黑麦草恢复基因在水稻中的遗传行为研究

2013-09-04王子平阳标仁

湖南农业科学 2013年13期

王子平，阳标仁

（湖南省水稻研究所，湖南长沙 410125）

目前，我国水稻生产中大面积应用“三系”杂交水稻，在籼稻上主要是利用野败型不育系及其与野败型不育系具有相似恢保关系的一类不育系，在粳稻上主要是应用BT型和滇I型不育系。与这些类型不育系相对应的恢复系的研究尤其是关于恢复系的恢复基因的定位研究，一直受到重点关注。众多研究结果表明野败型（包括红莲型）、BT型和滇I型恢复系的主效恢复基因均处于第10染色体的相同位置[1-3]。

野败型恢复系的恢复基因源于IR24、明恢63、密阳46等骨干恢复系，国际稻系列中的恢复基因则来源于印度尼西亚的农家品种Peta和中国的农家品种Cina[4]。IR24与BT型粳稻恢复系C57的恢复基因均来自IR8。恢复源的系谱分析及恢复基因的定位研究结果均表明，恢复源过于集中，加上不育系资源相对单一，可能导致了近年来三系杂交水稻育种无突破性进展的局面。

寻找新恢复源的工作早已进行，我国地方稻种及野生稻中并不缺乏恢复基因资源[5]，但地方稻种及野生稻中存在的恢复基因与已在利用的恢复源相比可能并不具有优越性。然而在三系杂交水稻强优势组合的选育过程中，优良恢复系的选育又起着关键性作用。因此，创制新恢复源，拓宽恢复系的遗传多样性是非常必要的。近年来，湖南省水稻研究所开展了相关科研工作，获得了1个可能具有新遗传背景的恢复源，并对其中所含恢复基因的遗传行为进行了初步研究。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为10S396。以黑麦草总DNA借助花粉管通道技术处理水稻三系保持系V20B，获得3份突变株，通过5 a连续加代，获得了多份稳定株系。然后以野败型不育系与这些稳定株系进行恢保关系测定，发现编号为10S396的株系具有恢复性能，F1结实率达到87%。

1.2 方法

1.2.1 群体构建试验于2011～2012年在湖南省水稻研究所实验基地进行，2011年春在南繁基地以不育系A2（课题组选育的具有野败型胞质的三系不育系）与恢复系10S396配组，2011年夏在长沙种植F1代。2012年春在南繁基地种植F2代群体，单本栽插，株行距13.3 cm×20 cm。抽穗时对主穗进行套袋，成熟时套袋主穗全部收回室内，考查结实率。

1.2.2 统计分析结实率按5%的区间分组进行频次统计；恢复基因位点及行为的确定按姜长鉴等[6]、毛建昌等[7]的极大似然法进行。

2 结果与分析

2.1 F2群体结实率的频次分布

组合A2/10S396的F2群体共调查了242株，结实率按5%区间分组统计频率，分布如图1所示，表现为双峰分布，符合质量—数量性状的遗传特点，可以采用极大似然法进行遗传分析。

2.2 遗传假设与测验

根据极大似然法对质量—数量性状的分析原理，按毛建昌等[7]的研究进行计算，得出表1的相关分析数据。如表1所示，无主基因假设（H1）的x2=300.2>x20.05=5.15，否定无主基因假设，品系10S396的恢复性存在主基因分离。在单位点的主基因分离假设（H2）下，x2=3.6

表1 恢复基因位点的分析及检验

然后确定该位点表现何种效应。假设主基因表现加性效应（H3），x2=3.8

3 讨论

3.1 恢复源的恢复位点

野败型不育系是我国三系杂交籼稻中应用最早且最多的类型，多年来其推广组合及面积在杂交稻中一直居主导地位。而且，近年来育成组合和推广面积呈上升趋势的印水型、冈型、D型和矮败型等胞质不育系，与野败型不育系具有相似的恢保关系。有关野败型细胞质雄性不育胞质的恢复性研究较多，因材料和研究方法的不同，结果不尽相同，总的来说，有如下3个方面的看法：少数学者依据一些品种与不育系配组的F2结实率呈3∶1分离的情况，认为恢复性能受单基因控制[8]，沈毓渭等[9]通过诱变方法还得到了恢复性受单基因控制的恢复系T24；大部分研究者认为野败型胞质雄性不育的恢复性受2对显性基因控制[10]；还有一些学者根据F2结实率呈现连续分布的状况，认为恢复性由多基因控制[11]。实际上，大多数群体的育性分离呈双峰连续分布，少数群体的育性分离呈典型的正态分布或多峰分布，育性群体都无明显的可育和不育界限。在这种情况下，比较适合的分析方法是极大似然分析法。何光华等[12]采用极大似然分析法分析野败型杂交籼稻恢复基因的遗传，进一步验证了国内大多学者认为恢复性由2对主基因控制的研究结果。

试验根据F2群体的结实率来探讨10S396所含恢复基因的遗传行为，而结实率易受环境因子的影响，F2群体育性表现为非正态的连续分布，因而采用极大似然法分析，避开了对育性划分标准的人为操作，得到了比较客观的结果：10S396的恢复性能受单位点控制。由于10S396是经过黑麦草DNA处理后得到的稳定恢复系，而原来的受体V20B并不携带主效恢复基因，因而初步确定10S396所含恢复基因源于黑麦草。

3.2 恢复源的恢复基因效应

前人针对恢复基因效应的研究表明，恢复性是受单个主基因控制的，等位基因间存在显隐关系。恢复性受2对主基因控制，基因间的关系比较复杂，等位基因间存在显隐关系，非等位基因间存在加性及各种互作关系，不同的学者得到的研究结果大同小异。多数学者认为，2对恢复基因的恢复效应存在强弱之分。雷捷成等[13]认为强基因的作用是弱基因的26倍；高明尉[14]认为恢复基因存在明显的剂量效应；张桂权等[15]认为存在不完全显性作用；傅强[16]认为具加性或累加作用；何光华等[12]认为在2对基因间存在显性上位作用，强基因的加性效应是弱基因的2倍。针对10S396的研究表明，单位点的等位基因间存在加性效应，目前尚未见到具有同类研究结果的报道。这表明10S396既具有对野败型籼稻不育系的恢复能力，又不同于现已利用的恢复源，进一步证明了10S396是一个新的恢复源。这也从另一方面反映了禾本科内属间植物在基因方面存在相似之处。

3.3 恢复源的获取及利用价值

由于10S396为黑麦草总DNA通过花粉管通道法处理1个三系保持系所获得的后代稳定材料，通过测试证明是1个野败型三系恢复系，并通过遗传分析证实所含恢复基因是单位点控制且具加性效应，因此从一定程度上来讲，它是一个全新的恢复系，为新的杂交稻组合及新恢复系的选育提供了新的恢复源。在初步的产量比较试验中，10S396与不育系所配组合较对照品种增产幅度超过10%，表明该恢复源具有潜在的利用价值。同时，以10S396作为恢复基因供体进行新恢复系的选育工作已在进行之中。

[1]何光华，王文明，刘国庆，等.利用SSR标记定位明恢63的2对恢复基因[J].遗传学报，2002，29（9）：798-802.

[2]赵银河，谭学林，邹薇，等.滇I型杂交水稻质核雄性不育恢复基因的研究[J].种子，2003，（3）：12-14.

[3]梁国华，严长杰，汤述翥，等.BT型细胞质雄性不育恢复基因的基因定位[J].中国水稻科学，2001，15（2）：88-92.

[4]黎垣庆.IR24恢复基因遗传的系谱分析[J].中国农业科学，1985，（1）：24-32.

[5]李绍清，杨国华，李绍波，等.野败型育性恢复基因在AA基因组野生稻中的分布和遗传[J].作物学报，2005，31（3）：297-301.

[6]姜长鉴，莫惠栋.质量—数量性状的遗传分析 Ⅳ.极大似然法的应用[J].作物学报，1995，21（6）：641-648.

[7]毛建昌，温振民.应用极大似然法分析质量—数量性状的遗传及计算机软件[J].西北农业学报，1997，6（3）：96-101.

[8]徐建红，薛庆中.杂交水稻恢复系中恢复基因的遗传[J].作物学报，2001，27（6）：847-850.

[9]沈毓渭，蔡其华，高明尉.水稻细胞质雄性不育性恢复突变的初步研究[J].中国水稻科学，1994，8（1）：27-31.

[10]富昊伟，薛庆中.三种水稻胞质雄性不育恢复基因的比较[J].分子植物育种，2004，2（3）：336-341.

[11]傅爱军，王辉.水稻雄性不育的遗传研究[J].湖南农学院学报，1998，14（1）：1-6.

[12]何光华，朱云发，裴炎，等.利用极大似然法分析野败型杂交籼稻恢复基因的遗传[J].西南农业学报，2000，13（2）：14-18.