專利名稱：一種細胞核雄性不育雜交小麥的培育方法
技術領域：
本發明涉及作物栽培領域，尤其是雜交小麥的培育方法。
技術背景與作物細胞質雄性不育"三系，，雜交優勢利用體系相比較，作物細胞核雄 性不育性不存在特殊的恢復、保持關系，因此，核不育作物雜交優勢利用的最 大優點，是可用于選育優良不育系、保持系和父本系的親本材料極為豐富，有 利于選育強優勢雜交組合。但是，用常規方法難以實現核不貫性的有效保持， 即難以生產大量純合不育系種子。用小麥細胞遺傳學的理論，通過小麥染色體 工程技術，設計某種特殊細胞遺傳機制，可實現核不育系的有效保持。其遺傳育種原理是在純合雄性不育基因型中，附加一條外緣染色體或一條工程化染 色體(Engineered Chromosome,或稱^"飾染色體Modified Chrcanosome,它是用 有關屬、種的部分同源染色體為目標材料，人工加工培育(合成)而成)，這條 外緣或工程化染色體必需具備以下特殊遺傳功能 一、可以在普通小麥遺傳背景中獨立遺傳傳遞、表達，而不與ABD基因組的任何部分同源染色體在減數分 裂期發生配對；二、攜帶顯性同源(部分同源)雄性可育基因Ms和顯性標記基 因Ma;三、不能夠通過雄配子途徑傳遞，而僅以雌配子途徑傳遞。因此，這個 帶有純合核不育基因(msms)的單體異附加系小麥，自交可結實，后代種子(植 林)有兩種基因型個體， 一是不攜帶異源染色體的具有純合msms基因型小麥的 整倍體，植抹表現完全雄性不育，二是帶有一條外緣染色體的具有純合msms 基因型小麥的單體異附加系自身。通過附加染色體攜帶的顯性標記基因的表達, 將上述整倍體雄性不育的種子或植株與雄性可育單體異附加系的種子(種子標 記性狀)或植抹(植抹標記性狀)相區分。將整倍體雄性不育系和另一個純系 雜交，生產雜交F1種子用于生產，將單體異附加系通過自交或與整倍體不育系 雜交，用于繁殖整倍體雄性不育系和其自身。由此實現了小麥細胞核雄性不育 性的保持，并將其應用于雜交小麥開發上。根據上述細胞遺傳理論設計原理， 國內外公開報道了數例成功實例(包括本發明公開的內容)將黑麥的5R染色體導入小麥細胞核雄性不育突變體Cornerstone(mslc)上，Driscoll(1972)獲得了 XYZ雜交小麥生產體系X系、Y系和Z系分別是msms 基因型小麥5R二體異附加系(2n=42W(msms)+5R， ， =44) 、 5R單體異附加系 (2n=42W(msms)+5R， =43 )和msms基因型小麥整倍體(2n=42W(msms)+=42 )。 5R染色體上攜帶有部分同源等位的顯性雄性可育基因Ms和穗莖有絨毛顯性標 記基因，5R染色體在減數分裂時不與普通小麥的染色體發生配對，而是獨立遺 傳的。用Z系做母本與X系雜交生產Y系，再由Z系做母本和Y系雜交繁殖Z 系，再由Z系和父本系雜交生產雜交種用于生產。XYZ體系開創了小麥核不育 雜交優勢利用的新途徑、新方法。但是，由于5R染色體在Y系中能以一定的傳 遞率通過花粉傳遞，同時，X系中兩個5R染色體間常常發生不配對的現象。為 此，后來Driscoll ( 1985)提出了改良XYZ體系，其將原系統中5R染色體改換 為5R等臂染色體，改良系統中的外緣染色體，通過雄配子途徑的傳遞率有所減 少，但仍然能傳遞，意味著系統仍然不能夠生產純合度高的核不育系種子，由 此限制了它的生產應用。另外，區分可育與不育，是根據植株穗莖有絨毛(可 育抹Y系)和無絨毛(不育抹Z系)實現的，這需要等到抽穗后進行，由此增 加了不育系繁殖成本。黃壽松等(1991 )將長穗催麥草的4E染色體附加到一份隱性核不育小麥上， 獲得的"藍標型小麥核雄性不育、保持系"，是帶有純合核不育基因的小麥的 4E染色體單體異附加系，它自交可結實，后代可分離出三種粒色的種子 一種 為白粒(正常小麥粒色)，約占64%，表現雄性不育，可用于F1制種；另一種 為淺藍粒，約占33%,自交可結實，后代可永久分離出白粒不育和藍粒可育種 子；第三種為深藍粒，占3%，自交可結實，后代僅為深藍粒親本自身。該報道 的"藍標型小麥核雄性不育、保持系"(相當于本發明的淺藍粒系)的結實率 約為40-50%，自交后代分離出的白粒不育系種子只有64%左右。 發明內客本發明的目的是提供一種自交結實率和從自交后代分離出的白粒不育系種 子都高的細胞核雄性不育雜交小麥的培育方法。 實現上述目的的^R術方案為一種細胞核雄性不育雜交小麥的培育方法，是以小麥隱性細胞核雄性不育 材料為母本，以4F附加系藍粒小麥為父本雜交，小麥隱性細胞核雄性不育材料采用"蘭州核不育小麥"突變體材料，4E附加系藍粒小麥采用長穗催麥草。通 過淺藍粒系自交或通過白粒、淺藍粒、深藍粒三色混合系種植混交，即自交加 異交，繁殖白粒不育系和淺藍粒可育系種子。在培育過程中①淘汰雜交當代種子的白粒，選留其中藍粒種植；②F2代后 按單林分藍、白粒成對行種植，并選留白粒行出現不育林的相應藍粒行植林； ③下代按林分藍、白粒成對行種植，而白粒行不出現不育抹的株系淘汰，Fs代 以后部分林系白粒行的不育林率為100%，按育種目標將相應的可育藍粒林繼續 自交選育，直至形成穩定的4E-ms淺藍粒系。繁殖白粒雄性不育系可通過光電色選機分揀出深、戌藍粒種子群體中的淺 藍粒，再用淺藍粒自交繁殖白粒不育系，也可用80-90%的白粒和10-20%的深、 淺藍粒的混合種子(主要是淺藍粒系)，在隔離種植條件下種植，將白粒不育系 和兩種藍粒可育系雜交，繁殖白粒不育系，同時，通過淺藍粒系自交繁殖白粒 核不育系。上述技術方案實質包含以下特點U)4E-ms雜交小麥生產體系的創建以"蘭州核不育小麥"突變體為母本， 以4E附加系藍粒小麥為父本雜交，Fl代種子為的淺藍粒(藍粒性狀的花粉直感 效應產生的)；F2代淘汰所有白粒種子，僅將藍粒種子點播；將F3代種子分單 林分藍、白粒后成對行種植，F3代及其以后時代，將出現白粒行的不育抹率為 100%,而相應藍粒行自交結實的成對家系，說明該家系的核不育基因已純合， 只需按育種目標將其相應的可育藍粒林繼續自交選育，直至形成穩定的4E-ms 淺藍粒系(見圖示)。(2)4E-ms體系淺藍粒系的培育 一、雜交系統選育法此類似于品種間雜交 常規系統選育純系品種的方法和途徑。以需改良的淺藍粒系為母本，以與育種 目標相符的另一親本為父本雜交，淘汰雜交當代種子的白粒，選留其中的藍粒 種植，F2代后按單林分藍、白粒成對行種植，并選留白粒行出現不育株的相應 藍粒行植株，下代按抹分藍、白粒成對行種植，而白粒行不出現不育抹的株系 淘汰。F3代以后，部分林系白粒行的不育抹率為100%,說明該家系的核不育基 因已純合，只需按育種目標將其相應的可育藍粒抹繼續自交選育，直至形成穩 定的4E-ms淺藍粒系(見圖示)。二、連續回交定向選育法已知某親本材料的豐產性、配合力及異交結實性表現優良，可用此法將這一目標材料轉育成相應 的淺藍粒系。此法的優點是目標明確，缺點是工作量大。此方法和化學雜交小麥技術(CHA)相結合，可以將已在試驗、生產上證明具有應用前景的優良化 殺組合的母本系，回交轉育成相應4E-ms體系的淺藍粒系，由此實現優良組合 母本系的藍粒化一一遺傳控制的雄性不育化(復制該組合)，而不再使用化學雜 交劑。圖為以甘麥8號為不育系目標轉育材料的設計方案.三、雜交+有限回交 十系統選育法首先用優良親本材料與優良不育系(林)雜交獲MSms基因型的 優良F1代做父本，然后再與優良淺藍粒系為母本雜交，選留雜交當代的淺藍粒 種子種植并分單林收獲，理論上認為，這些藍粒單林的一半其核不育基因是純 合的，其下代白粒行的不育株率是100%，將這些藍粒單抹按育種目標系統選育 直至穩定。此法的優點是可以早代迅速地實現不育基因的純合，有效選擇群體 (MSms和msms基因型的藍粒個體)較大，而無效選擇群體(MSMS基因型的 藍粒個體)小，即選擇效率高(見圖示) 本發明具有以下有益效果與黃壽松等人的報告比較，可以發現雖然和本發明的相關遺傳育種機理相 同，但是，二者存在以下不同之處1、所采用細胞核雄性不育材料的來源不同。 本發明所利用的細胞核雄性不育材料一—"蘭州核不育小麥"，H明者發現的 自然突變體材料，系統地研究表明，"蘭州核不育小麥"是一單隱性核基因突變 而致，不育性遣傳穩定，不受外界光、溫環境因子的影響，不貫基因位于4B染 色體短臂上，和前人已經報道的msl位點上的其它六個突變體(Pugsley，s (msla), Probus (mslb)， Cornerstone (mslc), FS2 (msld)， FS3 (msle) and FS24 (mslf)，) 等位，我們將其基因符號命名為mslg; 2、本發明在這一研究報道的基礎上取得 了以下進步A、本發明涉及的淺藍粒系的自交結實率髙，幾乎接近正常小麥品 種的結實率(85%以上)，而黃壽松等報道的"藍標型小麥核雄性不育、保持系" (相當于本發明的淺藍粒系)的結實率約為40-50%,這可能與二者采用的核不 育材料不同有關，也可能與二者采用的藍粒小麥親本不同有關。B、本發明涉及 的淺藍粒系自交后代藍、白粒的分離比率與"藍標型小麥核雄性不育、保持系" 不同，本發明的淺藍粒系中自交后代分離出的白粒不育系種子可以達到80%左 右，而"藍標型小麥核雄性不育、保持系"自交后代分離出的白粒不育系種子只有64%左右。 附圉說明圖l為4E-ms體系白粒不育系、淺藍粒系的選育困解；圖2為4E-ms雜交小麥生產體系白粒不育系及雜交種F,繁育機制圖解；圖3為4E-ms雜交小麥生產體系白粒不育系的混交(雜交+自交)繁殖方式 圖解；圖4為4E-ms雜交小麥生產體系淺藍粒系的雜交系統選育法圖解；圖5為連續回交定向選育具有目標親本遣傳背景的淺藍粒系的圖解；圖6為雜交+有限回交+系統選育法選育淺藍粒系的圖解。
具體實施方式
1、 在小麥4B染色體上任何隱性雄性不育突變體材料上，附加一條來自長 穗偃麥草的4E染色體，獲得的msms基因型小麥4E單體異附加系的種子為淺 藍粒，自交可正常結實，后代有三種粒色 一種為白粒(正常小麥粒色)，種植 后表現雄性不育，可用于F1制種；另一種為淺藍粒，自交可結實，后代可永久 分離出白粒不育和藍粒可育種子；第三種為深藍粒，自交可結實，后代僅為深 藍粒親本自身。上述白、淺藍、深藍粒的基因組組成分別為2n=42W(msms)=42， 2n=42W(msms)+4E，=43， 2n=42W(msms)+4E"=44。可以通過以下兩種途徑繁殖 白粒雄性不育系 一、用光電色選機，分揀出深、淺藍粒種子群體中的淺藍粒， 再用淺藍粒自交繁殖白粒不育系；二、當光電色選機不能完全分揀深、淺藍粒 時，用80-90%的白粒和20-10°/。的深、淺藍粒(主要是淺藍粒)的混合種子，在 隔離種植條件下種植，使白粒不育系和兩種藍粒可育系(主要是淺藍粒系)雜 交，繁殖白粒不育系，同時，通過淺藍粒系自交繁殖白粒核不育系。2、 用白粒細胞核雄性不育系做母本，用另一開花習性良好、配合力優良的 純系材樸敝父本雜交，培育商用雜交F1小麥。3、 "蘭州核不育小麥"突變體的不育性，受位于4B染色體短臂上一對等 位純合隱性不育基因控制，基因位點與前人已經報道的咖l位點上的其它六個 突變體(Pugsley，s (ms 1 a) ， Probus (ms 1 b), Cornerstone (ms 1 c), FS2 (ms 1 d)， FS3(咖le)andFS24(mslf)，)等位，基因符號為咖lg。4、 4E-ms雜交小麥生產體系組成材料一一白粒核不育系、淺藍粒可育系(保 持系)、深藍粒可育系材料。一、4E-ms體系白粒核不育系的基因組組成為 2n=42W(msms)=42，種植后植林表現近100%的雄性不育度和雄性不育林率，可 以作為母本系和父本系雜交生產商用Fl種子；二、 4E-ms體系淺藍粒核不育保 持系(簡稱淺藍粒系)的基因組組成為2n=42W(msms)+4E，=43,自交可結實， 后代有三種粒色A、白粒(正常小麥粒色)，約占50-80%,表現雄性不育，基 因型為2iF42W(msms)42，可用于Fl制種；B、淺藍粒親本自身，約占47-18.6%， 自交可結實，基因型為2n=42W(msms)+4E，=43,自交后代可永久分離出白粒不 育和淺、深藍粒可育種子；C、深藍粒，約占3-1.4%,自交可結實，基因型為 2n=42W(msms)+4E"=44 ，自交后代M是深藍粒自身。5、 4E-ms體系淺藍粒核不育保持系的育種培育方法。 一、雜交系統選育法 此類似于品種間雜交常規系統選育純系品種的方法和途徑。以需改良的淺藍粒 系為母本，以與育種目標相符的另一親本為父本雜交，淘汰雜交當代種子的白 粒，選留其中的藍粒種植，F2代后按單抹分藍、白粒成對行種植，并選留白粒 行出現不育林的相應藍粒行植林，下代按林分藍、白粒成對行種植，而白粒行 不出現不育抹的林系淘汰。F3代以后，部分林系白粒行的不育株率為100%，說 明該家系的核不育基因已純合，只需按育種目標將其相應的可育藍粒林繼續自 交選育，直至形成穩定的4E-ms淺藍粒系(見圖示)。二、連續回交定向選育法 已知某親本材料的豐產性、配合力及異交結實性表現優良，可用此法將這一目 標材料轉育成相應的淺藍粒系。此法的優點是目標明確，缺點是工作量大。此 方法和化學雜交小麥技術(CHA)相結合，可以將已在試驗、生產上證明具有 應用前景的優良化殺組合的母本系，回交轉育成相應4E-ms體系的淺藍粒系， 由此實現優良組合母本系的藍粒化一一遺傳控制的雄性不育化(復制該組合)， 而不再使用化學雜交劑。圖為以甘麥8號為不育系目標轉育材料的設計方案。 三、雜交+有限回交+系統選育法首先用優良親本材料與優良不育系(抹)雜 交獲MSms基因型的優良Fl代做父本，然后再與優良淺藍粒系為母本雜交，選 留雜交當代的淺藍粒種子種植并分單抹收獲，理論上認為，這些藍粒單林的一 半其核不育基因是純合的，其下代白粒行的不育株率是100%，將這些藍粒單株按育種目標系統選育直至穩定。此法的優點是可以早代迅速地實現不育基因的純合，有效選擇群體(MSms和msms基因型的藍粒個體)較大，而無效選擇群 體(MSMS基因型的藍粒個體)小，即選擇效率高(見圖示)。
權利要求
1. 一種細胞核雄性不育雜交小麥的培育方法，是以小麥隱性細胞核雄性不育材料為母本，以4F附加系藍粒小麥為父本雜交，其特征為小麥隱性細胞核雄性不育材料采用“蘭州核不育小麥”突變體材料，4E附加系藍粒小麥采用長穗偃麥草，通過淺藍粒系自交或通過白粒、淺藍粒、深藍粒三色混合系種植混交，即自交加異交，繁殖白粒不育系和淺藍粒可育系種子。
2、 根據權利要求l所述的細胞核雄性不育雜交小麥的培育方法，其特征為 在培育過程中①淘汰雜交當代種子的白粒，選留其中藍粒種植；②F2代后按單 林分藍、白粒成對行種植，并選留白粒行出現不育株的相應藍粒行植林；③下 代按抹分藍、白粒成對行種植，而白粒行不出現不育林的林系淘汰，F3代以后 部分抹系白粒行的不育林率為100%，按育種目標將相應的可育藍粒抹繼續自交 選育，直至形成穩定的4E-ms淺藍粒系。
3、 根據權利要求l所述的細胞核雄性不育雜交小麥的培育方法，其特征為 繁殖白粒雄性不育系可通過光電色選機分揀出深、淺藍粒種子群體中的淺藍粒， 再用淺藍粒自交繁殖白粒不育系，也可用80-90%的白粒和10-20%的深、淺藍粒 的混合種子(主要是淺藍粒系)，在隔離種植條件下種植，將白粒不育系和兩種 藍粒可育系雜交，繁殖白粒不育系，同時，通過淺藍粒系自交繁殖白粒核不育 系。
全文摘要
本發明為一種細胞核雄性不育雜交小麥的培育方法，涉及農作物栽培領域，現有的將長穗偃麥草的4E染色體附加到一份隱性核不育小麥上，獲得的藍標型小麥核雄性不育保持系的結實率為40-50％，自交后代分離出的白粒不育系種子只有64％左右，本發明采用了蘭州核不育小麥為母本，將長穗偃麥草作為父本雜交，通過淺藍粒系自交或通過白粒、淺藍粒、深藍粒三色混合系種植混交(自交+異交)，繁殖白粒不育系和淺藍粒可育系種子。用光電色選機分揀上述繁殖生產的白粒種子和藍粒種子，并在藍粒種子群體中盡可能分揀除去深藍粒種子。用白粒不育系和父本系雜交生產商用雜種F1種子。獲得的淺藍粒系的自交結實率高，為85％以上，白粒不育系種子可以達到80％左右。
文檔編號A01H1/04GK101243770SQ20071008022
公開日2008年8月20日 申請日期2007年2月14日 優先權日2007年2月14日
發明者周寬基, 王世紅 申請人:甘肅省農業科學院