黑麥草恢復基因在水稻中的遺傳行為研究

王子平，陽標仁

（湖南省水稻研究所，湖南 長沙 410125）

目前，我國水稻生產中大面積應用“三系”雜交水稻，在秈稻上主要是利用野敗型不育系及其與野敗型不育系具有相似恢保關系的一類不育系，在粳稻上主要是應用BT型和滇I型不育系。與這些類型不育系相對應的恢復系的研究尤其是關于恢復系的恢復基因的定位研究，一直受到重點關注。眾多研究結果表明野敗型（包括紅蓮型）、BT型和滇I型恢復系的主效恢復基因均處于第10染色體的相同位置[1-3]。

野敗型恢復系的恢復基因源于IR24、明恢63、密陽46等骨干恢復系，國際稻系列中的恢復基因則來源于印度尼西亞的農家品種Peta和中國的農家品種Cina[4]。IR24與BT型粳稻恢復系C57的恢復基因均來自IR8。恢復源的系譜分析及恢復基因的定位研究結果均表明，恢復源過于集中，加上不育系資源相對單一，可能導致了近年來三系雜交水稻育種無突破性進展的局面。

尋找新恢復源的工作早已進行，我國地方稻種及野生稻中并不缺乏恢復基因資源[5]，但地方稻種及野生稻中存在的恢復基因與已在利用的恢復源相比可能并不具有優越性。然而在三系雜交水稻強優勢組合的選育過程中，優良恢復系的選育又起著關鍵性作用。因此，創制新恢復源，拓寬恢復系的遺傳多樣性是非常必要的。近年來，湖南省水稻研究所開展了相關科研工作，獲得了1個可能具有新遺傳背景的恢復源，并對其中所含恢復基因的遺傳行為進行了初步研究。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為10S396。以黑麥草總DNA借助花粉管通道技術處理水稻三系保持系V20B，獲得3份突變株，通過5 a連續加代，獲得了多份穩定株系。然后以野敗型不育系與這些穩定株系進行恢保關系測定，發現編號為10S396的株系具有恢復性能，F1結實率達到87%。

1.2 方法

1.2.1 群體構建 試驗于2011～2012年在湖南省水稻研究所實驗基地進行，2011年春在南繁基地以不育系A2（課題組選育的具有野敗型胞質的三系不育系）與恢復系10S396配組，2011年夏在長沙種植F1代。2012年春在南繁基地種植F2代群體，單本栽插，株行距13.3 cm×20 cm。抽穗時對主穗進行套袋，成熟時套袋主穗全部收回室內，考查結實率。

1.2.2 統計分析 結實率按5%的區間分組進行頻次統計；恢復基因位點及行為的確定按姜長鑒等[6]、毛建昌等[7]的極大似然法進行。

2 結果與分析

2.1 F2群體結實率的頻次分布

組合A2/10S396的F2群體共調查了242株，結實率按5%區間分組統計頻率，分布如圖1所示，表現為雙峰分布，符合質量—數量性狀的遺傳特點，可以采用極大似然法進行遺傳分析。

2.2 遺傳假設與測驗

根據極大似然法對質量—數量性狀的分析原理，按毛建昌等[7]的研究進行計算，得出表1的相關分析數據。如表1所示，無主基因假設（H1）的x2=300.2>x20.05=5.15，否定無主基因假設，品系10S396的恢復性存在主基因分離。在單位點的主基因分離假設（H2）下，x2=3.6

表1 恢復基因位點的分析及檢驗

然后確定該位點表現何種效應。假設主基因表現加性效應（H3），x2=3.8

3 討論

3.1 恢復源的恢復位點

野敗型不育系是我國三系雜交秈稻中應用最早且最多的類型，多年來其推廣組合及面積在雜交稻中一直居主導地位。而且，近年來育成組合和推廣面積呈上升趨勢的印水型、岡型、D型和矮敗型等胞質不育系，與野敗型不育系具有相似的恢保關系。有關野敗型細胞質雄性不育胞質的恢復性研究較多，因材料和研究方法的不同，結果不盡相同，總的來說，有如下3個方面的看法：少數學者依據一些品種與不育系配組的F2結實率呈3∶1分離的情況，認為恢復性能受單基因控制[8]，沈毓渭等[9]通過誘變方法還得到了恢復性受單基因控制的恢復系T24；大部分研究者認為野敗型胞質雄性不育的恢復性受2對顯性基因控制[10]；還有一些學者根據F2結實率呈現連續分布的狀況，認為恢復性由多基因控制[11]。實際上，大多數群體的育性分離呈雙峰連續分布，少數群體的育性分離呈典型的正態分布或多峰分布，育性群體都無明顯的可育和不育界限。在這種情況下，比較適合的分析方法是極大似然分析法。何光華等[12]采用極大似然分析法分析野敗型雜交秈稻恢復基因的遺傳，進一步驗證了國內大多學者認為恢復性由2對主基因控制的研究結果。

試驗根據F2群體的結實率來探討10S396所含恢復基因的遺傳行為，而結實率易受環境因子的影響，F2群體育性表現為非正態的連續分布，因而采用極大似然法分析，避開了對育性劃分標準的人為操作，得到了比較客觀的結果：10S396的恢復性能受單位點控制。由于10S396是經過黑麥草DNA處理后得到的穩定恢復系，而原來的受體V20B并不攜帶主效恢復基因，因而初步確定10S396所含恢復基因源于黑麥草。

3.2 恢復源的恢復基因效應

前人針對恢復基因效應的研究表明，恢復性是受單個主基因控制的，等位基因間存在顯隱關系。恢復性受2對主基因控制，基因間的關系比較復雜，等位基因間存在顯隱關系，非等位基因間存在加性及各種互作關系，不同的學者得到的研究結果大同小異。多數學者認為，2對恢復基因的恢復效應存在強弱之分。雷捷成等[13]認為強基因的作用是弱基因的26倍；高明尉[14]認為恢復基因存在明顯的劑量效應；張桂權等[15]認為存在不完全顯性作用；傅強[16]認為具加性或累加作用；何光華等[12]認為在2對基因間存在顯性上位作用，強基因的加性效應是弱基因的2倍。針對10S396的研究表明，單位點的等位基因間存在加性效應，目前尚未見到具有同類研究結果的報道。這表明10S396既具有對野敗型秈稻不育系的恢復能力，又不同于現已利用的恢復源，進一步證明了10S396是一個新的恢復源。這也從另一方面反映了禾本科內屬間植物在基因方面存在相似之處。

3.3 恢復源的獲取及利用價值

由于10S396為黑麥草總DNA通過花粉管通道法處理1個三系保持系所獲得的后代穩定材料，通過測試證明是1個野敗型三系恢復系，并通過遺傳分析證實所含恢復基因是單位點控制且具加性效應，因此從一定程度上來講，它是一個全新的恢復系，為新的雜交稻組合及新恢復系的選育提供了新的恢復源。在初步的產量比較試驗中，10S396與不育系所配組合較對照品種增產幅度超過10%，表明該恢復源具有潛在的利用價值。同時，以10S396作為恢復基因供體進行新恢復系的選育工作已在進行之中。

[1]何光華，王文明，劉國慶，等.利用SSR標記定位明恢63的2對恢復基因[J].遺傳學報，2002，29（9）：798-802.

[2]趙銀河，譚學林，鄒 薇，等.滇I型雜交水稻質核雄性不育恢復基因的研究[J].種子，2003，（3）：12-14.

[3]梁國華，嚴長杰，湯述翥，等.BT型細胞質雄性不育恢復基因的基因定位[J].中國水稻科學，2001，15（2）：88-92.

[4]黎垣慶.IR24恢復基因遺傳的系譜分析[J].中國農業科學，1985，（1）：24-32.

[5]李紹清，楊國華，李紹波，等.野敗型育性恢復基因在AA基因組野生稻中的分布和遺傳[J].作物學報，2005，31（3）：297-301.

[6]姜長鑒，莫惠棟.質量—數量性狀的遺傳分析 Ⅳ.極大似然法的應用[J].作物學報，1995，21（6）：641-648.

[7]毛建昌，溫振民.應用極大似然法分析質量—數量性狀的遺傳及計算機軟件[J].西北農業學報，1997，6（3）：96-101.

[8]徐建紅，薛慶中.雜交水稻恢復系中恢復基因的遺傳[J].作物學報，2001，27（6）：847-850.

[9]沈毓渭，蔡其華，高明尉.水稻細胞質雄性不育性恢復突變的初步研究[J].中國水稻科學，1994，8（1）：27-31.

[10]富昊偉，薛慶中.三種水稻胞質雄性不育恢復基因的比較[J].分子植物育種，2004，2（3）：336-341.

[11]傅愛軍，王 輝.水稻雄性不育的遺傳研究[J].湖南農學院學報，1998，14（1）：1-6.

[12]何光華，朱云發，裴 炎，等.利用極大似然法分析野敗型雜交秈稻恢復基因的遺傳[J].西南農業學報，2000，13（2）：14-18.

[13]雷捷成，游年順，鄭秀萍.野敗型秈稻雄性不育保持系選育的實踐與理論[J].福建省農科院學報，1986，（2）：19-25.

[14]高明尉.野敗型雜交秈稻基因型的初步研究 [J].遺傳學報，1981，8（1）：65-74.

[15]張桂權，盧永根.水稻質核互作孢子體雄性不育性的基因分析[J].作物學報，1987，13（1）：23-28.

[16]傅 強.野敗型雜交秈稻恢復基因的遺傳研究[J].福建農學院學報，1985，14（3）：194-202.