蔡健 蔡鯤鵬

摘要

[目的]研究恢復(fù)系SSSL W2307060109中的恢復(fù)基因Rf3和Rf4對(duì)于野敗型不育細(xì)胞質(zhì)的遺傳模式。[方法]以野敗型不育系博白A 為母本，恢復(fù)系SSSLW2307060109（Rf3Rf3/Rf4Rf4）為父本雜交，采用分子標(biāo)記輔助選擇和連續(xù)回交的方法構(gòu)建BC3F2群體，從中選擇攜帶基因型Rf3Rf3/Rf4Rf4、rf3rf3/Rf4Rf4的單株，考察其花粉和小穗育性。[結(jié)果]恢復(fù)系SSSLW2307060109中的恢復(fù)基因?qū)τ赪A 型不育系博白A表現(xiàn)出質(zhì)量-數(shù)量性狀的遺傳。在恢復(fù)系SSSLW2307060109中， 除主效恢復(fù)基因Rf3 和Rf4 外， 微效基因或者修飾基因也表現(xiàn)出對(duì)于博白A的恢復(fù)性作用，且效應(yīng)較大。[結(jié)論] 為水稻雜種優(yōu)勢研究和利用提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 水稻；恢復(fù)系；野敗型；恢復(fù)基因

中圖分類號(hào) S511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2015）05-027-02

Analysis of the Genetic Mode of Restorer Genes Rf3 and Rf4 for the WA-CMS System in Rice

CAI Jian1， CAI Kunpeng2， FAN Kezhang1，LU Liangfeng3*

（1.School of Biotechnology and Food Engineering， Fuyang Teachers College， Fuyang， Anhui 236041；2.School of Information Engineering， Wuyi University， Tianmen， Guangdong 529020； 3.School of Modern Agricultural Engineering， Henan Vocational College of Agricultural， Zhongmu Henan 451450）

Abstract [Objective] To analyze the genetic mode of restorer genes Rf3 and Rf4 for the WACMS system.[Method] The BC3F2 population， possessing the genetic background of the SSSLW2307060109， was generated from the crosses between the SSSLW2307060109（recurent parent） and the WA CMS line of BobaiA by backcrossing and markerassisted selection. In the BC3F2 population， the plants carrying the Rf3Rf3/Rf4Rf4 、rf3rf3/Rf4Rf genotype were selected， their phenotyping for fertility in pollen and spikelet were evaluated.[Result] The results showed that two pairs of dominant genes governed restoration of pollen fertility restoration， and some modifying or minor genes were involved in the inheritance of restorer ability besides Rf3 or Rf4 in SSSLW2307060109， indicating that the genetic mode of Rf genes showed a qualitativequantitative characteristic for WA and DACMS system.[Conclusion]The study provided a theoretical basis for the study and use of heterosis in rice.

Key words Rice； Restorer line； Wild abortive （WA）； Restorer gene

基金項(xiàng)目 安徽省高校省級(jí)自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（KJ2014A194）。

作者簡介

蔡?。?968- ），男，安徽阜陽人，教授，博士，從事水稻遺傳育種和優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培技術(shù)研究。*通訊作者，副教授，從事小麥細(xì)胞質(zhì)雄性不育性的應(yīng)用研究和遺傳學(xué)教學(xué)工作。

收稿日期 20141219

細(xì)胞質(zhì)雄性不育（Cytoplasmic male sterility，CMS）類型主要指核質(zhì)互作型雄性不育，是水稻雜種優(yōu)勢利用的基礎(chǔ)。野敗型核質(zhì)互作雄性不育（WACMS）為孢子體不育，是目前我國應(yīng)用最主要的水稻不育系類型。在野敗型細(xì)胞質(zhì)雄性不育性的遺傳研究方面，Yao 等[1]利用珍汕97A和明恢63的F2群體將Rf3定位于第1染色體的分子標(biāo)記RG532附近，還將另一個(gè)恢復(fù)基因Rf（u）定位于第10染色體，與分子標(biāo)記G4003連鎖，且認(rèn)為Rf（u）的效應(yīng)大于Rf3。Tan 等[2]用QTL作圖研究了野敗型細(xì)胞質(zhì)雄性不育的遺傳，結(jié)果表明，水稻野敗型細(xì)胞質(zhì)雄性不育的育性由第10染色體上兩恢復(fù)位點(diǎn)的加性效應(yīng)恢復(fù)，一個(gè)QTL 與C1361緊密連鎖，另一個(gè)QTL位于R2309和RG257之間。莊杰云等[3]應(yīng)用QTL分析方法，定位控制水稻CMS-WA育性恢復(fù)基因，檢測到 1個(gè)主效基因qRf-4和3個(gè)效應(yīng)較小的QTL （qRf1、qRf7和qRf11），它們之間主要表現(xiàn)累加效應(yīng)。張群宇等[4]為了用分子標(biāo)記準(zhǔn)確定位野敗型水稻細(xì)胞質(zhì)雄性不育恢復(fù)基因Rf-4，將日本水稻基因組項(xiàng)目構(gòu)建的水稻遺傳連鎖圖譜第10染色體分子遺傳圖上的分子標(biāo)記R1877和G2155之間對(duì)應(yīng)區(qū)域YAC物理圖上的6個(gè)YAC克隆進(jìn)行了亞克隆，并把Rf-4座位定位于第10染色體的特定位置：亞克隆Y328距離Rf-4 0.9 cM，亞克隆Y1210距離Rf4 3. 2 cM。Sheeba 等[5] 利用IR58025A和恢復(fù)系KMR3RF2群體將恢復(fù)基因Rf4定位于第10染色體上，與SSR標(biāo)記RM6100的遺傳距離為1.2cM。Ngangkham 等[6]利用野敗型不育系Pusa6A和BasmatiPRR78的F2群體，將恢復(fù)基因Rf4定位于第10染色體上，與SSR標(biāo)記RM6373和RM6100的遺傳距離分別為0.3和0.5 cM，這2個(gè)標(biāo)記間的物理距離為163.6kb。

筆者以野敗型不育系博白A 為母本，恢復(fù)系SSSLW2307060109（Rf3Rf3/Rf4Rf4）為父本雜交，采用分子標(biāo)記輔助選擇和連續(xù)回交的方法構(gòu)建BC3F2群體，從中選擇攜帶基因型Rf3Rf3/Rf4Rf4的單株，考察其花粉和小穗育性，以研究恢復(fù)系SSSLW2307060109中的恢復(fù)基因Rf3和Rf4對(duì)于野敗型不育細(xì)胞質(zhì)的遺傳模式，進(jìn)而為水稻雜種優(yōu)勢研究和利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為恢復(fù)系SSSLW2307060109、野敗型不育系博白A（BoA），所有試驗(yàn)材料及其雜交后代均種植于阜陽市農(nóng)科院試驗(yàn)場。

1.2 DNA的抽提

試驗(yàn)材料及其雜交后代的DNA抽提參照Murray等[7]的CTAB方法，并略作修改。

1.3 微衛(wèi)星標(biāo)記分析

微衛(wèi)星標(biāo)記的檢測方法按Li 等[8]的方法進(jìn)行?；謴?fù)基因鑒定：利用McCouch 等[9]設(shè)計(jì)的與恢復(fù)基因兩側(cè)緊密連鎖 （<5 cM）的微衛(wèi)星標(biāo)記 （SSR）RM1，RM220，RM304，RM5373，RM258，篩選目標(biāo)基因。PCR擴(kuò)增按照Panaud 等[10] 的方法進(jìn)行，PCR擴(kuò)增產(chǎn)物用6%聚丙烯酰胺凝膠電泳，0.1%AgNO3溶液染色。

1.4 BC3F2群體的育性檢測

采用分子標(biāo)記從BC3F2群體中篩選攜帶基因型Rf3Rf3/Rf4Rf4的單株，對(duì)這些單株進(jìn)行花粉、小穗育性觀察，育性觀察參照張桂權(quán)等[11]方法進(jìn)行。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用EXCEL及SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)算方差及多重比較時(shí)，先將各組合花粉和小穗育性的百分率作反正弦（sin-1√%）轉(zhuǎn)換。

2 結(jié)果與分析

2.1 SSSLW2307060109與BoA組配BC3F2單株育性

表1顯示，SSSLW2307060109與BoA組配BC3F2群體中，基因型 Rf3Rf3/Rf4Rf4 對(duì)育性的恢復(fù)性表現(xiàn)為：可育花粉率、自然結(jié)實(shí)率分別為85.7%、92.6%，變幅分別為71.6%～94.7%、64.2%～98.7%；基因型Rf3Rf3/Rf4Rf4對(duì)育性的恢復(fù)性表現(xiàn)為：可育花粉率、自然結(jié)實(shí)率分別為47.1%、68.5%，變幅分別為42.1%～49.3%、53.4%～77.5%。

2.2 SSSLW2307060109恢復(fù)性的遺傳分析

BC3F2群體中攜帶基因型Rf3Rf3/Rf4Rf4、Rf3Rf3/Rf4Rf4植株的花粉育性分布見圖 1。圖1顯示，攜帶基因型Rf3Rf3/Rf4Rf4植株的花粉和小穗育性分布呈連續(xù)性單峰分布，花粉育性分布為 71.6%～94.7%，平均為85.7%，小穗育性分布為 64.2%～98.7%，平均為92.6%；攜帶基因型Rf3Rf3/Rf4Rf4植株的花粉和小穗育性分布呈連續(xù)性單峰分布，花粉育性分布為42.1%～49.3%，平均為47.1%，小穗育性分布為 53.4%～77.5%，平均為68.5%。說明恢復(fù)系SSSLW2307060109對(duì)于BoA 的恢復(fù)性除主效恢復(fù)基因Rf3和Rf4外，微效基因或者修飾基因也表現(xiàn)出對(duì)于博白A的恢復(fù)性作用，且效應(yīng)較大。

注：A、B.來自基因型為Rf3Rf3/Rf4Rf4的小穗和花粉育性分布；C、D.來自基因型為Rf3Rf3/Rf4Rf4的小穗和花粉育性分布。

3 結(jié)論與討論

田郎[12]利用3個(gè)同核異質(zhì)雄性不育系分別與恢復(fù)系“古223”和“IR24”雜交的F1、F2、B1、B2及保持恢復(fù)系的雜交組合與不育系測交，發(fā)現(xiàn)恢復(fù)系為“古223”時(shí)，以花粉可育率和田間結(jié)實(shí)率為指標(biāo)，“汕A”（即“珍汕97A”）、“G汕A”和“WA汕A”3個(gè)不育系的育性恢復(fù)均受2對(duì)獨(dú)立主效基因控制，恢復(fù)系為“IR24”時(shí)，以花粉可育率為指標(biāo)時(shí)，“D汕A”和“WA汕A”的育性均受3對(duì)基因控制，其中1對(duì)獨(dú)立，另外2對(duì)相互連鎖，連鎖基因間的交換值為25%；而“G汕A”的育性恢復(fù)仍受控于2對(duì)獨(dú)立主效基因。以田間結(jié)實(shí)率為指標(biāo)時(shí)，該3個(gè)不育系的育性恢復(fù)受2對(duì)獨(dú)立主效基因的控制。傅愛軍等[13]以花粉育性、田間結(jié)實(shí)率、套袋結(jié)實(shí)率為指標(biāo)，認(rèn)為F2雖呈雙峰分布，但難以明確劃分，表現(xiàn)為連續(xù)分布。蔡健等[14]研究認(rèn)為恢復(fù)系SSSLW110902 對(duì)于野敗型（WA）和矮敗型（DA）的恢復(fù)性是由Rf3和Rf4 2個(gè)主效恢復(fù)基因控制，認(rèn)為SSSLW110902對(duì)于WACMS和DACMS表現(xiàn)出質(zhì)量性狀的遺傳。該研究中恢復(fù)系SSSLW2307060109中的恢復(fù)基因?qū)τ赪A 型不育系博白A表現(xiàn)出質(zhì)量-數(shù)量性狀的遺傳。在恢復(fù)系SSSLW2307060109中，除主效恢復(fù)基因Rf3和Rf4 外，微效基因或者修飾基因也表現(xiàn)出對(duì)于博白A的恢復(fù)性作用，且效應(yīng)較大。該研究結(jié)果將為水稻雜種優(yōu)勢研究和利用提供理論依據(jù)。

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責(zé)任編輯 黃小燕 責(zé)任校對(duì) 況玲玲