分子标记辅助选育显性半矮秆粳稻不育系177A及特性分析

程 灿，刘斌美，周继华，牛付安，储黄伟，王新新，曹黎明*，袁 勤

（1上海市农业科学院作物育种栽培研究所，上海201403；2中国科学院合肥物质科学研究院技术生物与农业工程研究所，合肥230031；3上海市金山区农业技术推广中心，上海201500）



分子标记辅助选育显性半矮秆粳稻不育系177A及特性分析

程 灿1，刘斌美2，周继华1，牛付安1，储黄伟1，王新新3，曹黎明1*，袁 勤1

（1上海市农业科学院作物育种栽培研究所，上海201403；2中国科学院合肥物质科学研究院技术生物与农业工程研究所，合肥230031；3上海市金山区农业技术推广中心，上海201500）

摘 要：以粳稻显性半矮秆突变体Y98149为基因供体亲本与保持系8204B杂交、回交，利用分子标记辅助选择，在BC1F5中筛选出携带显性半矮秆sdt基因的粳稻新品系177，与BT型‘寒丰A’连续回交育成育性稳定、开花习性好、配合力强的显性半矮秆杂交粳稻不育系177A。

关键词：显性半矮秆突变体；不育系；分子标记辅助选择

我国在水稻超高产育种基础理论研究、新株型优异种质创制及育种与应用实践等方面均取得了明显的突破。我国现有粳稻种植面积700万hm2左右，而杂交粳稻种植比例却不足5%，相对于杂交籼稻，杂交粳稻的发展潜力还很大［1-3］。目前，限制杂交粳稻应用的主要问题是杂种优势及生态适应性问题［4］。在上海郊区，生产上广泛应用的杂交粳稻不育系与籼粳交恢复系测配时，所配组合株高容易偏高，生育期偏迟，种植时容易倒伏，增加了生产风险［5］，因此必须拓宽亲本材料遗传基础，加快创制配合力强、聚合籼粳亚种优异基因且综合性状优良的粳稻恢复系和不育系。

显性半矮杆基因sdt是编码mircoRNA156的一个前体基因OsmiR156h。sdt突变体Y98149是一个功能获得型突变，在OsmiR156h基因中插入了一段131 bp的线粒体片段，进而影响mircoRNA156前体RNA的长度，增加了OsmiR156h的表达水平，通过作用于Spl基因家族来调控分蘖、株高以及产量［6-7］。本研究通过分子标记辅助选择，培育携带显性半矮秆基因sdt的杂交晚粳不育系，以期降低水稻籼粳交杂种一代株高，提高抗倒伏能力。

1　材料与方法

1.1杂交、回交选择过程

以杂交粳稻保持系8204B为轮回亲本，显性半矮秆突变体Y98149为基因供体，进行杂交、回交，F1、BC1F1代利用分子标记辅助选择携带显性半矮秆基因的单株，BC1F2根据分子标记辅助选择显性半矮秆基因型纯合个体，然后连续自交，同时进行农艺性状和分子标记辅助筛选，获得稳定的优异单株，以‘寒丰A’为不育细胞质源转育不育系，回交后代进行育性鉴定、配合力筛选。

1.2PCR标记引物及分子检测方法

根据显性半矮秆基因在染色体的位置，设计与sdt基因紧密连锁的SSR标记5453P1（上游引物为5’-TCGATGAAGTCCCTGTACCC-3’，下游引物为5’-TGGATCTTGTTGCTGCTCTG-3’），用于分子标记辅助育种。采用CTAB法提取水稻叶片DNA［8］，PCR反应按WILLIAMS等［9］方法进行。

1.3育性鉴定方法

观察记载生育期，盛花期随机取10株，每株选1个穗，取穗上、中、下部颖花3朵的花药，用1%的KI-I2溶液染色，置于100倍显微镜下观察，考察花粉育性。自交不实率鉴定是在不育系开花前套袋100株，每株套1个穗，30 d后调查自交不实率。

1.4配合力测定方法

采用刘来福等［10］的方法运用DPS软件进行亲本间一般配合力和特殊配合力分析。

2　结果与分析

2.1分子标记辅助选育经过

水稻显性半矮秆基因sdt位于水稻第6染色体上，编码的是水稻OsmiR156h基因。根据sdt基因的位置以及序列差异，设计多个分子标记，通过筛选获得多态性好、检测效果易判断的分子标记5453P1作为选择标记，在回交每个世代以及分离群体进行选择，结合表型验证，结果表明：标记选择的准确率为96.25%（图1，图2）。在BC1F5群体中获得一个性状稳定的矮杆株系，命名为177。以177为轮回亲本，与不育系‘寒丰A’连续回交，育成了显性半矮秆杂交晚粳不育系177A（图3—图5）。

图1　标记5453P1对亲本和杂交F1代部分单株扩增结果Fig.1 Detection of parents and part of individuals of hybrid F1by 5453P1

图2　标记5453P1对BC1F2代分离群体部分单株扩增结果Fig.2 Detection of parents and part of individuals of hybrid F2segregation population by 5453P1

2.2主要特征特性

177A属早熟晚粳BT型不育系，植株较矮，株高80 cm左右，感光性较强，在上海5月20—30日播种，8月25—30日始穗，历期95 d左右。株型紧凑，分蘖力较强，单株穗数12.3个，穗型较大，每穗总粒数132.3粒左右，剑叶较长，叶色深，后期青杆活熟，着粒均匀，千粒重25.3 g左右。

2.3花粉育性及开花习性

177A为BT型配子体不育类型，育性稳定，田间检查1 054株，不育株率100%，经镜检，花粉败育率为100%，花粉败育主要表现为染败，少数为圆败和典败。调查自交套袋100穗，无结实粒，总颖花数13 260，自交套袋不育率100%，不育指标达到国家规定的粳型水稻三系雄性不育系标准。开花习性好，始穗至齐穗历时6.5 d，穗颈较长，无包茎现象。花时集中，晴天一般10：30始花，10：50盛花，开花时间较长，颖花开颖角度大，异交结实率高，达46.7%，繁制种产量较高。

图3　177A选育过程Fig.3 Breeding process of 177A

图4　177（左）与8204B（右）植株表型Fig.4 Plant phenotype of 177（left）and 8204B（right）

图5　177A（左）与177（右）植株表型Fig.5 Plant phenotype of 177A（left）and 177（right）

2.4株高、产量性状的配合力效应分析

2014年在海南以177A、8204A、‘申9A’与不同类型的恢复系凡17、凡29、C14为亲本，采用不完全双列杂交配制组合，进行177A株高、产量等性状的配合力效应分析。结果表明：显矮不育系177A株高性状的一般配合力（GCA）效应值最低，‘申9A’次之，8204A最高，表明177A所配制的组合株高较矮（表1）。显矮不育系177A产量性状的一般配合力（GCA）效应值较低，小于‘申9A’，但177A/C14组合的产量性状的特殊配合力（SCA）效应值最高（表2）。由于一般配合力（加性效应）与特殊配合力（非加性效应）相对独立，177A产量一般配合力较小，但可以具有较高的特殊配合力，表明可以通过广泛测配获得株高较矮的强优势高产组合。

表1　6个亲本株高性状的一般配合力（GCA）和特殊配合力效应（SCA）Table 1 Effects of general and specific combining ability of plant height in parents

表2　6个亲本产量性状的一般配合力（GCA）和特殊配合力效应（SCA）Table 2 Effects of general and specific combining ability of yeild character in parents

2.5新组合测配

177A/C14是矮杆籼粳交新组合，表现高产、株高适中、综合农艺性状较好。该组合株高115.3 cm，抗倒性强，后期青杆活熟，全生育期155 d，比对照‘花优14’早熟2—3 d。分蘖力强，成穗率高，粒型大，株型紧凑，叶色淡绿，熟期转色好，灌浆速度快，结实率高。每667 m2有效穗18万左右，每穗总粒数210粒左右，结实率80%以上，千粒重24 g，品质好，外观透明。田间未发现条纹叶枯病和稻瘟病，稻曲病发生较轻。

3　结论与讨论

目前，上海市主推杂交粳稻组合为‘花优14’‘秋优金丰’，产量水平、抗性都较‘申优’系列组合有了较大幅度提高［11］，在全市的水稻高产创建中发挥主导作用。近年来随着籼粳交水稻新组合的研究和应用，选配的新组合产量水平较主推组合有较大幅度提高，上海的‘早丰优69’、浙江的‘甬优’系列等籼粳交组合在上海已进行高产示范，产量优势明显，但由于株高偏高，后期出现倒伏现象，加大了生产风险。籼粳交作为杂交粳稻选育的新方向，如何解决株高偏高、生育期偏迟、难制种等问题已成为关键。目前，水稻育种可利用的大部分矮杆资源由隐性基因控制［12］，与隐性矮杆资源相比，显性矮杆资源无论是数量还是研究利用方面都比较薄弱，这与已发现的显性矮杆种质资源的显性作用不强、综合农艺性状较差有关［13-14］。显性半矮杆突变体Y98149矮生性受1对显性核基因控制，由该突变体选育的一些育种中间材料可有效地降低籼粳杂种F1代株高［15-16］。

本研究通过分子标记辅助选择育成的携带显性半矮杆基因的粳稻不育系177A，将有利于解决籼粳交F1代株高偏高的问题，同时在配组时也扩大了粳稻恢复系的选择范围，拓宽了杂交粳稻育种遗传背景。177A与C14等籼粳交恢复系测配的新组合株高适中，抗倒性较强，减少了生产应用上的倒伏风险；同时177A为早熟晚粳类型不育系且花时早，与籼粳交恢复系花期花时较为一致，可以在一定程度上解决粳籼交配组的制种难题，因此177A在杂交粳稻育种中具有一定的利用价值。

参 考 文 献

［1］邓华风.中国杂交粳稻［M］.北京：中国农业出版社，2008：3-13.

［2］中国农业科学院，湖南省农业科学院.中国杂交水稻的发展［M］.北京：中国农业出版社，1991：28-40.

［3］汤玉庚.杂交粳稻的优势分析［J］.杂交水稻，1991，16（增）：9-13.

［4］杨振玉.我国杂交粳稻的发展及其技术策略［J］.杂交水稻，2005，20（2）：5-6.

［5］万建民.水稻籼粳交杂种优势利用研究［J］.杂交水稻，2010，25（S1）：3-6.

［6］ZHAO M，LIU B，WU K，et al.Regulation of OsmiR156h through Alternative Polyadenylation Improves Grain Yield in Rice［J］.PLoS ONE，2015，10（5）：e0126154.

［7］刘斌美，吴跃进，童继平，等.水稻显性半矮秆基因的SCAR标记及初步定位［J］.作物学报，2006（3）：449-454.

［8］MURRAY MG，THOMPSON W F.Rapid isolation of hish molecular weight plant DNA［J］.Nucl Acids Res，1980，8：4321-4325.

［9］WILLIAMS J G K，KUBELIK A R，LIVAK K，et al.DNA polymorphisms amplifies by arbitrary primers are useful as genetic markers［J］.Nueleic Aeids Research，1990，18：6531-6535.

［10］刘来福，毛盛贤，黄远樟.作物数量遗传［M］.北京：中国农业出版社，1984：250-262.

［11］程灿，周继华，曹黎明，等.优质杂交粳稻新组合花优14的选育［C］.长沙：第l届中国杂交水稻大会论文集，2010.

［12］谷福林，翟虎渠，万建民，等.水稻矮杆性状研究及矮源育种利用［J］.江苏农业学报，2003，19（1）：48-54.

［13］朱立宏，赖桂贤，腾友仁，等.水稻显性矮杆遗传研究［J］.南京农业大学学报，1995，18（2）：1-8.

［14］童继平，吴跃进，吴敬德，等.粳型水稻显性半矮杆突变体的发现与初步研究［J］.中国水稻科学，2001，15（4）：314-316.

［15］程灿，吴跃进，童继平，等.携带显性半矮杆基因粳型光（温）敏核不育系的配合力分析［J］.安徽农业科学，2005，33（10）：1789-1790.

［16］程灿，刘斌美，吴跃进，等.水稻显性半矮杆突变体及其衍生系的广亲和性鉴定［J］.杂交水稻，2006，21（2）：74-77.

（责任编辑：闫其涛）

Breeding of a japonica CMS line 177A with dominant semi-dwarf gene by molecular marker-assisted selection and its characteristics

CHENG Can1，LIU Bin-mei2，ZHOU Ji-hua1，NIU Fu-an1，CHU Huang-wei1，WANG Xin-xin3，CAO Li-ming1*，YUAN Qin1
（1Crop Breeding and Cultivation Research Institute，Shanghai Academy of Agricultural Sciences，Shanghai 201403，China；2Institute of Technical Biology & Agriculture Engineering，Hefei Institutes of Physical Science，Chinese Academy of Sciences，Hefei 230031，China；3Jinshan District Agro-Technology Extension Center，Shanghai 201500，China）

Abstract：Using marker-assisted selection，a new dominant semi-dwarf japonica lines 177 was obtained from the BC1F5population which derived from the cross using the dominant semi-dwarf mutant Y98149 as the donor and maintainer line 8204B as the recipient.Subsequently，using the BT-type male sterile cytoplasm donor‘Hanfeng A’as female parent，177 as the recurrent parent，a dominant semi-dwarf hybrid japonica rice sterile lines 177A，with stable fertility，good flowering habit and combining ability，was successfully developed.

Key words：Dominant semi-dwarf mutant；CMS line；Molecular marker assisted selection

中图分类号：S511.035

文献标识码：A

文章编号：1000-3924（2016）03-014-04

DOI：10.15955/j.issn1000-3924.2016.03.03

收稿日期：2015-11-02

基金项目：显性半矮秆粳稻育种新材料创制与评价［沪农青字（2014）第1-1号］；上海市科技兴农重点攻关项目［沪农科攻字（2013）第1-3号］；上海市水稻产业技术体系建设项目；上海市科技创新行动计划崇明科技专项（13391912302）；上海市科技攻关项目（14391901000）；闵行科技项目（2015MH231）

作者简介：程灿（1980—），男，硕士，副研究员，从事杂交粳稻育种工作。E-mail：chengcan222@126.com*通信作者，Tel：021-62202789，E-mail：clm079@163.com