为隐性基因，二者的显隐性关系为Ms3>ms3；ms4位点存在3个复等位基因，ms4^a为显性抑制基因、ms4^b为不育基因、ms4^c为无义基因，三者的显隐性关系为ms4^a>ms4^b>ms4^c；纯合两型系中不育株和可育株的基因型分别为ms3ms3ms4^bms4^b和Ms3ms3ms4^bms4^b、临保系的基因型为ms3ms3ms4^cms4^c、杂合不育株的基因型为ms3ms3ms4^bms4^c(Xia等，Plant>

在甘蓝型油菜隐性上位互作核不育的三系利用模式中，通过两型系中不育株与临保系杂交产生全不育系，然后用全不育系与恢复系杂交生产杂交种。如果选育的两型系和临保系遗传差异较大，会造成配制的杂交种实际为三交种，存在整齐度较差的风险。因此，选育具有相同遗传背景的两型系和临保系，是利用该不育系统的关键。目前，具有相同遗传背景的两型系和临保系的选育途径主要有以下两种：一种是以现有的两型系中不育株为轮回亲本与需要改良的临保系进行连续多代的回交，最终将临保系的遗传背景转育成与现有的两型系的遗传背景相同；另一种是以临保系或两型系中纯合不育株为供体材料，用现有的品种(系)为轮回亲本进行多代回交后自交，在转育过程中借助分子标记筛选所需的目标基因型单株，最终筛选出与轮回亲本具有相同遗传背景的两型系和临保系基因型单株。

研究发现甘蓝型油菜隐性上位互作核不育的杂合型不育株(ms3ms3ms4bms4c)在34～36℃的高温胁迫处理下可以恢复部分育性，而纯合型不育(ms3ms3ms4bms4b)株的不育性没有变化,据此可以鉴定出这杂合和纯合不育株的基因型(专利：201410231271.8)、也可以在杂合不育株的自交后代中筛选出临保系基因型单株(专利：201410406809)、还可以利用杂合不育株诱导产生的可育花粉与特定纯合两型系中的不育株进行回交来选育同型的临保系(专利：201410406806)。申请人研究发现甘蓝型油菜隐性上位互作核不育的纯合不育株和杂合不育株每天在38～42℃的高温下热激处理3～5小时，经过连续处理8～15天后均可以恢复部分育性，因此纯合不育基因型的繁殖可不借助两型系来实现。基于此发现，本发明提出了一种借助热激处理技术选育具有相同遗传背景的油菜隐性核不育临保系和纯合不育系的方法。与前人研究的不同在于，本方法借助热激处理的方法使纯合和杂合不育株实现自交繁殖，然后根据育性分离情况确定杂合不育株的自交后代，并从中继续选取不育株经热激处理后自交，如此经过连续多代的自交而最终获得具有相同遗传背景的临保系和纯合不育系，获得的纯合不育系经热激处理后实现自交繁殖、并可与临保系杂交产生不育系用于杂交种的生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种选育具有相同遗传背景的油菜隐性核不育临保系和纯合不育系的方法。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种选育具有相同遗传背景的油菜隐性核不育临保系和纯合不育系的方法，该方法包括以下步骤：

1)分别以现有油菜隐性核不育的临保系和纯合两型系中不育株为母本与优良的品系杂交获得F₁世代种子；

2)田间种植杂种F₁，套袋自交获得F₂代种子；

3)田间种植F₂群体，现蕾初期考察各F₂群体的育性分离；若品系与纯合不育株杂交产生的F₂群体中不育株与可育株的分离比例符合3:13、而且与临保系杂交产生的F₂群体表现全可育，则从该品系与纯合不育株杂交产生的F₂群体中选取不育株移入盆钵后置于温室中；若品系与纯合不育株杂交产生的F₂群体中不育株与可育株的分离比例符合1:3、且与临保系杂交产生的F₂群体中不育株与可育株的分离比例符合3:13，则从该品系与临保系杂交产生的F₂群体中选取不育株移入盆钵后置于温室中；

4)待移植的F₂不育株成活后，将其置于人工气候室中进行热激处理，处理完毕后再移回温室，待不育株出现可育花朵时，人工辅助自交并套袋隔离，成熟后收获F₃代种子；所述的热激处理的步骤如下：在油菜现蕾初期，将油菜隐性核不育株置于人工气候室中，光照时间15～18小时、黑暗6～9小时，其中在光照条件下38～42℃处理3～5小时，其余时间温度控制在18～25℃；连续处理8～15天，然后将不育株置于温室正常条件下生长；

5)在田间按单株种植F₃代种子，现蕾初期考察各F₃株系的育性分离，在有育性分离的株系中选取不育株移入盆钵后置于温室中；

6)待移植的F₃不育株成活后，将其置于人工气候室中进行所述的热激处理，处理完毕后再移回温室，待不育株出现可育花朵时，人工辅助自交并套袋隔离，成熟后收获F₄代种子；

7)在田间按单株种植F₄代种子，现蕾初期考察各F₄株系的育性分离，在有育性分离的株系中选取不育株移入盆钵后置于温室中；

8)待移植的F₄不育株成活后，将其置于人工气候室中进行所述的热激处理，处理完毕后再移回温室，待不育株出现可育花朵时，人工辅助自交并套袋隔离，成熟后收获F₅代种子；

9)在田间按单株种植F₅代种子，现蕾初期考察各F₅株系的育性分离，在有育性分离的株系中选取不育株移入盆钵后置于温室中，待移植的F₅不育株成活后，将其置于人工气候室中进行所述的热激处理，处理完毕后再移回温室，待不育株出现可育花朵时，人工辅助自交并套袋隔离，成熟后收获F₆代种子；

10)在田间种植按单株可育株和不育株的F₆代种子，可育株株系为即为临保系、从中选择单株进行套袋自交繁殖；在现蕾初期考察各不育株F₆株系的育性分离，表现全不育的株系即为与临保系同型的纯合不育系、从中选择单株移入盆钵后置于温室后，将其置于人工气候室中进行所述的热激处理，处理完毕后再移回温室，待不育株出现可育花朵时，人工辅助自交并套袋隔离，进行自交繁殖。

优选的技术方案是：

(1)、在油菜现蕾初期，将不育株置于人工气候室中，光照时间16小时、黑暗8小时，其中在光照条件下40℃处理4小时，其余时间温度控制在20℃；

(2)、按照步骤(1)所述的光照和温度条件连续处理10天，然后将不育株置于温室正常条件下生长。

申请人研究发现，油菜隐性上位互作核不育的不育株经热激处理(40℃的温度条件下每天处理4小时、连续10天)后部分不育花转变为可育花，通过辅助授粉可以获得不育株的自交种子。因此，借助热激处理的方法使杂合不育株进行连续多代的自交，可在F₆代获得具有相同遗传背景的临保系和纯合不育系，纯合不育系借助热激处理的方法实现自交繁殖、同时与临保系杂交产生全不育系用于杂交种的生产。

本发明的方法以现有的油菜品系、隐性上位互作核不育的临保系和纯合不育株为基础材料，在临保系或纯合不育株与品系的杂交后代中，借助热激处理技术使不育株实现自交繁殖，经过6个世代的选育，即可获得具有相同遗传背景的临保系和纯合不育系。在转育过程无需借助分子标记辅助选择，但选育年限和效率相当。由于借助热激处理技术可以实现纯合不育系的自交繁殖，在全不育系生产过程中避免了传统方法需要拔出两型系中50％可育株的问题，简化了生产程序、保证了全不育系的纯度。

附图说明

图1为不育株热激处理前的花蕾形态。

图2为不育株经热激处理后部分花转为可育花。

图3为不育株经热激诱导恢复部分育性后的结荚形态。

图4为本发明的技术流程图。

具体实施方式

实施例1热激处理条件下油菜隐性核不育的不育株实现自交繁殖

(1)、将两型系HYZ1-AB(基因型为Ms3ms3ms4^bms4^b+ms3ms3ms4^bms4^b)及全不育系HYZ1A(基因型为ms3ms3ms4^bms4^c)按正常条件种植于田间；

(2)、在现蕾初期(如图1所示)，在HYZ1-AB和HYZ1A中选取不育株，用铲子将其带土挖出、移栽到盆钵中，然后移入温室中；

(3)、待移植3天后不育株成活，将其置于人工气候室中进行如下条件的热激处理：光照时间16小时、黑暗8小时，其中在光照条件下40℃处理4小时，其余时间温度控制在20℃；上述光照和温度条件下连续处理10天；

(4)、热激处理完毕后，将不育株从人工气候室中移回到温室中，注意保持温室通风和空气流通；

(5)、不育株的花瓣展开时，经热激处理的两型系HYZ1-AB不育株(图2A)和全不育系HYZ1A单株(图2B)均会出现可育花，用镊子取下可育花的花药对同一株的花朵授粉，，用硫酸纸袋将单株套袋隔离；

(6)、待整株的花瓣败落后，取下自交纸袋；

(7)、图3所示为HYZ1-AB不育株(图3A)和全不育系HYZ1A单株(图3B)的结荚情况，成熟后收获种子。

实施例2所选品系为Ms3Ms3ms4^cms4^c基因型时的选育过程

转育过程如图4所示，具体步骤如下：

(1)、分别以临保系(ms3ms3ms4^cms4^c)和纯合两型系HYZ1-AB中不育株(ms3ms3ms4^bms4^b)为母本与中双11杂交，收获F₁种子；

(2)、田间种植F₁，在初花期选取单株进行套袋隔离自交，获得F₂种子；

(3)、田间种植F₂群体，现蕾初期考察各F₂群体的育性分离，中双11与纯合不育株杂交产生的F₂群体中不育株与可育株的分离比例接近3:13、与临保系杂交产生的F₂群体表现全可育，所以初步确定中双11的基因型为Ms3Ms3Ms4^cms4^c(表1和表2)；然后从中双11与纯合不育株杂交产生的F₂群体中选取10株不育株，用铲子将其带土挖出后移栽到盆钵中，最后移入温室中；

(4)、待移植的F₂不育株成活后，将其置于人工气候室中进行热激处理，处理条件如下：>

(5)待经热激处理后的F₂不育株出现可育花朵时，用镊子取可育花药对同株上的花进行辅助授粉，然后套袋隔离，成熟后收获F₃代种子；

(6)、在田间按单株种植F₃代种子，现蕾初期考察各F₃株系的育性分离，部分株系有育性分离，至此可以确定中双11的基因型为Ms3Ms3ms4^cms4^c；在有育性分离的株系中选取田间表现最好的1个株系，从中选取10株不育株，然后用铲子将其带土挖出后移栽到盆钵中，最后移入温室中；

(7)、待移植的F₃不育株成活后，将其置于人工气候室中按照(4)中所述的条件进行热激处理，待不育株出现可育花朵时，人工辅助授粉自交，然后套袋隔离，成熟后收获F₄代种子；

(8)、在田间按单株种植F₄代种子，现蕾初期考察各F₄株系的育性分离，在有育性分离的株系中选取田间表现最好的1个株系，从中选取10株不育株，然后用铲子将其带土挖出后移栽到盆钵中，最后移入温室中；

(9)、待移植的F₄不育株成活后，将其置于人工气候室中按照(4)中所述的条件进行热激处理，待不育株出现可育花朵时，人工辅助授粉自交，然后套袋隔离，成熟后收获F₅代种子；

(10)、在田间按单株种植F₅代种子，现蕾初期考察各F₅株系的育性分离，在有在有育性分离的株系中，选取田间表现较好的1个株系，从中各选取30株不育株，然后用铲子将其带土挖出后移栽到盆钵中，最后移入温室中；同时选择10株可育株(为临保系基因型)进行套袋获得F₆代种子；

(11)、待移植的F₅不育株成活后，将其置于人工气候室中按照(4)中所述的条件进行热激处理，待不育株出现可育花朵时，人工辅助授粉自交，然后套袋隔离，成熟后收获F₆代种子；

(12)、在田间按单株种植可育株和不育株自交的F₆代种子，可育株的自交株系为即为临保系，选取5个田间表现较好的株系、从中各选择5个单株进行套袋自交繁殖；在现蕾初期考察各不育株F₆株系的育性分离，呈现全不育的为纯合不育系，从表现较好的3个纯合不育系中各选取5个单株移入盆钵后置于温室中，移植成活后将其置于人工气候室中按照(4)>

(13)、在F₆代获得的临保系和纯合不育系具有相同的遗传背景，临保系通过自交进行繁殖，纯合不育系可经过热激处理后自交繁殖；选择株高、品质等农艺性状较好且相近的纯合不育系和临保系进行杂交来生产全不育系。

实施例3所选品系为Ms3Ms3ms4^bms4^b基因型时的选育过程

转育过程如图4所示，具体步骤如下：

(1)、分别以临保系(ms3ms3ms4^cms4^c)和纯合两型系HYZ1-AB中不育株(ms3ms3ms4^bms4^b)为母本与湘油15杂交，收获F₁种子；

(2)、田间种植F₁，在初花期选取单株进行套袋隔离自交，获得F₂种子；

(3)、田间种植F₂群体，现蕾初期考察各F₂群体的育性分离，湘油15与纯合不育株杂交产生的F₂群体中不育株与可育株的分离比例符合1:3、与临保系杂交产生的F₂群体中不育株与可育株的分离比例符合3:13，所以确定湘油15的基因型为Ms3Ms3ms4^bms4^b(表1和表2)；从临保系与湘油15杂交产生的F₂群体中选取10株不育株，然后用铲子将其带土挖出侯移栽到盆钵中，最后移入温室中；

(4)、待移植的F₂不育株成活后，将其置于人工气候室中进行热激处理，处理条件如下：>

(5)待经热激处理后的F₂不育株出现可育花朵时，用镊子取可育花药对同株上的花进行辅助授粉，然后套袋隔离，成熟后收获F₃代种子；

(6)、在田间按单株种植F₃代种子，现蕾初期考察各F₃株系的育性分离，从有育性分离的株系中选取田间表现最好的1个株系，从中选取10株不育株，然后用铲子将其带土挖出后移栽到盆钵中，最后移入温室中；

(7)、待移植的F₃不育株成活后，将其置于人工气候室中按照(4)中所述的条件进行热激处理，待不育株出现可育花朵时，人工辅助授粉自交，然后套袋隔离，成熟后收获F₄代种子；

(8)、在田间按单株种植F₄代种子，现蕾初期考察各F₄株系的育性分离，在有育性分离的株系中选取田间表现最好的1个株系，然后从中选取10株不育株用铲子将其带土挖出后移栽到盆钵中，最后移入温室中；

(9)、待移植的F₄不育株成活后，将其置于人工气候室中按照(4)中所述的条件进行热激处理，待不育株出现可育花朵时，人工辅助授粉自交，然后套袋隔离，成熟后收获F₅代种子；

(10)、在田间按单株种植F₅代种子，现蕾初期考察各F₅株系的育性分离，然后在有在有育性分离的株系中，选取田间表现较好的1个株系，然后从中选取30株不育株用铲子将其带土挖出后移栽到盆钵中，最后移入温室中；同时选择10株可育株(为临保系基因型)进行套袋；

(11)、待移植的F₅不育株成活后，将其置于人工气候室中按照(4)中所述的条件进行热激处理，待不育株出现可育花朵时，人工辅助授粉自交，然后套袋隔离，成熟后收获30株不育株及10株可育单株的自交F₆代种子；

(12)、在田间按单株种植可育株和不育株自交的F₆代种子，可育株的自交株系为即为临保系，选取5个田间表现较好的株系、从中各选择5个单株进行套袋自交繁殖；在现蕾初期考察各不育株F₆株系的育性分离，表现全不育的为纯合不育系；从表现较好的3个纯合不育系中各选取5个单株移入盆钵后置于温室中，移植成活后将其置于人工气候室中按照(4)>

(13)、在F₆代获得的临保系和纯合不育系具有相同的遗传背景，临保系通过自交进行繁殖，纯合不育系可经过热激处理后自交繁殖；选择株高、品质等性状较好的纯合不育系和与其株型一致的临保系进行杂交来生产全不育系。

表1.临保系(ms3ms3Ms4^cMs4^c)与不同基因型品系杂交F₂代的育性分离规律

品系基因型Ms3Ms3Ms4^aMs4^aMs3Ms3Ms4^bMs4^bMs3Ms3Ms4^cMs4^cms3ms3Ms4^aMs4^ams3ms3Ms4^cMs4^cF₁基因型Ms3ms3Ms4^aMs4^cMs3ms3Ms4^bMs4^cMs3ms3Ms4^cMs4^cms3ms3Ms4^aMs4^cms3ms3Ms4^cMs4^cF₂中不育株与可育株比例全可育3/13全可育全可育全可育

表2.纯合不育株(ms3ms3Ms4^bMs4^b)与不同基因型品系杂交F₂代的育性分离规律