[发明专利]紫花苜蓿细胞质雄性不育系cms4-10种质及其选育和繁殖方法

说明书

技术领域

本发明涉及豆科牧草和饲料作物遗传育种技术领域，尤其涉及紫花苜蓿细胞质雄性不育系cms4-10种质及其选育和繁殖方法。

背景技术

紫花苜蓿（Medicago sativa L.）是多年生同源四倍体和异花授粉植物，种质资源丰富，种类多且分布广，丰富的紫花苜蓿种质之间常发生基因交流和种质渐渗，使其遗传基础表现出相当大的异质性（王晓娟等. 基于RAPD的群体标记法分析苜蓿种质资源多样性. 植物研究. 2010. 30: 87-91.）。同时，由于紫花苜蓿异花授粉且互交可孕，从而产生了大量的遗传变异，这为紫花苜蓿育种工作中自然雄性不育突变体材料的筛选提供了有利条件（李晓霞等. 几个紫花苜蓿亚（变）种花粉和胚珠遗传变异分析. 中国农业科学. 2009. 42: 1911-1917.）。国内外学者对紫花苜蓿雄性不育系的研究已经历时40余年，已经获得了一些苜蓿雄性不育系，但因获得的不育系雌蕊育性低，杂交制种结实率低，在生产上很难大面积推广应用，因此选育优良的紫花苜蓿雄性不育系已经成为育种学家的一项重要工作。

目前，国内外紫花苜蓿杂种优势利用的花粉控制系统主要包括以下几种类型：细胞质雄性不育（cytoplasmic male sterility，CMS）、细胞核雄性不育（genetic male sterility，GMS）、核质互作雄性不育（cytoplasmic genetic male sterility，CGMS）、自交不亲和性（self-incompatibility，SI）和转基因雄性不育（transgenic male sterility），其中，细胞质雄性不育是紫花苜蓿杂种优势利用的重要途径（冯光辉等. 紫花苜蓿雄性不育机制及其杂交制种研究进展. 种子. 2011. 30: 55-59.）。细胞质雄性不育因其母性遗传的特性，不育性状可以通过母本细胞质基因的稳定遗传传给子代，能够找到保持系，为生产上雄性不育杂种优势的利用提供了依据。

1967年，Davis & Greenblatt（Davis WH, Greenblatt IM. Cytoplasmic male sterility in alfalfa. Journal of Heredity. 1967. 58: 301-305.）从多个苜蓿品种中筛选出完全雄性不育植株，经过和可育植株杂交后并多次回交，子代均表现出雄性不育，具有母系遗传特征，属于细胞质遗传，这也是首次在紫花苜蓿上报导细胞质雄性不育现象。随后Bradner & Childers（Bradner NR, Childers WR. Cytoplasmic male sterility in alfalfa. Canadian Journal of Plant Science. 1968. 48: 111-112.）在苜蓿品种Ontario中发现花粉败育率高达95%的不育植株，并命名为Oms-5，遗传试验证实该不育株属于细胞质雄性不育类型。Stucker & Pedersen（Pedersen MW, Stucker RE. Evidence of cytoplasmic male sterility in alfalfa. Crop Science. 1969. 9: 767-770.）也相继在苜蓿品种DuPuits中发现和报导了细胞质雄性不育突变体。Goldberg（Goldberg RB. Plants: novel developmental processes. Science. 1988. 240: 1460-1467.）进行了紫花苜蓿雄性不育的遗传转化，将带有绒毡层启动子pTA29的核糖核酸酶（Barnase）基因转入苜蓿并获得了转基因植株。Rosellini等（Rosellini D, Ferranti F, Barone P, Veronesiet F. Characterization of transgenic male sterility in alfalfa. Euphytica. 2001. 118: 313-319.）进一步对该转基因雄性不育株的遗传特性进行分析时发现，与正常苜蓿植株相比较，转pTA29-barnase的雄性不育株减数分裂阶段花粉较小，出现绒毡层变薄和细胞真空化现象，而且细胞质会出现不同程度的降解，这直接导致了小花过早弹开和花粉萌发率的降低。但是，这些研究成果仅仅限于资源研究阶段，离实际应用还相差甚远。