水稻恢復系SSSLW2319060611對WA睠MS的遺傳模式分析

蔡健 蔡鯤鵬

摘要

[目的]研究恢復系SSSL W2307060109中的恢復基因Rf3和Rf4對于野敗型不育細胞質的遺傳模式。[方法]以野敗型不育系博白A 為母本，恢復系SSSLW2307060109（Rf3Rf3/Rf4Rf4）為父本雜交，采用分子標記輔助選擇和連續回交的方法構建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。[結果]恢復系SSSLW2307060109中的恢復基因對于WA 型不育系博白A表現出質量-數量性狀的遺傳。在恢復系SSSLW2307060109中， 除主效恢復基因Rf3 和Rf4 外， 微效基因或者修飾基因也表現出對于博白A的恢復性作用，且效應較大。[結論] 為水稻雜種優勢研究和利用提供理論依據。

關鍵詞 水稻；恢復系；野敗型；恢復基因

中圖分類號 S511 文獻標識碼 A 文章編號 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

基金項目 安徽省高校省級自然科學基金重點項目（KJ2014A194）。

作者簡介

蔡健（1968- ），男，安徽阜陽人，教授，博士，從事水稻遺傳育種和優質高產栽培技術研究。*通訊作者，副教授，從事小麥細胞質雄性不育性的應用研究和遺傳學教學工作。

收稿日期 20141219

細胞質雄性不育（Cytoplasmic male sterility，CMS）類型主要指核質互作型雄性不育，是水稻雜種優勢利用的基礎。野敗型核質互作雄性不育（WACMS）為孢子體不育，是目前我國應用最主要的水稻不育系類型。在野敗型細胞質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染色體的分子標記RG532附近，還將另一個恢復基因Rf（u）定位于第10染色體，與分子標記G4003連鎖，且認為Rf（u）的效應大于Rf3。Tan 等[2]用QTL作圖研究了野敗型細胞質雄性不育的遺傳，結果表明，水稻野敗型細胞質雄性不育的育性由第10染色體上兩恢復位點的加性效應恢復，一個QTL 與C1361緊密連鎖，另一個QTL位于R2309和RG257之間。莊杰云等[3]應用QTL分析方法，定位控制水稻CMS-WA育性恢復基因，檢測到 1個主效基因qRf-4和3個效應較小的QTL （qRf1、qRf7和qRf11），它們之間主要表現累加效應。張群宇等[4]為了用分子標記準確定位野敗型水稻細胞質雄性不育恢復基因Rf-4，將日本水稻基因組項目構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記R1877和G2155之間對應區域YAC物理圖上的6個YAC克隆進行了亞克隆，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和恢復系KMR3RF2群體將恢復基因Rf4定位于第10染色體上，與SSR標記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，將恢復基因Rf4定位于第10染色體上，與SSR標記RM6373和RM6100的遺傳距離分別為0.3和0.5 cM，這2個標記間的物理距離為163.6kb。

筆者以野敗型不育系博白A 為母本，恢復系SSSLW2307060109（Rf3Rf3/Rf4Rf4）為父本雜交，采用分子標記輔助選擇和連續回交的方法構建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，以研究恢復系SSSLW2307060109中的恢復基因Rf3和Rf4對于野敗型不育細胞質的遺傳模式，進而為水稻雜種優勢研究和利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

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

1.2 DNA的抽提

試驗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 微衛星標記分析

微衛星標記的檢測方法按Li 等[8]的方法進行。恢復基因鑒定：利用McCouch 等[9]設計的與恢復基因兩側緊密連鎖 （<5 cM）的微衛星標記 （SSR）RM1，RM220，RM304，RM5373，RM258，篩選目標基因。PCR擴增按照Panaud 等[10] 的方法進行，PCR擴增產物用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

采用分子標記從BC3F2群體中篩選攜帶基因型Rf3Rf3/Rf4Rf4的單株，對這些單株進行花粉、小穗育性觀察，育性觀察參照張桂權等[11]方法進行。

1.5 數據處理與分析

采用EXCEL及SPSS13.0統計軟件對試驗數據進行統計分析。計算方差及多重比較時，先將各組合花粉和小穗育性的百分率作反正弦（sin-1√%）轉換。

2 結果與分析

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 對育性的恢復性表現為：可育花粉率、自然結實率分別為85.7%、92.6%，變幅分別為71.6%～94.7%、64.2%～98.7%；基因型Rf3Rf3/Rf4Rf4對育性的恢復性表現為：可育花粉率、自然結實率分別為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%。說明恢復系SSSLW2307060109對于BoA 的恢復性除主效恢復基因Rf3和Rf4外，微效基因或者修飾基因也表現出對于博白A的恢復性作用，且效應較大。

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 結論與討論

田郎[12]利用3個同核異質雄性不育系分別與恢復系“古223”和“IR24”雜交的F1、F2、B1、B2及保持恢復系的雜交組合與不育系測交，發現恢復系為“古223”時，以花粉可育率和田間結實率為指標，“汕A”（即“珍汕97A”）、“G汕A”和“WA汕A”3個不育系的育性恢復均受2對獨立主效基因控制，恢復系為“IR24”時，以花粉可育率為指標時，“D汕A”和“WA汕A”的育性均受3對基因控制，其中1對獨立，另外2對相互連鎖，連鎖基因間的交換值為25%；而“G汕A”的育性恢復仍受控于2對獨立主效基因。以田間結實率為指標時，該3個不育系的育性恢復受2對獨立主效基因的控制。傅愛軍等[13]以花粉育性、田間結實率、套袋結實率為指標，認為F2雖呈雙峰分布，但難以明確劃分，表現為連續分布。蔡健等[14]研究認為恢復系SSSLW110902 對于野敗型（WA）和矮敗型（DA）的恢復性是由Rf3和Rf4 2個主效恢復基因控制，認為SSSLW110902對于WACMS和DACMS表現出質量性狀的遺傳。該研究中恢復系SSSLW2307060109中的恢復基因對于WA 型不育系博白A表現出質量-數量性狀的遺傳。在恢復系SSSLW2307060109中，除主效恢復基因Rf3和Rf4 外，微效基因或者修飾基因也表現出對于博白A的恢復性作用，且效應較大。該研究結果將為水稻雜種優勢研究和利用提供理論依據。

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責任編輯 黃小燕 責任校對 況玲玲