一种利用植物雄性不育材料进行回交育种的方法及应用技术

为了在多系品种的培育中提高不同品系培育所需回交工作的效率，本发明专利技术提供了一种利用植物雄性不育材料进行回交育种的方法及应用，向多系品种背景亲本导入核隐性雄性不育基因并用以辅助回交选育的技术方案，本发明专利技术提供的技术方案可大幅度减轻田间人工杂交的工作量，进而使得扩大回交群体规模变得较为容易，从而提高回交育种的工作效率，缩短育种年限。本发明专利技术的提供的方法有助于推动多系品种的培育。

【技术实现步骤摘要】
一种利用植物雄性不育材料进行回交育种的方法及应用
本专利技术属于植物育种
，涉及一种利用植物雄性不育材料进行回交育种的方法及其在多系品种培育中的应用。
技术介绍
随着大量植物有利性状控制基因(或遗传位点)的鉴定及克隆，对这些基因(或遗传位点)进行育种应用已经成为当前育种的主要任务。对已知基因(或遗传位点)进行育种利用主要通过分子标记辅助选择方法进行，目前的主流做法是将少数几个有利基因通过分子标记辅助选择聚合于某个品种中，而随着有利基因的数量增加，将之聚合于一个品种变得十分困难，如果欲将位于相同染色体上的不同基因聚集于一个品种更是难上加难。而培育多系品种则可绕开这些困难，又可达到类似聚合多个有利基因的效果。多系品种是将不同品系以一定比例混合而成的品种。组成多系品种的不同品系可以是近等基因系，也可以是肉眼可见农艺性状无明显差异但相互之间遗传差异比近等基因系之间要大一些的品系。多系品种培育的核心步骤在于其组成的不同品系的培育，这些遗传背景和农艺性状几乎一致但各自具有不同特异优良性状的多个品系一般通过回交方法选育而来。多系品种不同品系的培育因涉及多个基因的分子标记辅助回交育种，对于不易去雄的作物，进行杂交时去雄工作需耗费大量劳力，需收获较多杂交种时这种情况更加严重，使得多个基因的回交导入工作变得十分困难，育种周期较长，这限制了多系品种的培育。因此，实践中需要一种提高工作效率的方法，以加快多系品种的选育进程。植物雄性不育在生产中往往用于避免自交，例如应用于杂种优势利用和轮回选择。植物中自然产生或通过诱变发生的雄性不育一般分为细胞质雄性不育和核雄性不育两种类型，与细胞质雄性不育相比，核雄性不育更为普遍，而核雄性不育中，又以隐性雄性不育最为常见，迄今为止在不同作物中鉴定了很多隐性雄性不育基因。由于十分易于创制，遗传育种领域研究者在积极挖掘隐性雄性不育基因的用途，不过与细胞质雄性不育已广泛应用于杂种生产相比，核隐性不育真正应用于生产的较少。目前为止，核雄性不育仅被应用于轮回选择和作为新一代杂种生产技术的SPT(seedproduction)技术中，且未大范围推广应用。
技术实现思路
本专利技术旨在针对现有植物多系品种培育工作量大、效率低下的缺点，提出一种利用植物雄性不育材料进行回交育种的方法及应用，在多系品种不同品系的培育过程中引入一种雄性不育系，将其应用于回交选育过程，可大幅度减少去雄工作的劳力耗费，并且易于增加杂交种数量从而增加目标单株的出现概率进而缩短育种进程，提高效率。为了实现上述技术目的，本专利技术是通过如下技术方案实现的：第一方面，本专利技术提供了一种利用植物雄性不育材料进行回交育种的方法，包含如下步骤：1)将轮回亲本改造成不育性状受单个核隐性雄性不育基因座位控制的雄性不育株系；2)以步骤1)改造得到的轮回亲本不育株系为母本，以含有某种已知有利目的基因的供体亲本为父本进行杂交，获得杂交种F1；3)繁殖杂交种F1，以其为父本、轮回亲本不育株系为母本进行杂交，获得BC1F1种；4)繁殖BC1F1群体，选择肉眼可见农艺性状倾向于轮回亲本且含有供体亲本有利基因的可育或不育单株继续回交：当选择的单株为可育单株时，以其为父本、轮回亲本不育株系为母本进行杂交获得BC2F1种；当选择的单株为不育单株时，以其为母本、以原始轮回亲本或轮回亲本不育基因杂合可育株系为父本进行杂交获得BC2F1种；5)繁殖BC2F1群体，依照步骤4)回交的方法继续回交1次以上，获得BCnF1群体；6)在步骤5)最后一次回交获得的BCnF1群体中选择含有目的基因且肉眼可见农艺性状与轮回亲本无明显差异的可育株自交，收获其种子繁殖获得BCnF2分离群体，从中选择供体亲本有利基因纯合且不含不育基因的可育株即完成回交育种。优选地，所述植物为二倍体植物。通常，选定一个优良亲本作为背景亲本，将其定为回交改良的轮回亲本；优选地，步骤1)中，用于改造的方法包括：基因编辑技术、(传统)诱变育种技术和回交育种技术，更优选地，选择基因编辑技术。优选地，步骤1)中，控制雄性不育的核隐性雄性不育基因位点具有如下特点：其控制产生的不育株与正常可育株在田间易于识别；不会引起除雄性不育之外的农艺性状变化。优选地，步骤1)中所述的核隐性雄性不育基因与步骤2)中所述的有利目的基因处于不同的染色体上。更优选地，当向轮回亲本中导入的有利目的基因数量较多，应用一个雄性不育基因不能满足这一要求时，当引入与第一个雄性不育基因位于不同染色体的第二个雄性不育基因。优选地，轮回亲本不育株系通过收获不育基因为杂合的单株的种子进行繁殖或者通过利用纯合不育株的营养器官进行无性繁殖。例如，水稻可利用纯合不育株的稻桩进行无性繁殖。优选地，所述植物为水稻时，将TDR基因(MSU水稻基因组数据库基因编号为LOC_Os02g02820；RAP水稻基因组数据库编号为Os02g0120500)应用于轮回亲本的雄性不育改造。更优选地，通过CRISPR\Cas9系统介导的基因敲除技术敲除轮回亲本中具有正常功能的TDR基因从而获得雄性不育性状，方法参考中国专利技术专利202010401496.9。第二方面，本专利技术提供了前述利用植物雄性不育材料进行回交育种的方法的应用，即应用于多系品种的培育。优选地，上述多系品种指由两个以上近等基因系或两个以上肉眼可见农艺性状无明显差异的品系混合而成的植物品种。更优选地，上述多系品种的部分或全部品系通过前述利用植物雄性不育材料进行的回交育种方法选育而来。有益效果在生产呼唤多系品种而其培育进程缓慢的形势下，本专利技术提供了一种利用雄性不育材料进行回交育种的方法，并将这一方法应用于多系品种不同品系的培育，可大幅度减少了回交过程中人工杂交的工作量，使得本专利技术的实施者一方面可以同时进行更多有利基因的回交导入工作，另一方面可以扩大杂交规模以增加杂交种产量，从而增加后代分离群体的规模，提高农艺性状与轮回亲本接近的单株出现的概率，缩短回交育种进程，进而提高整个多系品种培育的效率，最终加速多系品种向市场推广的进程，这是本专利技术的第一个有益效果。本专利技术的第二个有益效果是，在应用本专利技术提供的方法培育得到多系品种的所有品系后，可以十分便利地将回交选育过程中使用的雄性不育株系与多系品种的不同品系杂交以合成轮回选择育种的初始群体，然后进一步进行轮回选择育种的操作，选育出满足某种需求的多系品种群体或从中分离纯系。附图说明图1：本专利技术中利用植物隐性雄性不育材料进行回交育种的过程示意图。图中A/a表示控制雄性不育的等位基因，A为野生型，a为突变型，突变基因纯合时植株表现雄性不育；B/b表示控制某一农艺性状的等位基因，B为有利等位基因(大写表示并不一定意味着为显性)，b为无对应有利功能的等位基因。基因符号全部大写或小写时表示该基因座位的两个等位基因是纯合的，而大写和小写并存时则表示杂合。图中虚线框内的内容表示3种回交方式。♀和♂分别表示杂交时作母本和父本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用植物雄性不育材料进行回交育种的方法，包含如下步骤：/n1)将轮回亲本改造成不育性状受单个核隐性雄性不育基因座位控制的雄性不育株系；/n2)以步骤1)改造得到的轮回亲本不育株系为母本，以含有某种已知有利目的基因的供体亲本为父本进行杂交，获得杂交种F

【技术特征摘要】
1.一种利用植物雄性不育材料进行回交育种的方法，包含如下步骤：
1)将轮回亲本改造成不育性状受单个核隐性雄性不育基因座位控制的雄性不育株系；
2)以步骤1)改造得到的轮回亲本不育株系为母本，以含有某种已知有利目的基因的供体亲本为父本进行杂交，获得杂交种F1；
3)繁殖杂交种F1，以其为父本、轮回亲本不育株系为母本进行杂交，获得BC1F1种；
4)繁殖BC1F1群体，选择肉眼可见农艺性状倾向于轮回亲本且含有供体亲本有利基因的可育或不育单株继续回交：
当选择的单株为可育株时，以其为父本、轮回亲本不育株系为母本进行杂交获得BC2F1种；
当选择的单株为不育株时，以其为母本、以原始轮回亲本或轮回亲本不育基因杂合可育株系为父本进行杂交获得BC2F1种；
5)繁殖BC2F1群体，依照步骤4)回交的方法继续回交1次以上，获得BCnF1群体；
6)在步骤5)最后一次回交获得的BCnF1群体中选择含有目的基因且肉眼可见农艺性状与轮回亲本无明显差异的可育株自交，收获其种子繁殖获得BCnF2分离群体，从中选择供体亲本有利基因纯合且不含不育基因的可育株即完成回交育种。


2.根据权利要求1所述的一种利用植物雄性不育材料进行回交育种的方法，其特征在于，所述植物为二倍体植物。


3.根据权利要求1所述的一种利用植物雄性不育材料进行回交育种的方法，其特征在于，步骤1)中，用于改造的方法包括：基因编辑技术、诱变育种技术和回交育种技术...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙起樟，黄永兰，万建林，王会民，芦明，唐秀英，朱雪晶，
申请(专利权)人：江西省超级水稻研究发展中心，
类型：发明
国别省市：江西;36