圆叶型菜心核基因雄性不育系的选育

圆叶型菜心核基因雄性不育系的选育

心脏病是指十字花科的一个杂种植物。它是由花和幼芽组成的植物。它是中国南方最重要的蔬菜种类之一。由于未能开发出适宜的杂交制种方法,菜心的杂种优势迄今未能得到很地好利用,生产上应用的几乎都是常规品种。许明等、刘自珠等、赵利民等曾尝试转育大白菜和甘蓝型油菜的雄性不育细胞质,但转成的不育系或是由于不育性不稳定,或是因伴生有黄化和结籽不良等不良性状,所以至今未能在杂交制种上得到应用。多数研究者认为利用自交不亲和系配制菜心一代杂种是比较有效和实用的手段,但由于菜心的自交不亲和性不够稳定而难以利用。冯辉等于1995年在大白菜中发现的细胞核复等位基因型雄性不育材料,具有不育株率和不育度均达到100%且无不良性状伴生等优点,受到了育种工作者的广泛关注。为了扩大该类不育材料的应用范围,一些学者采用有性杂交法,将不育基因转入多种生态型的大白菜、小白菜和奶白菜中,育成了新的核不育系。许明等、王玉刚等和刘镜等分别以大白菜核复等位基因型雄性不育系为不育源,转育成了菜心核基因雄性不育系,但由于用其试配的杂交组合整齐性差、经济性状不良,因而并未在生产上得到应用。李石等和张秀荣等报道转育出了经济性状优异的菜心雄性不育“两用系”和“临时保持系”,但迄今未见用其配成不育系的报道。本试验以本项研究前期转育成的柳叶型菜心核不育系“GMS201”为不育源,设计定向转育方案,向圆叶型菜心品系“奇2”中转育核不育基因,育成了不育株率和不育度均为100%、园艺学性状与“奇2”相近的菜心核基因雄性不育系,现将研究结果报道如下。1材料和方法1.1材料表面1.1.1不育的原因沈阳农业大学育成的柳叶型菜心核不育系“GMS201”及其相应的两用系“AB201”和临时保持系“B201”。1.1.2目标转移序列圆叶型菜心品系“奇2”,来自广东省农业科学院。1.1.3试验用“新-2”品种自交系D1(“四季油青”)、自交系D2(“019菜心”)、自交系D3(“粗条矮脚80天”)、自交系D4(“油青矮脚70天甜菜心”)和自交系D5(“菜富城8号甜菜心”),以及品种比较试验中的对照品种“新-2”,均来自广东省农业科学院。1.2转育、育种及品种选择试验试验于2006-2009年在沈阳农业大学蔬菜遗传育种试验基地进行。根据核复等位基因型雄性不育的遗传特性,首先鉴定转育目标品系的基因型,然后设计定向转育方案,采用杂交、回交和测交方法,转育核不育基因及其他性状,鉴定基因型。利用转育成的不育系试配杂交组合,进行品种比较试验。随机区组设计,3次重复,小区面积1.8m2,每小区60株。样本容量按公式n≥lg(0.01)/lg(1-p)计算,其中p为目标基因发生概率;适合性测验按公式χ2=[|A-ra|-(r+1)/2]2/rn计算,其中A和a分别为显性组和隐性组的实际观察次数,n(n=A+a)为总次数,r为理论分离比率。2结果与分析2.1雄性不育的位点试验所用的柳叶型菜心核不育系“GMS201”及其两用系“AB201”和临时保持系“B201”的不育性属于复等位基因遗传。根据“核基因雄性不育复等位基因遗传假说”,其不育性与细胞核1个位点的3个基因有关。其中Ms为显性不育基因,ms为Ms的等位隐性可育基因,Msf为Ms的等位显性恢复基因,三者之间的显隐关系为Msf>Ms>ms。具有100%不育株率的雄性不育系,是由雄性不育“两用系”的不育株与“临时保持系”杂交得到的。“两用系”不育株基因型为MsMs,可育株为MsfMs,其通过不育株与可育株兄妹交繁殖(MsMs×MsfMs→1/2MsMs,1/2MsfMs);“临时保持系”基因型为msms。用“两用系”不育株(MsMs)与“临时保持系”(msms)交配,便可获得具有100%不育株率的雄性不育系(MsMs×msms→Msms)。2.2坚果育种和育种2.2.1转育目标品系的基因型鉴定一般可育品系在核不育位点上的基因型有3种:MsfMsf、Msfms和msms。用雄性不育“两用系”的不育株(MsMs)与转育目标品系杂交,根据后代育性分离比率可以鉴定其基因型,即有:ΜsΜs×{ΜsfΜsf→ΜsfΜs,全可育;Μsfms→ΜsfΜs‚Μsms,1∶1(可育∶不育);msms→Μsms,全不育。以柳叶型菜心“两用系”的不育株“AB201”(MsMs)为母本,与转育目标品系“奇2”杂交,获得的92株F1植株全部为可育株,说明“奇2”的基因型为MsfMsf。2.2.2遗传转移以柳叶型菜心核不育系“GMS201”(Msms)为不育源,转育“奇2”菜心(MsfMsf)核不育系的遗传模式见图1。2.2.3生长、杂交和自交系建立首先以“GMS201”(Msms)为母本与“奇2”(MsfMsf)杂交,获得F1。选取7株F1(MsfMs或Msfms)与临时保持系“B201”(msms)测交,鉴定所选F1植株的基因型。同时,用这7株F1与“奇2”回交,获得回交一代(BC1)。F1基因型鉴定结果见表1。根据F1测交后代的育性分离比率,从BC1中分别选取F1基因型为MsfMs(F1-T4)和Msfms(F1-T3)所对应的群体,每群体再各选7株,与不育系“GMS201”测交,鉴定BC1植株的基因型,所得结果见表2。同时,对BC1所选植株进行自交。BC1植株自交后代的育性分离比率见表3。选取表3中的“A4”自交后代的不育株(MsMs),与同一系统内的5株可育株(1/3MsfMsf,2/3MsfMs)兄妹交,筛选雄性不育“两用系”,结果见表4。由表4可知,杂交组合“(A4-s×A4)-f2”、“(A4-s×A4)-f4”和“(A4-s×A4)-f5”的后代可育株与不育株按1∶1分离(1/2MsfMs,1/2MsMs),其为新的雄性不育“两用系”。选取表3中‘B5’自交后代的15株可育株(1/4MsfMsf、2/4Msfms、1/4msms)与‘A4’分离出的不育株杂交,筛选‘临时保持系’,结果见表5。由表5可知,“B5-1”、“B5-3”、“B5-8”和“B5-14”与“两用系”转育方向分离出的不育株杂交,后代全不育,说明其自交后代即为新的“临时保持系”;而“A4-s×B5-1”、“A4-s×B5-3”、“A4-s×B5-8”和“A4-s×B5-14”即为新的雄性不育系,将其中的1个不育系“A4-s×B5-1”命名为“GMS202”。“GMS202”的不育度和不育株率均为100%,并且克服了原来的柳叶型菜心不育系“GMS201”花器官白化的缺陷,其雄蕊以外的其他花器官发育正常,制种性能良好。2.3“奇2”与“采用集体杂交”的植物种筛选对回交转育成的新不育系“GMS202”、原不育系“GMS201”和转育亲本“奇2”的植物学性状进行鉴定,结果见表6。由表6可知,新转育成的不育系“GMS202”与转育亲本“奇2”的植物学性状相近,而与不育源材料“GMS201”有较大差异。用原不育系“GMS201”和新不育系“GMS202”作母本,与用“油青矮脚70天甜菜心”选出的自交系“I70”杂交,配制F1组合,调查各组合植物学性状的变异系数,结果见图2。由图2可知,由新不育系配制的杂交组合“GMS202×I70”的植物学性状的变异系数,较原不育系配制的杂交组合“GMS201×I70”小,而与自交系“I70”接近,说明用新不育系配成的杂交组合整齐度较高。2.4“新-2”组合的产量结果以“GMS202”为母本,与D1、D2、D3、D4和D5等5个自交系配制杂交组合,以“新-2”菜心为对照,进行品种比较试验,结果见表7。由表7可以看出,“GMS202×D3”和“GMS202×D5”2个组合的产量极显著高于对照品种“新-2”及其他组合,分别较“新-2”增产52%和46%。2个组合的叶片及花茎亮绿、表面无蜡粉,花薹粗壮,叶片卵圆形,杂种优势十分显著,从播种至采收需40d左右。3新育系转育及转育方案通过有性杂交转育雄性不育基因,是多种农作物获得雄性不育系的有效方法。本试验设计的转育方案,目的是获得与待转育品系园艺学性状相近的雄性不育系,只有选用配合力高、园艺性状好、抗病性强的材料,才能获得优异的雄性不育系。本试验选用的转育目标品系“奇2”是当前生产中应用的优异品系,用其转育成的新不育系“GMS202”的园艺学性状与“奇2”相近,具有较广阔的应用前景。前人以大白菜核复等位基因型雄性不育系为不育源,转育获得了菜心核不育系,由于其只通过1次杂交完成了不育基因转育,其植物学性状介于大白菜和菜心之间,用其配制的杂交种整齐性较差,园艺学性状不良,难以在生产上应用。本试验所用的不育源材料“GMS201”是本项研究前期获得的柳叶型菜心核不育系,具有典型的柳叶菜心性状,但存在花蕾伴生条纹状白化和结籽不良等缺陷,在生产上没有得到应用。本试验设计菜心核复等位基因型雄性不育系定向转育方案,通过有性杂交转育有关的不育基因,再通过回交转育园艺学性状,实现了不育基因和园艺学性状的同时转育,获得了与转育目标品系性状相近的卵圆型菜心核不育系,克服了原不育系花蕾白化和结籽不良等缺陷。用新不育系配制的杂交组合整齐度高,解决了该类不育系转育和利用的难题,转育方法可为同类研究提供参考。4结构性状综合转育系的制备本试验设计的菜心核复等位基因型