專利名稱：在后代中固定農(nóng)作物雜交種的雜種優(yōu)勢(shì)的方法
在后代中固定農(nóng)作物雜交種的雜種優(yōu)勢(shì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，特別涉及選擇方法。
依靠無性繁殖的方式固定宿根稻雜種優(yōu)勢(shì)的方法是已知的(例如，參見F.Hu， P. Xu, J.Li, J. Zhou, E.Sacks, Z.Li, D. Tao, “Rice heterosis fixing by means of vegetative propagation from Oryza longistaminata”//摘要，第四屆國(guó)際雜交水稻研討會(huì)，2002年，第95頁(yè))，該方法包括轉(zhuǎn)移稻的野生親緣物種中與根形成相關(guān)的基因(例如,來自長(zhǎng)雄蕊野生稻(orisa Iongistominata),其中這些基因位于第三和第四染色體,分別與基因座CSR16和RMl 19相關(guān)聯(lián))。
一種固定雜種優(yōu)勢(shì)效果的方法是已知的(例如，參見Bennett J. , Xuezhi Bi， Kathiresan, Chaudhury A., Ivahova A. , Payne T., Dennis L.和 Khush G, “Molecular tools for achieving synthetic apomixes for hybrid rice，，//摘要，第四屆國(guó)際雜交水稻研討會(huì)，2002年，第12頁(yè))，其中該方法包括通過轉(zhuǎn)移來自其他物種，包括玉米、高粱和小麥等稻的親緣物種的單性生殖相關(guān)基因使雜交種轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡陨场?br> 已知另一種固定雜種優(yōu)勢(shì)效果的方法(例如,參見V. Krishnasamy, 2002),其中該方法包括產(chǎn)生雜交種的人工種子。此處人工種子是指體細(xì)胞胚的使用，其中生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和抗生素的混合物作為該胚的胚乳。
上述方法的不足之處在于，為了固定雜種優(yōu)勢(shì)效果，它們提倡完整保留初代雜交種的基因復(fù)合體，包括在后代有性生殖的情況下導(dǎo)致生殖隔離(segregation)的致死和半致死基因。這些方法的主要目的均在于將雜交種轉(zhuǎn)變?yōu)闊o性繁殖或者單性生殖；此外，上述方法均未被實(shí)施。
已知一種在后代中固定雜交種的雜種優(yōu)勢(shì)的方法，該方法可被考慮為本發(fā)明的原型，其詳述于專利2453253，A01K67/00, A01K67/04, 2000年7月27日公開，公告第21期 (第2部分)，該方法包括產(chǎn)生純合的樣本，用完全純合的樣本進(jìn)行回交(于植物而言，即用花藥培養(yǎng)獲得的雙單倍體進(jìn)行回交)以除去雜種優(yōu)勢(shì)的雜交種基因型中的致死或半致死基因。
該方法的缺點(diǎn)是，歸因于雙單倍體樣本與初代樣本(即，其花粉被用于繁育雙單倍體植物種群的雜種優(yōu)勢(shì)的雜交種植株)之間5-6代回交的復(fù)雜性。為了回交，必須要在多個(gè)正常生命周期內(nèi)保持雜交種的生存能力；例如，水稻的生長(zhǎng)期是3到5個(gè)月，然后植株死亡。為了消除致死和半致死基因并保留帶來雜種優(yōu)勢(shì)的補(bǔ)償性基因復(fù)合體(CGC)，必須產(chǎn)生雙單倍體樣本與其花粉被用于繁育雙單倍體的雜種優(yōu)勢(shì)的雜交種初代植株之間的雜交種。 產(chǎn)生雙單倍體的過程需要許多時(shí)間，約7個(gè)月；初代植株的生長(zhǎng)周期已經(jīng)完成，且植株非常衰弱。雙單倍體在衰弱的親本植株上進(jìn)行的雜交導(dǎo)致非常低的結(jié)種率(seed set)和雜交種子的生存能力，并且這一流程還將重復(fù)5-6次。
本發(fā)明的目的在于提高保留雜交種中的補(bǔ)償性基因復(fù)合體(CGC)并且從雜種基因型中消除在后代中導(dǎo)致減產(chǎn)的半致死、致死基因以及無效基因這一過程的效率。
技術(shù)效果在于，以雜種優(yōu)勢(shì)的雜交種為基礎(chǔ)，產(chǎn)生具有類似產(chǎn)率的高生產(chǎn)力品種。
當(dāng)使用該方法時(shí)，上述技術(shù)效果通過在后代中固定雜交種的雜種優(yōu)勢(shì)的方法來實(shí)現(xiàn)，該方法包括通過花藥培養(yǎng)產(chǎn)生純合的植株以消除雜種優(yōu)勢(shì)的雜交種基因型中的致死和半致死基因，根據(jù)本發(fā)明，在不同基因型的雙單倍體品系之間進(jìn)行雜交以恢復(fù)雜交種的 CGC，其中雜交過程僅涉及最具生產(chǎn)力的雙單倍體品系，且雙單倍體品系之間的差異根據(jù)一系列的形態(tài)學(xué)、生理學(xué)、和生化性質(zhì)、分子標(biāo)記物(SSR，SNP等)、遺傳體系對(duì)樣本生產(chǎn)力的貢獻(xiàn)等方式，以及所有提到的方式的細(xì)合來進(jìn)行評(píng)估。
賦予初代雜交種高生產(chǎn)力的最佳基因和因此不同樣本之間雙單倍體的交換和產(chǎn)生過程中分布的CGC的恢復(fù)，被作為不同雙單倍體品系之間(而非與初代雜交株之間)的雜交結(jié)果而聯(lián)合起來。這就使得育種過程避開了(在其多個(gè)正常生命周期中)維持初代雜交種的植物生存能力這一長(zhǎng)期、非常艱難的過程，并避免了涉及其后代繁殖的問題。
雜交過程中僅使用具有最高生產(chǎn)力的雙單倍體品系，這允許了在培養(yǎng)基的培養(yǎng)階段能淘汰保有或獲得致死、半致死和亞致死基因的樣本，并因此提供了對(duì)初代雜交種基因型更為有效的清理。
不同雙單倍體品系的選擇能夠使攜帶不同雜種優(yōu)勢(shì)基因(CGC)的樣本得以展現(xiàn)， 并因此加速了在所產(chǎn)生的基因型中的所述基因的聚集過程。
不同雙單倍體品系雜交所獲得的不同的高生產(chǎn)力樣本之間的雜交，進(jìn)一步減少了 CGC聚集過程的時(shí)間。不同雙單倍體品系的兩次雜交幾乎節(jié)省了初代雜種優(yōu)勢(shì)雜交種的 CGC聚集所需時(shí)間的一半，這使得在育種過程的最初就能生成高生產(chǎn)力的品種。
涉及對(duì)專利、科技信息來源的檢索，以及包括與本發(fā)明近似技術(shù)方案相關(guān)的數(shù)據(jù)在內(nèi)的資源的新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)有技術(shù)分析可以得出結(jié)論未發(fā)現(xiàn)具有與本發(fā)明技術(shù)方案所有必要技術(shù)特征相同的技術(shù)特征的近似技術(shù)方案。在所檢索到的近似技術(shù)方案中，根據(jù)必要技術(shù)特征組合，將所述原型鑒定為最近似技術(shù)方案允許確定在所要求的方法中的區(qū)別技術(shù)特征的組合，其是本發(fā)明技術(shù)方案能產(chǎn)生其所述技術(shù)效果的本質(zhì)所在。
因此，本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案符合“新穎性”的條件。
為了評(píng)估請(qǐng)求保護(hù)的本發(fā)明是否符合“創(chuàng)造性”條件，針對(duì)其不同于最接近的現(xiàn)有技術(shù)的特征，進(jìn)一步檢索了披露類似特征的已知方法和技術(shù)方案。評(píng)估結(jié)果顯示，本領(lǐng)域提術(shù)人員按照現(xiàn)有科技和工程水平無法顯而易見地獲得要求的發(fā)明，特別的，更求的發(fā)明不提供已知的轉(zhuǎn)換。
因此，依據(jù)法律規(guī)定，本發(fā)明技術(shù)方案符合“創(chuàng)造性”的條件。
本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)如下所示。
根據(jù)所要求的方法，從雜種優(yōu)勢(shì)的雜交種的花粉獲得多個(gè)雙單倍體品系的種群 (圖I)以固定雜種優(yōu)勢(shì)。評(píng)估這些雙單倍體品系的生產(chǎn)能力和生存能力，選擇具有最高生產(chǎn)能力的雙單倍體品系用于進(jìn)一步工作。所選的高生產(chǎn)能力雙單倍體品系之間的基因型差異根據(jù)一系列形態(tài)學(xué)、生理學(xué)、生化性質(zhì)、分子標(biāo)記物、遺傳體系對(duì)樣本生產(chǎn)能力的貢獻(xiàn)等不同方法，以及所有這些方法之間的組合來進(jìn)行評(píng)估，以展現(xiàn)攜帶初代CGC的不同基因的品系。不同的雙單倍體品系被用于雜交以恢復(fù)CGC，因?yàn)楫?dāng)繁育雙單倍體時(shí)，決定雜種優(yōu)勢(shì)雜交種高產(chǎn)能力的基因分散于不同的樣本中。雙單倍體由所獲雜交種的花粉通過花藥培養(yǎng)產(chǎn)生。雙單倍體的生產(chǎn)能力和生存能力均進(jìn)行評(píng)估，最具生產(chǎn)能力的雙單倍體品系被選出用于進(jìn)一步工作，對(duì)它們的生產(chǎn)能力也進(jìn)行評(píng)估。這些步驟使得育種最初即能獲得高生產(chǎn)力品種。如果最初沒能在單一基因型中聯(lián)合足夠數(shù)量的CGC基因而使獲得的品系未4顯示出初代雜交株的產(chǎn)量，即進(jìn)行下一步通過各種不同雙單倍體樣品雜交后的品系的雜交。再次由作為結(jié)果的雜交種的花粉衍生雙單倍體品系。最具生產(chǎn)能力的品系被從中選出和繁殖，對(duì)獲得的品種的生產(chǎn)能力進(jìn)行。最好的品種送入新品種國(guó)家評(píng)測(cè)中心(the State Testing of New Varieties)。


圖I :在后代中固定雜交種的雜種優(yōu)勢(shì)的方法
在花藥培養(yǎng)中選擇性基因清除的可能性被示范于生物和分子水平。使用第一代和第二代雜交種、13個(gè)雜交組合的親本形式、和通過衍生自第一代雜交種的花粉的花藥培養(yǎng)產(chǎn)生的雙單倍體品系作為此類研究的材料。用初代雜交種與由其花粉產(chǎn)生的雙單倍體回交以在后代中固定雜交優(yōu)勢(shì)。繁育雙單倍體以消除半致死等位基因，其中任何會(huì)降低樣本生存能力的無效基因座都在此視為此類等位基因。致死基因向單倍體植株原核的滲透會(huì)導(dǎo)致胚胎在發(fā)育的某一階段中死亡，只有基因型中含有最少致死基因和最多有利基因的個(gè)體才能存活。當(dāng)使用花藥培養(yǎng)獲得植株時(shí)，樣本的存活率不超過O. 5 %，所以，大部分基因型得以排除。含有最少數(shù)目致死基因的基因型具有更高的生存概率，這就能使初代雜交種基因型中的致死和半致死基因得以清除，就此留下一組有利基因。
回交在純合和雜合雜件中不含有害基因的樣本產(chǎn)生其基因型在純合條件中同樣不包含半致死基因的后代。該事實(shí)加上大量的基因修飾，不但使雜種優(yōu)勢(shì)得以維持，而且在所有回交后代中得以增強(qiáng)。
因此，固定雜種優(yōu)勢(shì)的問題可通過獲得不含致死和半致死基因的雜交種而得以解決。同時(shí)，初代雜交種的主要基因型不僅應(yīng)當(dāng)維持，而且要進(jìn)行提升。從第一代開始，回交后代的高生存能力即是最大的關(guān)注點(diǎn)，因?yàn)檫@些后代實(shí)質(zhì)上都是自我繁殖的結(jié)果，而通常自我繁殖會(huì)嚴(yán)重降低生存力。高生存力可通過以下事實(shí)解釋，即作為簡(jiǎn)單的兩性繁殖，回交不會(huì)導(dǎo)致純合條件下后代基因型中出現(xiàn)有害基因。同時(shí)回交將初代復(fù)合體中增強(qiáng)生存能力的部分基因回復(fù)到基因型中。獲得了水稻13個(gè)雜交組合的回交后代。通過將回交植株與初代雜交種、由該初代雜交種花粉培育獲得的雙單倍體、二代雜交種以及親本形式進(jìn)行比較來評(píng)估回交植株的生產(chǎn)能力。由于這些品種是多系品種(育種者控制形態(tài)型決定基因， 然而，品種維持穩(wěn)定性的多態(tài)性和生理過程的高效性)，相同組合、但獲自相同品種不同遺傳品系的雜交的第一代雜交種，其在遺傳上也是不相同的。實(shí)施了兩個(gè)變化實(shí)驗(yàn)。第一個(gè)變化實(shí)驗(yàn)旨在通過用相同雜交組合的植株雜交產(chǎn)生回交后代，其在獲得雙單倍體品系之后進(jìn)行播種。第二個(gè)變化實(shí)驗(yàn)中，用雜交組合的最佳初代植株雜交獲得回交后代，其被選擇用于培育雙單倍體(在雙單倍體培育期間維持其生存能力并生長(zhǎng)至開花)。
第一個(gè)變化實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)出生殖隔離，其符合初代品種是多系品種、且回交后代應(yīng)當(dāng)僅通過使用作為花粉供體的植物來產(chǎn)生這一事實(shí)。第二個(gè)變化實(shí)驗(yàn)未在回交后代中表現(xiàn)出生殖隔離，因此，在花藥培養(yǎng)中清除雜種優(yōu)勢(shì)的雜交種基因型中的無效基因是可行的(表 1_2)。
表IFl和F2種群以及初代雜交種花粉培育出的雙單倍體與初代雜交種回交產(chǎn)生
權(quán)利要求
1.一種在后代中固定農(nóng)作物雜交種的雜種優(yōu)勢(shì)的方法，包括通過使用花藥培養(yǎng)產(chǎn)生純合的樣本，繼而恢復(fù)決定初代雜交種雜種優(yōu)勢(shì)的基因復(fù)合體，其特征在于，所述基因復(fù)合體通過基因型不同的雙單倍體品系之間的雜交來恢復(fù)，雙單倍體品系之間的差異根據(jù)一系列的形態(tài)學(xué)、生理學(xué)、生化性質(zhì)、分子標(biāo)記物(SSR，SNP等)、遺傳體系對(duì)樣本生產(chǎn)能力的貢獻(xiàn)、以及所有提到的這些方法的組合來進(jìn)行評(píng)估。
全文摘要
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，特別涉及選擇方法。請(qǐng)求保護(hù)的方法能夠以雜種優(yōu)勢(shì)的雜交種為基礎(chǔ)、通過固定雜種優(yōu)勢(shì)產(chǎn)生具有相似產(chǎn)量的高生產(chǎn)力品種，例如水稻品種。用于在后代中固定農(nóng)作物雜交種的雜種優(yōu)勢(shì)的方法，其中包括通過使用花藥培養(yǎng)產(chǎn)生純合的樣本、繼而恢復(fù)決定初代雜交種雜種優(yōu)勢(shì)的基因復(fù)合體，該方法是通過基因型不同的雙單倍體品系之間的雜交來實(shí)現(xiàn)的，且雙單倍體品系之間的差異是根據(jù)一系列的形態(tài)學(xué)、生理學(xué)和生化性質(zhì)、分子標(biāo)記物(SSR，SNP等)、遺傳體系對(duì)樣本生產(chǎn)能力的貢獻(xiàn)、以及所有提到的這些方法的組合來進(jìn)行評(píng)估的。所公開的方法能更有效地清理初代雜交種的基因型，加速雜種優(yōu)勢(shì)決定基因(CGC)的聚集，避開(在其多個(gè)正常生命周期中)維持初代雜交種的植物生存能力這一長(zhǎng)期、非常艱難的過程，并避免了與其后代繁殖相關(guān)的問題。該方法減少基本一半的初始雜種優(yōu)勢(shì)決定基因復(fù)合體聚集所需的時(shí)間，并清除降低雜交種生產(chǎn)能力和生存能力的基因。
文檔編號(hào)A01H1/02GK102972281SQ201210347650
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月13日
發(fā)明者Y·K·貢恰羅娃, E·M·哈里托諾夫 申請(qǐng)人:俄羅斯農(nóng)業(yè)科學(xué)院全俄水稻研究所國(guó)家科學(xué)研究院