[发明专利]一种水稻雄性育性可控系的构建方法及育种方法

说明书

技术领域

本发明涉及植物基因工程技术领域，具体涉及一种条件诱导控制的水稻雄性育性可控系的基因工程育种及其杂交制种的方法。

技术背景

作物不同品种间的异花受粉产生的杂种可能在生长势、适应性、产量等方面具有优势。利用这些杂种优势可以提高农作物的产量、质量和抗性。水稻是一种雌雄同株的自花授粉植物，要生产杂交水稻种子，必须选育一个雄性不育的品系，让雌蕊接受来自异株的花粉。中国育种家利用普通野生稻(Oryza rufipogon)的天然雄性不育株（称为“野败”）为不育细胞质的供体，通过与栽培籼稻（O. sativa ssp. indica）杂交和回交育出三系杂交稻生产上所需的不育系、保持系和恢复系。利用不育系和恢复系做亲本杂交可省去除雄的操作，便于生产高纯度的杂交种子，因此有重要的生产应用价值（袁隆平. 1977. 中国农业科学. 1:27-31，Lin, and Yuan 1980. In: IRRI (eds) Innovative approaches to rice breeding. IRRI, Manila, p35–51）。在中国，已用野败不育细胞质培育了大量的三系杂交稻品种并大规模应用，产生了巨大的经济和社会效益（Cheng等, 2007， Ann. Bot., 100, 959-966)。

多种农作物如水稻、小麦、玉米、油菜等关于雄性不育性及其育性恢复性的研究已有许多报道，在生产上已大规模用于杂交种生产。不育系可分为细胞质不育基因控制的细胞质雄性不育（cytoplasmic male sterility，简称为CMS）和核不育基因控制的核不育（genic male sterility，简称为GMS）。从近年发展的基因学来说：细胞质雄性不育系的细胞质通常为携带不育基因的线粒体基因组，其不育基因的表达导致花粉不育；恢复系的核基因组中携带细胞质雄性不育恢复基因（restorer of fertility），简称为恢复基因或Rf基因，其花粉正常可育，可自交结实；保持系具有正常的可育细胞质，但其核基因组不携带有恢复功能的基因，花粉正常可育，可自交结实。生产上配套应用的“三系”中，保持系和不育系具有相同的核基因组，其差别是细胞质基因组不同。由于不同类型的植物细胞质雄性不育是由不育细胞质的线粒体基因组中的特异不育基因产生，其育性的恢复需要特异的恢复基因的作用（Schnable and Wise，1998，Trends Plant Sci. 3：175-180）。水稻细胞质雄性不育有多种类型，主要是：(1)野败型（wild abortive，简称WA型），属于孢子体不育；（2）包台（BT）型，属于配子体不育；（3）红莲（HL）型，属于配子体不育（朱英国，2000，水稻雄性不育的生物学，武汉大学出版社）。其中野败型不育系在“三系”杂交稻的应用最广泛。三系杂交稻育种体系对种质的遗传基础有特殊的要求，即不育系要有不育细胞质（线粒体基因组含有特别的不育基因），保持系要完全不含主效和微效恢复基因，而恢复系要携带主效和微效恢复基因。因此，三系杂交稻的三系培育所能利用的种质资源有限，育种难度较大，杂交配组的自由度不大，不育系和杂交种的繁殖和制种程序较繁琐。

在水稻也成功培育出基于光温敏不育系的二系杂交稻，并在生产中推广应用（朱英国，2000，水稻雄性不育的生物学，武汉大学出版社；Cheng等, 2007， Ann. Bot., 100, 959-966)。光温敏不育系是利用在短日低温的条件下雄性可育自交繁殖，在长日高温的条件下雄性不育，可作为母本与父本杂交制种。任何正常可育的父本的相关野生型育性基因都可以抑制光温敏不育性，杂交种在正常生长季节的花粉育性正常。因此二系杂交稻的父本的筛选配组的自由度较大。中国目前应用的二系杂交稻主要是以温敏不育为主。由于温敏不育系的雄性育性受温度控制，不育系繁殖需要在特定区域的特定季节（如海南省偏南地区的冬季）或特定条件（如深水库低温水灌溉）进行。更严重的问题是在制种季节的育性转换敏感期（一般是减数分裂期至小孢子发育期）遇到异常的低温天气（25℃或以下）会产生部分可育花粉，造成部分自交结实而降低杂种纯度，严重的情况下使杂交种达不到纯度标准而报废。因此，由于温度变化产生的制种风险是制约二系杂交稻发展的主要因素。