单倍体育种技术全省公开课一等奖省赛获奖课件

玉米诱导单倍体育种技术与应用陈绍江中国农业大学第1页内容提要单倍体育种（DH）背景介绍单倍体育种基本程序国内单倍体育种研究进展系统化与工程化问题第2页2024/4/133无融合生殖类型一、无性幼胚起源细胞发生部位和幼胚发育方式，能够深入把无融合坚固或无融合生殖再分为4种不一样类型:1.无孢子形成（apospory）2.二倍性孢子形成（diplospory）3.不定胚生殖（adventitiousembryny）4.单性生殖（parthenogenesis）第3页2024/4/134

有性生殖与各种无融合生殖方式比较第4页2024/4/135单性生殖

孤雌生殖：在正常有性胚囊中，卵细胞未经受精而直接发育成胚现象称为单性生殖或雌核发育（gynogenesis）。由单性生殖产生胚或植株，都是单倍体。孤雄生殖：与雌核发育相对应另一个单性生殖形式是雄核发育（androgenesis）。这是一个更为稀有遗传现象，正常有性胚囊中卵细胞，因某种原因丧失功效，未能和精子结合，进入胚囊一个精子占据卵细胞位置，发育为单倍体胚。第5页产生玉米单倍体路径品种间杂交自发产生孤雌生殖单倍体不定配子体基因ig诱导孤雄生殖单倍体化学和物理方法诱导单倍体花药组织和花粉培养产生单倍体雌穗、子房或胚珠离体培养孤雌生殖诱导系杂交诱导产生单倍体一、背景介绍第6页基本应用：

1)育种平台：

快速取得纯系，缩短育种年限

亲本与高代系纯化

种质改良育种技术遗传纯合度%世代传统育种507587.5093.7596.8898.4499.287代DH技术501002代第7页第8页育种程序比较季DH育种进度常规1D0S02D1测配，系选S13D2判定选择S24D3复配，行比S3测配，系＋株选5D4预试S4判定，系株选6D5区试S5复配判定，系株选7D6区试S6复配行比8D7生试S7预试第9页2)

遗传研究：

突变判定，淘汰有害隐性基因

基因定位（DH群体）

生殖遗传----双胚苗等第10页2024/4/13subproject2.211第11页2024/4/13subproject2.212第12页特点多------易于规模化快------选系速度快好------纯度高省------第13页3）单倍体育种应用情况

国内：－250万个单倍体以上规模化单倍体育种第14页国外应用先锋、孟山都、先正达、利马格兰、KWS等都有大规模应用,DH系占新选系能够到达90%，已经替换传统选系成为主要选系方法当代育种技术新体系三大关键技术单倍体育种+分子育种+转基因

第15页国外大规模单倍体育种第16页二、单倍体育种基本程序第17页基础材料2n=20单倍体n=10单倍体判定加倍DH系2n=20单倍体育种程序单倍体产生单倍体加倍DH系评价与应用第18页（一）、单倍体诱导诱导母本材料诱导系与杂交种诱导机理第19页

基础材料×孤雌生殖诱导系

无色糊粉层紫色糊粉层无色胚芽紫色胚芽绿色植株

正常杂交籽粒准单倍体籽粒

紫色糊粉层紫色糊粉层紫色胚芽无色胚芽

假单倍体单倍体

紫色植株绿色植株加倍

DH系第20页1、基础材料选择群体遗传组成：杂合群体：单交种，群体等分离群体：F2,F3,F4等近纯合群体：自交系等种质类型：硬粒－－－80％以上马齿－－－90％以上第21页2、玉米孤雌生殖诱导系Coe(1959)Stock6是第一个孤雌生殖诱导系,诱导率1%-2%。Lashermes(1988)孤雌生殖诱导系WS14,诱导率3.5%

。Tyrnov等(1994)孤雌生殖诱导系ZMS,单倍体诱导频率到达2%左右。4）张铭堂、德国所用诱导系RWS,UH400等诱导率8％左右5）吉林农科院吉诱3号6）其它研究单位也开展了研究7）中国农业大学在BH0×Stock6后代选育出高油型孤雌生殖单倍体诱导系农大高诱1号等。最近新诱导系农大高诱2-5号，诱导率8-18%，诱导杂交种农大杂诱1号，2号诱导率在5-10%。第22页2024/4/13subproject2.223诱导系InducerRate(%)

Stock62.3Coe,1959ZMS0.6～3.4Tyrnov&Zavalishina,1984WS143.0～5.0Lashermes&Beckert,19885329C3.05～18.57Sarkar,1994KEMS6.3Shatskaya,1994MHI5.5～6.7Chalyk,1994RWS8.65～13.39Geiger&Röber,UH4008～15Melchinger,CAUHOI1.9～9.2Liu,；Chen，第23页农大高诱2-5号与杂交种新系2—5号基本稳定诱导率在5-18%第24页第25页26年7月北京上庄第26页27年10月至2月28日海南南滨第27页282012年12月15日海南南滨第28页292013年02月25日海南南滨第29页302013年02月25日海南南滨第30页312013年02月20日海南南滨第31页32农大高诱5号(CAUHI5)果穗与植株生产上应用诱导系类型第32页33关联群体自交系与诱导系CAUHI5杂交后表现第33页籽粒标识R-nj遗传---花粉直感第34页

果穗中单倍体第35页单倍体产生生物学机理：

第36页雄配子体发育第37页双受精示意图(引自Fre´de´ricBerger等，)第38页（二）、单倍体判定田间判定（早期）细胞遗传学方法形态学方法

放射性方法除草剂方法分子标识法

遗传标识法油份判定法★第39页孤雌单倍体标识R-nj第40页根色判别第41页

植株颜色判别第42页（三）、单倍体加倍自然加倍与小麦、水稻等不一样，玉米单倍体自然加倍率普通低于10％，有些材料不发生自然加倍（Zabirova,1993;Shatskaya,1994）气体N2O加倍（A.Kato，）组培加倍药剂化学加倍

除草剂(APM,Pronamide,Oryzalin,Trifluralin等)秋水仙素配方优化加倍步骤优化（时间、温度等）第43页

药剂加倍除草剂：APM(amiprophosmethy1)、拿草特(pronamide）、安磺灵(oryzalin)、氟乐灵(trifluralin)等；秋水仙素各种原因影响（药剂浓度、处理时间、处理温度等）。第44页田间加倍第45页（四）、DH系第46页第47页第48页三、中国农业大学单倍体研究1995开始--诱导技术判别与加倍DH系高效应用单倍体育种技术体系生物学机理应用研究理论研究遗传学学机理花粉直感与竞争

系统与工程化技术优化第49页理论研究生物学机理：染色体排除--B染色体诱导系遗传机理：遗传方式、诱导基因精细定位花粉直感：油份直感效应和当代杂种优势第50页诱导生物学机理：染色体干扰与排除

特殊籽粒类型发觉第51页特殊籽粒频率及倍性判定籽粒数频率(%)单倍体数判定效率(%)单倍体频率(%)可能单倍体3131.2527587.861.10特殊籽粒3551.4227778.031.11杂交籽粒2435297.410100.000.00第52页SSR分子标识检测第53页DGAT1-2测序结果第54页玉米小孢子第二次分裂中B染色体不分离现象B染色体传递第55页玉米染色体荧光免疫染色结果（金危危教授提供）黄绿色信号为CENH3抗体，箭头所指为玉米B染色体（信号相对较弱）假如有B染色体说明不是单受精，诱导系A染色体消失为排除所致第56页单倍体诱导机理模式图第57页A1:B73×UH400;A2:UH400;B不一样子粒类型诱导性状生殖遗传机制第58页诱导性状与败育性状同为雄配子表示性状A:诱导系×常规系B:诱导系自交C:常规系×诱导系第59页单倍体诱导基因作用模型?（A）诱导基因在雄配子中表示，并可能受到表观修饰（用灰色表示）。其产物对于花粉竞争性会有影响?（B）父本染色体高度修饰可能会造成子粒中染色体消除或败育发生。对于其余轻度修饰花粉将不会影响双受精过程，并最终形成正常子粒。第60页诱导基因分子标识能够用于辅助选育诱导系在第1和第9染色体上发觉诱导基因第61页1号染色体诱导基因精细定位<250kbbnlg1811X68X64X41umc2390X93umc1917X22X18AC191011AC02AC205700AC208894AC206675AC205278AC186508832.15k23415678910direction★★★★★★★★★★★★★第62页应用研究-----

1、诱导技术研究诱导系（各种标识）：普通型-----1-5号

高油型-----一代二代-----分子聚合育种专化型-----糯、黄改、B染色体、荧光等背景诱导杂交种----农大杂诱1-2号诱导率隐性测验种-----黄苗诱导方法：诱导基地第63页诱导系和隐性遗传测验材料第64页分子辅助诱导基因与油分双选

世代改变F4油分诱导率482-67.63±0.725.50483-97.48±1.0012.96484-27.37±0.627.08最优3个株系第65页诱导系与诱导杂交种第66页含有良好农艺性状、散粉量大诱导系间杂交种第67页68母本可诱导性：诱导率（Q+K）Manhattan-plot第68页2、单倍体判别技术油份判别技术--------油份判别方法自动识别技术--------核磁自动判别荧光判别技术--------组培判别第69页研究背景第70页R-nj色素表示不稳定第71页高油诱导系花粉直感效应非杂交籽粒油份>单倍体油份玉米85%左右油份存在于玉米胚之中，而油份含有一定花粉直感效应，如以高油型诱导系进行诱导，双受精杂交籽粒含有较高油份，而孤雌生殖单倍体则油份较低。第72页HO115NMB73第73页油份判定值确实定单倍体平均油份杂交后平均油份判定效率油份判定值4.00%6.00%0.605.14%4.00%6.00%0.705.00%4.00%6.00%0.804.85%4.00%6.00%0.904.64%第74页人工测油---速度慢

1000粒左右/天天平第75页油份自动核磁共振测定仪判定单倍体以农大高油高诱一号为父本与普通玉米杂交，杂交当代籽粒含油量显著提升，花粉直感增油率在30％以上。利用此法进行单倍体判定，准确率能够超出90％，速度能够到达天天2万粒.

也能够用于其它作物选择与判别。第76页YFP荧光基因诱导系根尖与籽粒中YFP标识表现情况红色箭头所指为携带有YFP基因子粒，其余不含YFP第77页YFP荧光标识判定单倍体在OLYMPUSDP72体式荧光显微镜下，经过测定杂交幼胚荧光强度判别其中单倍体。78杂合体单倍体第78页3、单倍体加倍技术化学加倍技术--------芽苗化学加倍自然加倍技术--------自然加倍基地第79页2024/4/1380海南单倍体育种第80页化学加倍（加倍能够到达散粉率30％-80%）第81页单倍体自然加倍

秋水仙素单倍体数散粉株数散粉率%变异范围

单倍体数散粉株数散粉率变异范围农大10810510.950.00-1.90662639.3923.53-56.25郑单95810543.811.92-5.66893337.0813.21-72.22均值--2.38---38.24-变幅--2.86---2.31-不一样基础材料单倍体处理与对照散粉情况比较（）加倍效果处理后单倍体平均散粉率高于对照近10倍，普通5-6倍第82页大规模自然加倍基地（西北）第83页自然加倍自然加倍重点：条件好：确保单倍体正常生长发育环境稳：可控性强------------------------------设施加倍----温室、组培基地加倍----西北、西南、海南

第84页4、单倍体与DH应用和管理单倍体管理DH系管理----规模化DH系管理方法遗传研究—抗青枯病DH群体1145×Y331（-03年）选择方法研究亲本纯化与种子生产----第85页第86页资源优化配置第87页5、系统化与工程化育种单倍体技术发展阶段：点：关键步骤突破-----重点技术线：操作程序规范-----流程化管理面：技术体系形成-----选系主导技术体：系统工程构建-----包含与其它技术结