水稻恢复系SSSLW2319060611对WA睠MS的遗传模式分析

蔡健 蔡鲲鹏

摘要

[目的]研究恢复系SSSL W2307060109中的恢复基因Rf3和Rf4对于野败型不育细胞质的遗传模式。[方法]以野败型不育系博白A 为母本，恢复系SSSLW2307060109（Rf3Rf3/Rf4Rf4）为父本杂交，采用分子标记辅助选择和连续回交的方法构建BC3F2群体，从中选择携带基因型Rf3Rf3/Rf4Rf4、rf3rf3/Rf4Rf4的单株，考察其花粉和小穗育性。[结果]恢复系SSSLW2307060109中的恢复基因对于WA 型不育系博白A表现出质量-数量性状的遗传。在恢复系SSSLW2307060109中， 除主效恢复基因Rf3 和Rf4 外， 微效基因或者修饰基因也表现出对于博白A的恢复性作用，且效应较大。[结论] 为水稻杂种优势研究和利用提供理论依据。

关键词 水稻；恢复系；野败型；恢复基因

中图分类号 S511 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）05-027-02

Analysis of the Genetic Mode of Restorer Genes Rf3 and Rf4 for the WA-CMS System in Rice

CAI Jian1， CAI Kunpeng2， FAN Kezhang1，LU Liangfeng3*

（1.School of Biotechnology and Food Engineering， Fuyang Teachers College， Fuyang， Anhui 236041；2.School of Information Engineering， Wuyi University， Tianmen， Guangdong 529020； 3.School of Modern Agricultural Engineering， Henan Vocational College of Agricultural， Zhongmu Henan 451450）

Abstract [Objective] To analyze the genetic mode of restorer genes Rf3 and Rf4 for the WACMS system.[Method] The BC3F2 population， possessing the genetic background of the SSSLW2307060109， was generated from the crosses between the SSSLW2307060109（recurent parent） and the WA CMS line of BobaiA by backcrossing and markerassisted selection. In the BC3F2 population， the plants carrying the Rf3Rf3/Rf4Rf4 、rf3rf3/Rf4Rf genotype were selected， their phenotyping for fertility in pollen and spikelet were evaluated.[Result] The results showed that two pairs of dominant genes governed restoration of pollen fertility restoration， and some modifying or minor genes were involved in the inheritance of restorer ability besides Rf3 or Rf4 in SSSLW2307060109， indicating that the genetic mode of Rf genes showed a qualitativequantitative characteristic for WA and DACMS system.[Conclusion]The study provided a theoretical basis for the study and use of heterosis in rice.

Key words Rice； Restorer line； Wild abortive （WA）； Restorer gene

基金项目 安徽省高校省级自然科学基金重点项目（KJ2014A194）。

作者简介

蔡健（1968- ），男，安徽阜阳人，教授，博士，从事水稻遗传育种和优质高产栽培技术研究。*通讯作者，副教授，从事小麦细胞质雄性不育性的应用研究和遗传学教学工作。

收稿日期 20141219

细胞质雄性不育（Cytoplasmic male sterility，CMS）類型主要指核质互作型雄性不育，是水稻杂种优势利用的基础。野败型核质互作雄性不育（WACMS）为孢子体不育，是目前我国应用最主要的水稻不育系类型。在野败型细胞质雄性不育性的遗传研究方面，Yao 等[1]利用珍汕97A和明恢63的F2群体将Rf3定位于第1染色体的分子标记RG532附近，还将另一个恢复基因Rf（u）定位于第10染色体，与分子标记G4003连锁，且认为Rf（u）的效应大于Rf3。Tan 等[2]用QTL作图研究了野败型细胞质雄性不育的遗传，结果表明，水稻野败型细胞质雄性不育的育性由第10染色体上两恢复位点的加性效应恢复，一个QTL 与C1361紧密连锁，另一个QTL位于R2309和RG257之间。庄杰云等[3]应用QTL分析方法，定位控制水稻CMS-WA育性恢复基因，检测到 1个主效基因qRf-4和3个效应较小的QTL （qRf1、qRf7和qRf11），它们之间主要表现累加效应。张群宇等[4]为了用分子标记准确定位野败型水稻细胞质雄性不育恢复基因Rf-4，将日本水稻基因组项目构建的水稻遗传连锁图谱第10染色体分子遗传图上的分子标记R1877和G2155之间对应区域YAC物理图上的6个YAC克隆进行了亚克隆，并把Rf-4座位定位于第10染色体的特定位置：亚克隆Y328距离Rf-4 0.9 cM，亚克隆Y1210距离Rf4 3. 2 cM。Sheeba 等[5] 利用IR58025A和恢复系KMR3RF2群体将恢复基因Rf4定位于第10染色体上，与SSR标记RM6100的遗传距离为1.2cM。Ngangkham 等[6]利用野败型不育系Pusa6A和BasmatiPRR78的F2群体，将恢复基因Rf4定位于第10染色体上，与SSR标记RM6373和RM6100的遗传距离分别为0.3和0.5 cM，这2个标记间的物理距离为163.6kb。

笔者以野败型不育系博白A 为母本，恢复系SSSLW2307060109（Rf3Rf3/Rf4Rf4）为父本杂交，采用分子标记辅助选择和连续回交的方法构建BC3F2群体，从中选择携带基因型Rf3Rf3/Rf4Rf4的单株，考察其花粉和小穗育性，以研究恢复系SSSLW2307060109中的恢复基因Rf3和Rf4对于野败型不育细胞质的遗传模式，进而为水稻杂种优势研究和利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为恢复系SSSLW2307060109、野败型不育系博白A（BoA），所有试验材料及其杂交后代均种植于阜阳市农科院试验场。

1.2 DNA的抽提

试验材料及其杂交后代的DNA抽提参照Murray等[7]的CTAB方法，并略作修改。

1.3 微卫星标记分析

微卫星标记的检测方法按Li 等[8]的方法进行。恢复基因鉴定：利用McCouch 等[9]设计的与恢复基因两侧紧密连锁 （<5 cM）的微卫星标记 （SSR）RM1，RM220，RM304，RM5373，RM258，筛选目标基因。PCR扩增按照Panaud 等[10] 的方法进行，PCR扩增产物用6%聚丙烯酰胺凝胶电泳，0.1%AgNO3溶液染色。

1.4 BC3F2群体的育性检测

采用分子标记从BC3F2群体中筛选携带基因型Rf3Rf3/Rf4Rf4的单株，对这些单株进行花粉、小穗育性观察，育性观察参照张桂权等[11]方法进行。

1.5 数据处理与分析

采用EXCEL及SPSS13.0统计软件对试验数据进行统计分析。计算方差及多重比较时，先将各组合花粉和小穗育性的百分率作反正弦（sin-1√%）转换。

2 结果与分析

2.1 SSSLW2307060109与BoA组配BC3F2单株育性

表1显示，SSSLW2307060109与BoA组配BC3F2群体中，基因型 Rf3Rf3/Rf4Rf4 对育性的恢复性表现为：可育花粉率、自然结实率分别为85.7%、92.6%，变幅分别为71.6%～94.7%、64.2%～98.7%；基因型Rf3Rf3/Rf4Rf4对育性的恢复性表现为：可育花粉率、自然结实率分别为47.1%、68.5%，变幅分别为42.1%～49.3%、53.4%～77.5%。

2.2 SSSLW2307060109恢复性的遗传分析

BC3F2群体中携带基因型Rf3Rf3/Rf4Rf4、Rf3Rf3/Rf4Rf4植株的花粉育性分布见图 1。图1显示，携带基因型Rf3Rf3/Rf4Rf4植株的花粉和小穗育性分布呈连续性单峰分布，花粉育性分布为 71.6%～94.7%，平均为85.7%，小穗育性分布为 64.2%～98.7%，平均为92.6%；携带基因型Rf3Rf3/Rf4Rf4植株的花粉和小穗育性分布呈连续性单峰分布，花粉育性分布为42.1%～49.3%，平均为47.1%，小穗育性分布为 53.4%～77.5%，平均为68.5%。说明恢复系SSSLW2307060109对于BoA 的恢复性除主效恢复基因Rf3和Rf4外，微效基因或者修饰基因也表现出对于博白A的恢复性作用，且效應较大。

注：A、B.来自基因型为Rf3Rf3/Rf4Rf4的小穗和花粉育性分布；C、D.来自基因型为Rf3Rf3/Rf4Rf4的小穗和花粉育性分布。

3 结论与讨论

田郎[12]利用3个同核异质雄性不育系分别与恢复系“古223”和“IR24”杂交的F1、F2、B1、B2及保持恢复系的杂交组合与不育系测交，发现恢复系为“古223”时，以花粉可育率和田间结实率为指标，“汕A”（即“珍汕97A”）、“G汕A”和“WA汕A”3个不育系的育性恢复均受2对独立主效基因控制，恢复系为“IR24”时，以花粉可育率为指标时，“D汕A”和“WA汕A”的育性均受3对基因控制，其中1对独立，另外2对相互连锁，连锁基因间的交换值为25%；而“G汕A”的育性恢复仍受控于2对独立主效基因。以田间结实率为指标时，该3个不育系的育性恢复受2对独立主效基因的控制。傅爱军等[13]以花粉育性、田间结实率、套袋结实率为指标，认为F2虽呈双峰分布，但难以明确划分，表现为连续分布。蔡健等[14]研究认为恢复系SSSLW110902 对于野败型（WA）和矮败型（DA）的恢复性是由Rf3和Rf4 2个主效恢复基因控制，认为SSSLW110902对于WACMS和DACMS表现出质量性状的遗传。该研究中恢复系SSSLW2307060109中的恢复基因对于WA 型不育系博白A表现出质量-数量性状的遗传。在恢复系SSSLW2307060109中，除主效恢复基因Rf3和Rf4 外，微效基因或者修饰基因也表现出对于博白A的恢复性作用，且效应较大。该研究结果将为水稻杂种优势研究和利用提供理论依据。

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责任编辑 黄小燕 责任校对 况玲玲