水稻细胞质雄性不育系育性回复株的遗传分析

论文摘要

细胞质雄性不育系是培育杂交水稻的重要基础,不育系纯度高低直接影响杂交种的纯度和杂种优势的表现。不育系群体中存在少量表型似保持系又对不育系具有育性恢复功能的“可育株”,是各种细胞质不育系普遍存在,而且危害严重的问题。研究这类可育株及其恢复基因的来源,有利于制定更加科学高效高纯度不育系繁殖的技术方案,具有重要的生产利用价值,还可对认识水稻细胞质雄性不育和育性恢复基因的起源和变化提供新线索。本研究为防止外来花粉串粉,通过套袋繁殖,产生了来源于3个滇Ⅰ型粳稻不育系黎榆A、榆密15A和合系42A的不育系繁殖群体,在其中筛选出“可育株”。用测交、自交,结合分子生物学手段,对“可育株”的基因型和育性恢复性进行遗传研究。结果表明“可育株”在不育系群体中出现的频率为0.0573%。“可育株”可分为2种类型。一类结实正常,正常花粉在97%以上,细胞质可育,核无恢复基因,其育性恢复位点的基因型为rf/rf。它们可能来源保持系机械混杂,是滇Ⅰ型粳稻不育系混杂的主要类型,占“可育株”的72.97%。通过加强不育系繁殖和种子加工过程的管理,可减少或杜绝这类可育株混杂。另一类“可育株”的正常花粉率在50%左右,出现频率约为0.0155%,占“可育株”的27.03%。它们拥有不育细胞质,属于配子体不育,细胞核有一个显性恢复基因,是杂合基因型S（Rf/rf）,对滇Ⅰ型不育系具有育性恢复功能,自交后代不出现不育株。本研究称其为“育性回复株”,将其所携带恢复基因暂记为Rfr（d1）。Rfr（d1）与滇Ⅰ型恢复系南34和南36的恢复基因互为等位。位于BT型恢复基因Rf-1的位点的CAPS标记分析表明,Rfr（d1）也位于Rf-1区域。育性回复株自交和与其相应不育系测交的后代群体未出现性状明显分离。除了恢复基因位点差异外,在水稻全基因组169个SSR位点上也没有发现它们与其相应不育系存在多态性,无外源品种基因渗入的迹象。因此,认为Rfr（d1）不可能来源于外来品种花粉串粉,而是来源于不育系隐性基因（rf）发生自然回复突变产生。这是首次通过遗传学和分子标记技术证明水稻细胞质雄性不育系通过育性回复的突变可产生育性回复株。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 细胞质雄性不育系
• 1.1.1 雄性不育系
• 1.1.2 细胞质雄性不育系来源
• 1.1.3 细胞质雄性不育系类型
• 1.1.4 细胞质雄性不育基因位点鉴定
• 1.1.5 细胞质雄性不育基因的作用机制
• 1.2 水稻细胞质雄性不育系育性对杂交种子纯度影响
• 1.2.1 细胞质雄性不育性状与杂种优势利用
• 1.2.2 细胞质雄性不育育性指标
• 1.2.3 细胞质雄性不育育性与杂交种子纯度
• 1.3 细胞质雄性不育与育性恢复机制
• 1.3.1 细胞质雄性不育的育性恢复
• 1.3.2 水稻滇Ⅰ型和BT 型恢复基因关系
• 1.3.3 水稻恢复基因定位
• 1.3.4 恢复基因的克隆
• 1.3.5 恢复基因的作用机制
• 1.3.6 恢复基因的起源和进化
• 1.4 在基因定位分析中应用的分子标记
• 1.4.1 分子标记类型
• 1.4.2 分子标记在在基因定位中的应用
• 1.5 本研究的目的意义
• 第二章 可育株筛选与育性鉴定
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 材料种植
• 2.1.3 不育系群体的产生和可育株及其后代的产生
• 2.1.4 育性和农艺性状调查
• 2.2 结果
• 2.2.1 袋繁不育系的可育株鉴定及其后代育性
• 2.2.2 田繁不育系的可育株及其后代育性
• 2.2.3 可育株与保持系农艺性状比较
• 2.3 讨论
• 2.3.1 可育株的产生与外来串粉
• 2.3.2 不育系育性稳定性不是产生可育株的根源
• 2.3.3 不育系繁殖方式与可育株频率
• 2.3.4 防止可育株出现提高不育系纯度的措施
• 2.3.5 育性回复株的应用
• 第三章 回复株的遗传与变异
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 材料
• 3.1.2 材料种植
• 3.1.3 回复株农艺性状分析群体的产生及种植
• 3.1.4 回复株育性遗传分析群体构建
• 3.1.5 花粉育性和结实率调查
• 3.1.6 DNA 提取
• 3.1.7 回复株与其相应不育系的SSR 位点分析
• 3.2 结果
• 3.2.1 回复株农艺性状的表现
• 3.2.2 回复株SSR 位点分析
• 3.2.3 回复株育性恢复性遗传分析
• 3.3 讨论
• 3.3.1 恢复基因渗入不是回复株产生的根源
• 3.3.2 回复株育性恢复性遗传模式
• 第四章 回复株恢复基因位点定位
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 材料种植
• 4.1.3 恢复基因等位性测验群体构建
• 4.1.4 恢复基因定位群体构建
• 4.1.5 花粉育性和结实率检测
• 4.1.6 总DNA 提取
• 4.1.7 CAPS 标记分析
• 4.1.8 保持系rf-1 位点基因型检测
• 4.2 结果
• 4.2.1 回复株恢复基因位点等位性测验
• 4.2.2 回复株恢复基因定位
• 4.2.3 可育株恢复基因位点基因型鉴定
• 4.2.4 保持系Rf-1 基因位点检测
• 4.3 讨论
• 4.3.1 回复株核恢复基因位点
• 4.3.2 回复株恢复基因产生时期
• 4.3.3 育性自然回复突变不是特殊现象
• 4.3.4 育性回复株恢复基因的产生
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附图
• 附图1 不育系繁殖田间可育株筛选
• 附表
• 附表1 袋繁不育系黎榆A 的可育株及其后代套袋结实
• 附表2 袋繁不育系黎榆A 的可育株及其后代花粉育性
• 附表3 袋繁不育系榆密15A 的可育株及其后代套袋结实
• 附表4 袋繁不育系榆密15A 的可育株及其后代花粉育性
• 附表5 袋繁不育系合系42A 的可育株及其后代套袋结实
• 附表6 袋繁不育系合系42A 的可育株及其后代花粉育性
• 附表7 田繁不育系榆密15A 的可育株及其F1代育性
• 附表8 田繁不育系黎榆A 的可育株及F1代育性
• 附表9 水稻全基因组169 对SSR 引物及其扩增条件
• 在读期间发表和待发表论文
• 致谢