應(yīng)用分子標(biāo)記輔助選育抗褐飛虱水稻兩系不育系

徐曉明，程 攀，陳 龍，曲姍姍，陰云伙，田發(fā)春，彭炳生，吳 帥，李土明，周衛(wèi)營

(江西紅一種業(yè)科技股份有限公司，江西南昌 330046)

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應(yīng)用分子標(biāo)記輔助選育抗褐飛虱水稻兩系不育系

徐曉明，程 攀，陳 龍，曲姍姍，陰云伙，田發(fā)春，彭炳生，吳 帥，李土明，周衛(wèi)營*

(江西紅一種業(yè)科技股份有限公司，江西南昌 330046)

[目的]選育抗褐飛虱水稻兩系不育系。[方法]以B5為供體材料，采用分子標(biāo)記輔助選擇，將B5所含的Bph14和Bph15基因?qū)雰上挡挥?892S，獲得符合兩用核不育系標(biāo)準(zhǔn)的株系S136、S179、S192。[結(jié)果]分子標(biāo)記檢測結(jié)果表明，3個株系分別攜帶Bph14+Bph15；人工接蟲鑒定結(jié)果顯示，3個兩系不育系都高抗褐飛虱。[結(jié)論]該研究為進(jìn)一步選育抗褐飛虱雜交稻組合提供了親本材料。

水稻；兩系不育系；抗褐飛虱；分子標(biāo)記輔助選擇；選育

褐飛虱(Brown rice planthopper)是我國和許多亞洲國家水稻的主要害蟲之一[1]。目前防治的主要手段是藥物防治，對環(huán)境破壞較大。選育抗褐飛虱品種是防治褐飛虱最經(jīng)濟(jì)有效的方法[2]。隨著分子技術(shù)的快速發(fā)展，分子標(biāo)記輔助選育抗褐飛虱品種越來越受到重視[3]。研究表明，有30 個抗褐飛虱基因被發(fā)現(xiàn)，利用這些基因選育抗褐飛虱品種已成為防治的關(guān)鍵。武漢大學(xué)用藥用野生稻轉(zhuǎn)育的B5 含有2 個抗褐飛虱主效顯性基因Bph14 和Bph15，分別被定位在第3 染色體長臂和第4染色體短臂上[4]。1892S是安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所選育的兩系不育系，株葉形態(tài)好，米質(zhì)優(yōu)，所配組合產(chǎn)量高，抗倒伏性好但高感褐飛虱[5]。筆者用B5 作為抗源，以1892S為受體，利用插入缺失標(biāo)記(InDel)76-2 和SSR 標(biāo)記MS5進(jìn)行輔助選擇[6-7]，選育出含有Bph14 和Bph15兩系不育系新材料S136、S179、S192，接蟲鑒定對褐飛虱表現(xiàn)出較好的抗性。

1　材料與方法

1.1試驗材料抗褐飛虱抗源為B5[2](攜帶抗褐飛虱基因Bph14和Bph15)，受體親本為1892S(安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所選育)。

1.2抗性基因連鎖標(biāo)記為了獲得抗褐飛虱兩系不育系，在改良過程中，利用已開發(fā)的插入缺失標(biāo)記(InDel)76-2和SSR標(biāo)記MS5在分離群體中進(jìn)行跟蹤檢測。相關(guān)引物序列由上海生工生物技術(shù)服務(wù)有限公司合成(表1)。

1.3抗蟲鑒定 抗蟲鑒定在人工簡易溫室內(nèi)進(jìn)行。采用標(biāo)準(zhǔn)苗期集團(tuán)篩選法進(jìn)行：供試兩系不育系種子催芽后分別播種在塑料盆內(nèi)(60 cm×40 cm×15 cm)，每個不育系插一行，每行15 株，設(shè)3個重復(fù)，隨機(jī)排列，以TN1 作為感蟲對照。當(dāng)?shù)久玳L至2 葉1 心時間苗，每行保留10 株，每株接褐飛虱2～3 齡若蟲5～7頭。參考文獻(xiàn)[8]對供試不育系進(jìn)行抗性評價。

表1水稻褐飛虱抗性基因的連鎖標(biāo)記及引物序列

Table 1Linked Marker of Resistance Gene to Rice BHP and its Primer Sequence

基因Gene標(biāo)記Marker引物序列Primersequence(5'-3')Bph1476-2F:CAGGGAAGCTCCAAGAACAGR:CTGCTGCTGCTCTCGTATTGBph15MS5F:TTGTGGGTCCTCATCTCCTCR:TGACAACTTTGTGCAAGATCAAA

2　結(jié)果與分析

2.1分子標(biāo)記輔助選擇體系利用與Bph14相關(guān)的插入缺失標(biāo)記76-2和與Bph15相關(guān)的SSR標(biāo)記MS5對抗性基因供體親本B5與受體親本1892S進(jìn)行多態(tài)性分析(圖1)。插入缺失標(biāo)記76-2在供體親本中擴(kuò)增出的產(chǎn)物較大，受體親本較小，供體和受體之間表現(xiàn)出明顯的多態(tài)性。SSR標(biāo)記MS5在供體和受體間也表現(xiàn)出明顯的多態(tài)性。

注：A.76-2，B.MS5；1.B5，2.1892S。Note：A.76-2，B.MS5；1.B5，2.1892S.圖1　多態(tài)性檢測Fig 1　Polymorphism Detection

圖2　分離群體抗褐飛虱基因Bph14(A)和Bph15(B)的分子標(biāo)記檢測Fig 2　Detection of Molecular Marker of Bph14(A)and Bph15(B)in Segregation Population

圖3　抗褐飛虱兩系不育系選育流程Fig 3　Selection Process of Rice Sterile Line with Resistance to BPH

2.2抗褐飛虱兩系不育系選育利用插入缺失標(biāo)記76-2和SSR標(biāo)記MS5對基因Bph14和Bph15在不同分離時代進(jìn)行篩選(圖2)。由于1892S是兩系不育系，不育基因的遺傳受一對隱性基因控制，F(xiàn)2表現(xiàn)出可育株和不育系的分離。在F2代中，選擇株葉形態(tài)好、株頭外露率高、符合不育系特性的不育株，取其葉片進(jìn)行檢測，保留含有Bph14和Bph15的單株，割蔸再生，23 ℃恒溫冷灌處理，收獲種子。種植F3，在F3中繼續(xù)對Bph14和Bph15進(jìn)行檢測，淘汰不符合要求的單株，符合要求的單株割蔸再生。經(jīng)過連續(xù)篩選，至2015年晚季株系S136、S179、S192已基本穩(wěn)定。選育流程見圖3。

2.3抗性鑒定鑒定結(jié)果表明，含有Bph14和Bph15 2個基因之一或者2個基因均含的株系對褐飛虱表現(xiàn)出較好的抗性，其中，7、8、11號3個株系含有2個基因，表現(xiàn)出高抗水平，說明聚合多個抗性基因?qū)剐杂欣奂幼饔茫粉?、8和11號株系田間代號，分別命為S136、S179和S192(表2)。

2.4抗褐飛虱兩系不育系育性1892S屬光溫敏核不育系，不育期花粉敗育類型表現(xiàn)為無或少花粉型[5]。3個改良不育系無論在人工恒溫水冷灌處理條件下還是自然條件下，花粉敗育類型均表現(xiàn)為無或少花粉型，自交結(jié)實率全部為0。新選育的S136、S179、S192 3個不育系經(jīng)鑒定，不育起點溫度低于23.5 ℃，符合兩用核不育系應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

表2抗褐飛虱鑒定結(jié)果

Table 2Identification of Resistance 2 Parental Materials and 19 Lines to BHP

編號No.組合名稱Combination分子標(biāo)記檢測純合基因Moleculartestofhomozygousgene抗性級別Resistancelevel抗性水平Resistance11892S/B5Bph143R21892S/B5Bph155MR31892S/B5Bph151HR41892S/B5Bph151HR51892S/B5Bph141HR61892S/B5Bph145MR71892S/B5Bph14+Bph151HR81892S/B5Bph14+Bph151HR91892S/B5Bph153R101892S/B5Bph143R111892S/B5Bph14+Bph151HR121892S/B5Bph153R131892S/B5Bph141HR141892S/B5Bph143R151892S/B5Bph151HR161892S/B5Bph141HR171892S/B5Bph143R181892S/B5Bph153R191892S/B5Bph153R20TN1(CK)—9S21B5Bph14+Bph150I221892S—9S

3　結(jié)論與討論

選育抗褐飛虱雜交水稻是防治褐飛虱最有效的途徑，隨著分子技術(shù)的發(fā)展，一系列抗褐飛虱基因的定位及其標(biāo)記的開發(fā)已成為水稻抗性育種最重要的手段之一。含有Bph14和Bph15的B5是武漢大學(xué)選育的抗褐飛虱親本，育種家們利用該材料已選育出多個品種(材料)，經(jīng)生產(chǎn)推廣檢驗對褐飛虱具有抗性[1，6-7]。

抗性育種一般采取一次雜交、多次回交方法，保留原始親本株葉形態(tài)[7]。該研究則通過一次雜交，F(xiàn)2代大群體(4 000株以上)選擇，盡可能多地選擇不同株葉形態(tài)單株，然后借助MAS與傳統(tǒng)育種技術(shù)結(jié)合，基于農(nóng)藝性狀的表現(xiàn)，將抗性、株型(包括柱頭外露率)和育性同時選擇，最終選育出S136、S179、S192 3個兩系不育系株系，其不但與1892S在株葉形態(tài)上存在明顯差別，同時育性符合兩系不育系的要求。

在抗褐飛虱鑒定中，不少含Bph14或Bph15株系也表現(xiàn)高抗水平，如3、4、5、13、15、16號株系。一般而言，單基因控制的水稻品種抗性更容易喪失，但只要這些材料與同樣含有其他抗褐飛虱基因的父本配組，聚合2個以上抗性基因，同樣具有應(yīng)用價值。筆者發(fā)現(xiàn)引自湖南雜交水稻工程技術(shù)中心的R318也含Bph15，與含Bph14的5、6、13、16號株系配組，同樣聚合了2個抗性基因[1]。

下一步研究重點以S136、S179、S192 3個兩系不育系株系為親本材料，選育一批抗褐飛虱兩系雜交水稻新組合供生產(chǎn)推廣應(yīng)用。

[1] 程攀，陳龍，曲姍姍，等.抗褐飛虱水稻品種選育研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43(24)：92-94.

[2] 林擁軍，華紅霞，何予卿，等.水稻褐飛虱綜合治理研究與示范[J].應(yīng)用昆蟲學(xué)報，2011，48(5)：1194-1201.

[3] 黃所生,黃鳳寬,吳碧球,等.水稻新品種(組合)對褐飛虱的抗性評價[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報,2014(5):1919-1923.

[4] 王布哪，黃臻，舒理慧，等.兩個來源于野生稻的抗褐飛虱新基因的分子定位[J].科學(xué)通報，2001，46(1)：46-49.

[5] 楊聯(lián)松，白一松.秈型優(yōu)質(zhì)光溫敏核不育系1892S的選育[J].雜交水稻，2006，21(3)：15-16.

[6] 李進(jìn)波，萬丙良，夏明元，等.抗褐飛虱水稻品種的培育及其抗性表現(xiàn)[J].應(yīng)用昆蟲學(xué)報，2011，48(5)：1348-1353.

[7] 朱仁山，黃文超，胡駿，等.抗褐飛虱兩系雜交水稻不育系Bph68S及其組合兩優(yōu)234的選育[J].武漢大學(xué)學(xué)報，2013(1)：24-28.

[8] 錢前，郭龍彪，曾大力，等.水稻分子育種技術(shù)指南[M].北京：科學(xué)出版社，2012：40-45.

Breeding TGMS Lines with Resistance to Brown Planthopper by Marker-Assisted Selection

XU Xiao-hong，CHENG Pan，CHEN Long，ZHOU Wei-ying*et al

(Jiangxi Hongyi Seed Science &Technology Co.，Ltd.，Nanchang，Jiangxi 330046)

[Objective] The TGMS Line with the resistance to brown planthopper was bred. [Method] The gene:Bph14 andBph15, contained in rice material-B5 was transferred into the TGMS Line 1892S by means of marker-assisted selection (MAS) and three TGMS lines (S136, S179 and S192) were successfully developed. [Result] The result of molecular test and evaluation showed that three lines were with theBph14 andBph15 and the identification in artificial inoculation of insect indicated that the resistance of three lines to BPH was high. [Conclusion] The rice material was provided for the breeding of the hybrid rice combination with the resistance to BPH.

Rice; TGMS line; Brown planthopper; MAS; Breeding

江西省科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金項目[贛科發(fā)計字(2015)26號]；國家農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化項目[贛科發(fā)農(nóng)字(2014)150號]。

徐曉明(1988- )，女，湖北宜昌人，助理農(nóng)藝師，碩士，從事水稻分子育種工作。*通訊作者，農(nóng)藝師，碩士，從事水稻育種方面的研究。

2016-05-20

S 503.5

A

0517-6611(2016)20-107-02