專利名稱：谷子細(xì)胞核顯性基因互作雄性不育系的選育繁殖制種技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于谷子雜種優(yōu)勢利用領(lǐng)域。
目前國外尚無谷子雜種優(yōu)勢研究和應(yīng)用的報導(dǎo)。國內(nèi)于六十年代中期開始谷子雜種優(yōu)勢利用研究，主要是通過選育核質(zhì)互作的雄性不育系、雄性不育保持系和雄性不育恢復(fù)系，實(shí)現(xiàn)“三系配套”制種來達(dá)到利用谷子雜種優(yōu)勢的目的，但由于核質(zhì)互作的“三系”選育難度大，迄今未獲成功。七十年代以后國內(nèi)相繼育成“延安竹葉青”、“蒜系28”等40多份谷子雄性不育系，但都是隱性核不育，至今未找到保持系而無法在生產(chǎn)上應(yīng)用。生產(chǎn)上雖試用過“兩系法”制種，但不育系的不育度低而不穩(wěn)定，不育度下降得快，直接影響雜交種純度;生產(chǎn)田中需要“去偽存真”，不但容易造成缺苗，直接影響產(chǎn)量，且費(fèi)事、費(fèi)工、費(fèi)時;恢復(fù)系又受苗色的限制，不易選出強(qiáng)優(yōu)勢組合，因此推廣速度緩慢，據(jù)1989年統(tǒng)計，兩系雜交種除零星試種外仍沒有面積。
本發(fā)明的目的是要選育出穩(wěn)定不育率為100%，不育度在99%以上的谷子雄性不育系，提高制種效益，簡化大田生產(chǎn)應(yīng)用手續(xù)的谷子雜種優(yōu)勢利用新技術(shù)，最終配制出強(qiáng)優(yōu)勢的雜交種。
本發(fā)明是在澳大利亞谷和吐魯番谷雜交得到的“78182”顯性核不育系中，首次發(fā)現(xiàn)顯性核不育基因Ms與顯性上位可育基因G互作遺傳規(guī)律，并由“78182”不育系育成顯性核不育純合一型系和顯性核不育同型可育系，由“澳大利亞谷×吐魯番谷”后代可育株中育成顯性核不育純合上位系。通過顯性核不育純合一型系和顯性核不育同型可育系雜交，配制出顯性核不育雜合一型系。再通過顯性核不育雜合一型系與顯性核不育純合上位系雜交，配制出雜交種。具體選育、繁殖、制種方法如下(1)從“澳大利亞谷×吐魯番谷”的雜交后代中，選出“78182”原始不育株，經(jīng)用原父本吐魯番谷連續(xù)回交七代，育成“78182”顯性核不育系?！?8182”顯性核不育系是一個1(不育)∶1(可育)群體，其不育性受細(xì)胞核中的兩對顯性基因Ms_和G_互作遺傳控制的;其不育株是一種雜合不育株。
(2)利用“78182”雜合不育株為母本，用“澳大利亞谷×吐魯番谷”后代可育株為父本進(jìn)行大量測交，篩選出對“78182”不育性具有全恢能力的顯性核不育純合上位系“78181-5”，它的育性不分離，為100%可育。
(3)“78182”雜合不育株在低緯度的海南島可以部分自交結(jié)實(shí)，自交后代的育性分離為3(不育)∶1(可育)，稱之為“3∶1群體”;利用“3∶1群體”在海南島自交，選出顯性核不育純合一型系和顯性核不育同型可育系，前者不育率為100%，不育度為99.4%，后者為100%可育，育性不再分離。
(4)用顯性核不育純合一型系與顯性核不育同型可育系雜交，繁殖顯性核不育雜合一型系，其不育率為100%，不育度為99.4%，即得到制種用的細(xì)胞核顯性基因互作雄性不育系。
(5)用顯性核不育雜合一型系與顯性核不育純合上位系雜交，配制出供生產(chǎn)田用的F1雜交種，其育性為100%可育。
本發(fā)明的實(shí)體是顯性核不育純合一型系、顯性核不育同型可育系與顯性核不育純合上位系的選育，顯性核不育雜合一型系的繁殖和F雜交種的配制三個環(huán)節(jié)。其優(yōu)點(diǎn)是1、不育率高用來制種的母本不育系是顯性核不育雜合一型系，它由純合一型系與同型可育系雜交而來，不育率達(dá)100%，不育度達(dá)99.4%，從而保證了制種純度。
2、顯性核不育純合上位系“78181-5”的恢復(fù)力強(qiáng)，恢復(fù)率可達(dá)100%，恢復(fù)度達(dá)90%以上，有利于提高雜交種的產(chǎn)量。
3、制種效益高繁殖一畝顯性核不育純合一型系，配制出的雜交種，可供幾十萬畝生產(chǎn)田用種。
4、省工、省時顯性核不育雜合一型系的繁殖、F1雜交種的配制，都不需拔除50%可育株;生產(chǎn)田中也不需要象“兩系”雜交種那樣，通過間苗剔除假雜種株，因此簡化了應(yīng)用手續(xù)。
另外，本發(fā)明既不同于核質(zhì)互作“三系配套”，又不同于隱性核不育的“兩系法”，因此為谷子雜優(yōu)利用開辟了一條新途徑。


圖1為谷子細(xì)胞核顯性基因互作雄性不育系的選育、繁殖、制種程序和遺傳模式。
圖2為顯性核不育基因Ms與顯性上位基因G互作連鎖遺傳模式。
圖3為谷子細(xì)胞核顯性基因互作雄性不育系應(yīng)用方案。
圖4為顯性核不育純合一型系和顯性核不育同型可育系的選育程序。
圖5為顯性核不育雜合一型系的繁殖和F1雜交種的配制程序及遺傳模式。
圖6為谷子細(xì)胞核顯性基因互作雄性不育系的選育和配套程序。
Ms代表顯性核不育基因，ms代表隱性可育基因，G代表顯性上位可育基因，g代表隱性不育基因。
本發(fā)明實(shí)施例如下本發(fā)明的內(nèi)容包括谷子細(xì)胞核顯性基因互作雄性不育性的遺傳規(guī)律，顯性核不育純合一型系、顯性核不育同型可育系和顯性核不育純合上位系的選育及其遺傳模式，顯性核不育雜合一型系和F1雜交種的配制及其遺傳模式。
一、谷子細(xì)胞核顯性基因互作雄性不育性的遺傳規(guī)律1976年，組配了“澳大利亞谷×吐魯番谷”的雜交組合，1978年在其后代中得“78182”不育材料。經(jīng)七個遺傳世代的研究發(fā)現(xiàn)1、在赤峰不育株套袋自交不結(jié)實(shí)，雜交F1就出現(xiàn)育性分離。2、不育株無論是測交、回交、姐妹交、自由授粉，后代育性都呈1(不育)∶1(可育)分離。3、不育株花藥大小正常，桔黃色，鏡檢花藥內(nèi)含正常園形飽滿可染花粉，但花藥始終不開裂、不散粉;而在低緯度地區(qū)(如湛江、通什、三亞)花藥部分開裂，能收到6%左右的自交種子。自交后代育性呈3(不育)∶1(可育)分離。4、可育株育性穩(wěn)定不分離。5、育性沒有中間類型。因此確認(rèn)，其育性是受核內(nèi)顯性雄性不育基因Ms控制的。顯性核不育基因的發(fā)現(xiàn)已于1984年11月通過省級鑒定，現(xiàn)已得到學(xué)術(shù)界的一致公認(rèn)。
(一)谷子細(xì)胞核顯性基因互作遺傳規(guī)律的發(fā)現(xiàn)(1)通過原組合的反交(“吐魯番谷×澳大利亞谷”)，F(xiàn)2出現(xiàn)不育，不育株經(jīng)自交、回交、姐妹交，后代育性也呈1∶1分離(見表1)，這說明“澳大利亞谷×吐魯番谷”出現(xiàn)的不育性是典型的核不育，它與澳大利亞的細(xì)胞質(zhì)無關(guān)，僅受細(xì)胞核顯性不育基因所決定。
(2)由細(xì)胞核顯性單基因控制的顯性核不育性一般是找不到恢復(fù)系的?！?8182”不育系先后和500個谷子普通品種測交，F(xiàn)1的育性都呈1(不育)∶1(可育)分離。1979年用“78182”不育株和“澳大利亞谷×吐魯番谷”后代的大量可育株測交發(fā)現(xiàn)，“78181-5”對其不育性具有全恢能力(恢復(fù)株率達(dá)100%，恢復(fù)度達(dá)90%以上)，以后多次重復(fù)測配都得到相同的結(jié)果(見表2)，從而為“78182”顯性核不育找到一個特殊的“恢復(fù)源”。由于有“78181-5”的存在說明“78182”的不育性不僅是受一對顯性不育基因Ms的控制，同時還受另一對顯性上位基因GG的控制。
(3)不育基因的來源在谷子“三系配套”育種中曾做了大量的品種間雜交組合，都少見不育出現(xiàn)。但凡以澳大利亞谷為親本的組合，如澳×小紅苗、澳×金鋃玉、澳×304、澳×羅5、澳×張選76-52-2、澳×格維賽夫斯基等都出現(xiàn)不育?，F(xiàn)已確認(rèn)，澳×小紅苗出現(xiàn)的不育也是顯性核不育。河北張家口地區(qū)農(nóng)科所也用澳大利亞谷作母本，與中衛(wèi)竹葉青、吐魯番谷等三個品種雜交，都出現(xiàn)不育，“澳衛(wèi)”不育系經(jīng)多代研究也已確認(rèn)為顯性核不育。1988年重復(fù)配制了“澳大利亞谷×吐魯番谷”原組合，F(xiàn)2重復(fù)出現(xiàn)不育株，經(jīng)測交、回交、姐妹交驗(yàn)證，也是顯性核不育。因此認(rèn)為“Ms”顯性核不育基因來源原組合的母本，澳大利亞谷。
(4)上位基因的來源用“78182”不育株先后與500個谷子普通品種測交，都沒有找到“恢復(fù)”系，而“78181-5”是來自原組合的姐妹系中。之后又用“78182”不育株與原母本澳大利亞谷測交發(fā)現(xiàn)F1全恢復(fù)(見表3)。因此，認(rèn)為上位基因G也是來源于母本澳大利亞谷中。
(5)為探索“Ms”的遺傳機(jī)制，曾先后三次用“78182”不育株與“78181-5”雜交，觀察了14個雜交對后代(F1-F3)的遺傳表現(xiàn)。三次重復(fù)14個雜交成對后代的表現(xiàn)基本一致。其F1育性不分離，全部可育。F2出現(xiàn)育性分離，分離行與不分離行之比大致為1∶1;不分離行的育性不再分離，全部可育;分離行的育性有四種表現(xiàn)①全可育。②只出現(xiàn)少量不育株，約占總株數(shù)的5%。③可育株與不育株之比介于13∶3和3∶1之間。④典型的3∶1分離。經(jīng)卡平方測驗(yàn)合乎全可育，21.3∶1，3.04∶1和3∶1。其行比為1∶1∶1∶1。F3(F2中的可育株自交)也出現(xiàn)以上四種情況的分離。此外，F(xiàn)2中的可育株與不育株測交，后代出現(xiàn)全可育、3∶1、2.66∶1、1.01∶1、1∶1五種情況的分離。
因此認(rèn)為顯性不育基因和顯性上位基因都來自同一母本，位于同一染色體的不同位點(diǎn)上?！?8182”的育性是受二對顯性連鎖基因Ms和GG上位互作控制的。其中Ms是顯性不育基因，GG是顯性上位基因，后者能抑制不育基因的表達(dá)，從而使不育性恢復(fù)可育。上述結(jié)果中只出現(xiàn)少量不育株的株行乃是連鎖交換的結(jié)果，如此算得交換率為9.4%。
母本澳大利亞谷歷代自交，從未出現(xiàn)過不育株，本身可育，只有和別的品種雜交，通過基因重組才出現(xiàn)不育現(xiàn)象，這和上述討論結(jié)果吻合。
至此，發(fā)現(xiàn)了顯性核不育基因Ms與顯性上位基因G互作連鎖遺傳規(guī)律。通過這一遺傳規(guī)律提出谷子細(xì)胞核顯性基因互作雄性不育系的應(yīng)用技術(shù)。本技術(shù)包括谷子細(xì)胞核顯性基因互作雄性不育系應(yīng)用方案，顯性核不育純合一型系、顯性核不育同型可育系、顯性核不育純合上位系的選育，顯性核不育雜合一型系的繁殖和F1雜交種的配制。
二、谷子細(xì)胞核顯性基因互作雄性不育系的應(yīng)用技術(shù)及遺傳模式(1)顯性核不育純合一型系的選育在研究中得到了雜合兩型系(50%雜合不育株∶50%隱性純合可育株，基因型為gMs/gms∶gms/gms)和純合兩型系(50%純合不育株∶50%顯性雜合可育株，基因型為gMs/gMs∶GMs/gMs)。但在用這兩種兩型系配制顯性核不育雜合一型系(制種的母本不育系)時，都要拔除50%的可育株，然而谷子是強(qiáng)自花授粉密植作物(一般每畝3萬株以上)，這種拔除工作是無法進(jìn)行的。故顯性核不育純合一型系的選育和獲得是本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)。
1988年冬在三亞種植Ch-吐(“78182”原始不育系)、Ch-85、Ch-76154、Ch-672142的“3(不育)∶1(可育)”群體，得到一批Ch-吐的自交后代和相應(yīng)的隱性測交后代，得到一批Ch-85、Ch-76154、Ch-672142的自交后代。1989年冬繁種殖以上自交、測交種子，在Ch-吐不育系中得到11個系行，S1的育性為100%不育，相應(yīng)的隱性測交F1的育性也是100%不育;在Ch-85中得到4個系行、Ch-76154中得到5個系行、Ch-672142中得到3個系行的S1的育性為100%不育。后三個不育系雖然沒有測交F1作驗(yàn)證，但S1群體株數(shù)已大大超過統(tǒng)計學(xué)上的要求(見表4)。因?yàn)橹挥屑兒喜挥曜越缓蟠挠圆攀?00%不育，而雜合不育株自交后代育性要出現(xiàn)3(不育)∶1(可育)分離，會有可育株出現(xiàn);也只有純合不育株進(jìn)行隱性測交，F(xiàn)1的育性才是100%不育，而雜合不育株進(jìn)行隱性測交，F(xiàn)1育性要出現(xiàn)1∶1分離，也會出現(xiàn)可育株。因此，這些系行應(yīng)是顯性核不育純合一型系。這里“78182”不育系是在赤峰發(fā)現(xiàn)的，因此稱赤型谷子顯性核不育，簡稱“Ch-”(下同)。
1990年冬，在海南島三亞進(jìn)一步證實(shí)了1989年得到的顯性核不育純合一型系的穩(wěn)定性，結(jié)果見表5。
(2)顯性核不育同型可育系的選育“78182”不育株(雜型)自交“3(不育)∶1(可育)”群體中的1/4隱性純合可育株，在赤峰自交繁殖，得到的就是顯性核不育同型可育系。這種同型可育系和純合一型系是孿生關(guān)系，它們的表型完全一致，僅基因型不同，表現(xiàn)100%可育;它和純合一型系雜交，得到的雜合一型系是100%不育。目前，Ch-吐、Ch-85、Ch-76154、Ch-672142不育系都已得到這種顯性核不育同型可育系。
(3)顯性核不育純合上位系的選育利用“78182”雜合不育株為母本，用“澳大利亞谷×吐魯番谷”后代可育株為父本進(jìn)行大量測交，篩選出對“78182”不育性具有全恢能力的顯性核不育純合上位系“78181-5”，它的育性不分離，為100%可育。
“78182”顯性不育系曾和400多個品種測交，都未找到恢復(fù)系，但在原組合后代可育株中找到“78181-5”單株對“Ch”的不育性具有全恢復(fù)能力(恢復(fù)率達(dá)100%，恢復(fù)度達(dá)90%以上)。經(jīng)多代重復(fù)測配，恢復(fù)力穩(wěn)定。經(jīng)多代自交，性狀正齊一致，花粉量大，是一個優(yōu)良的恢復(fù)系(見表2)。
以“78181-5”作恢復(fù)源，進(jìn)行上位系的轉(zhuǎn)育工作①用“78181-5”與被轉(zhuǎn)育的普通品種去雄作正反交，F(xiàn)1育性正常，F(xiàn)2通過基因重組，群體中將會出現(xiàn)“G_/G_”基因型的植株。用“78182”不育株作母本，與F2可育株進(jìn)行測交，測交F1全可育，則被測的F2可育單株就是一個恢復(fù)材料，經(jīng)系統(tǒng)選育，性狀隱定之后，就得到一個新的上位系。由此法已選出20份新的上位系。上位系的轉(zhuǎn)育工作，實(shí)質(zhì)上就是轉(zhuǎn)育一對顯性上位基因GG，實(shí)踐證明這種轉(zhuǎn)育工作已獲得成功。通過這種轉(zhuǎn)育方法，正交組合可以得到與不育系相同細(xì)胞質(zhì)的上位系;反交組合可以得到與不育系不同細(xì)胞質(zhì)的上位系。
②用不育系作母本與“78181-5”雜交(不去雄)，F(xiàn)1全可育，F(xiàn)2育性分離。將分離比為3(可育)∶1(不育)的株行進(jìn)行行內(nèi)兄妹交。兄妹交后代育性有兩種表現(xiàn)一種是1∶1，就得到一種“純合兩型系”;一種是全可育，則相應(yīng)的兄妹交父本可育株就是恢復(fù)株，經(jīng)繁殖就得到新的上位系。通過這種轉(zhuǎn)育方法，已轉(zhuǎn)育成“G2”等新的上位系，并且已經(jīng)用來選配優(yōu)勢組合。
(4)顯性核不育雜合一型系的繁殖用顯性核不育純合一型系與顯性核不育同型可育系雜交，就可繁殖出顯性核不育雜合一型系，即制種用的母本不育系。1988、1989年配制的顯性核不育雜合一型系，經(jīng)1989年赤峰和海南兩次異地鑒定，其不育株率達(dá)100%，不育度在赤峰達(dá)99%以上(見表6)，達(dá)到制種母本不育系的要求。
(5)F1雜交種的配制用顯性核不育雜合一型系與顯性核不育純合上位系雜交，就可配制出供生產(chǎn)田用種的F1。1988、1989年配制的F1雜交種經(jīng)1989年兩次異地鑒定，其恢復(fù)株率達(dá)100%，恢復(fù)度達(dá)90%以上(見表7)。
(6)本發(fā)明技術(shù)中顯性核不育純合一型系的繁殖要在海南進(jìn)行，給工作帶來一定困難，但鑒于制種系本身和谷子繁殖系大，生產(chǎn)田用種量小的優(yōu)點(diǎn)，在海南繁殖一畝顯性核不育純合一型系和顯性核不育同型可育系雜交，配制出顯性核不育雜合一型系用于制種，制出的雜交種可供幾十萬畝大田用種，制種效率高(見表8)。
谷子細(xì)胞核顯性基因互作雄性不育系的基因系列見表9。

表9谷子細(xì)胞核顯性基因互作雄性不育系的基因系列(1)“78182”不育系gMs/gms∶gms/gms1∶1群體(2)顯性核不育純合一型系gMs/gMs(3)顯性核不育同型可育系gms/gms(4)顯性核不育雜合一型系gMs/gms(5)顯性核不育純合上位系GMs/GMsGMs/gmsGms/Gms(6)雜交種G_/g_(7)顯性核不育雜合一型系與顯性核不育純合上位系雜交基因分離圖
權(quán)利要求
1.一種谷子細(xì)胞核顯性基因互作雄性不育系的選育繁殖制種技術(shù)，其特征在于由顯性核不育純合一型系、顯性核不育同型可育系和顯性核不育純合上位系組成，由以下步驟來實(shí)現(xiàn)(1)從“澳大利亞谷×吐魯番谷”的雜交后代中，選出“78182”原始不育株，經(jīng)用原父本吐魯番谷連續(xù)回交七代，育成“78182”顯性核不育系；(2)利用“78182”雜合不育株為母本，用“澳大利亞谷×吐魯番谷”后代可育株為父本進(jìn)行大量測交，篩選出對“78182”不育性具有全恢復(fù)能力的顯性核不育純合上位系“78181-5”，它的育性不分離，為100%可育；(3)“78182”雜合不育株在低緯度的海南島可以部分自交結(jié)實(shí)，自交后代的育性分離為3(不育)∶1(可育)，稱之為“3∶1群體”；利用“3∶1群體”在海南島自交，選出顯性核不育純合一型系和顯性核不育同型可育系，前者不育率為100%，不育度為99.4%，后者為100%可育，育性不再分離；(4)用顯性核不育純合一型系與顯性核不育同型可育系雜交，繁殖顯性核不育雜合一型系，其不育率為100%，不育度為99.4%；(5)用顯性核不育雜合一型系與顯性核不育純合上位系雜交，配制出供生產(chǎn)田用的F1雜交種，其育性為100%可育。
全文摘要
從“澳大利亞谷×吐魯番谷”的雜交后代中，選出“78182”顯性核不育系，通過大量測交，在原組合后代可育株中選出對“78182”不育性具有全恢能力的顯性核不育純合上位系“78181-5”。通過“78182”不育株連續(xù)在海南自交，獲得顯性核不育純合一型系和顯性核不育同型可育系，后兩者雜交配制出顯性核不育雜合一型系。最后用顯性核不育雜合一型系與顯性核不育純合上位系雜交，即成功地配出全可育的F
文檔編號A01H1/02GK1047186SQ9010346
公開日1990年11月28日 申請日期1990年7月11日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月11日
發(fā)明者胡洪凱, 石艷華, 王朝斌, 趙虎臣, 韓文奎 申請人:內(nèi)蒙古赤峰市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所