应用分子标记辅助选择培育广谱、高抗白叶枯病的杂交水稻恢复系

【摘要】： 分子标记辅助选择技术以其对目标基因快速而精确的选择为回交育种提供了非常有效的工具。本研究的目的就是通过分子标记辅助选择的手段，以杂交—回交的育种方法，将广谱高抗白叶枯病基因Xa21迅速导入到两个杂交稻恢复系之中，以改良其抗性，并对改良的效果进行综合评价。获得的主要研究结果如下： 1．用来自菲律宾、日本和我国的17个白叶枯病菌株对Xa21基因的供体亲本IRBB21和我国的两个优良杂交稻恢复系明恢63、6078及几个相关的杂交稻组合进行了抗性鉴定。结果表明，IRBB21除不抗日本的T_2菌系群外，对所有其它供试菌株均表现高抗，恢复系明恢63和6078对供试菌株多为中感，以明恢63或6078配组的杂交稻的抗性极差，而源于IRBB21的杂交稻的抗性与IRBB21基本相同，因而证实Xa21基因确为在我国极具应用价值的抗性基因，完全可以用于杂交水稻的白叶枯病抗性改良。 2．用200个单株的(明恢63／IRBB21)F_2群体制作了Xa21基因区间的分子标记遗传连锁图，找到了两个与Xa21基因共分离的PCR标记和两个分别位于Xa21基因两侧各3.0cM和0.8cM的标记，并将其中一个非PCR标记(RFLP标记)进行了转化，从而建立了对Xa21导入片段实施选择的以PCR技术为基础的分子标记辅助选择体系。 3．用354个RFLP标记对明恢63和IRBB21进行多态性分析，筛选出158个在两亲本间具多态性的分子标记，其中128个多态性RFLP标记均匀分布于水稻所有12条染色体上，标记间最大间隔不超过30cM，用于回交育种过程中对明恢63遗传背景实施选择。 4．针对明恢63的抗性改良，运用MAS在BC_2F_1中选择到Xa21导入片段长度小于3.8cM的单株，并通过上述128个多态性RFLP标记在BC_3F_1进行背景清理，得到了除Xa21基因区片段的背景基因型全为明恢63的两个单株。该单株自交后所选的Xa21抗病基因型纯合的个体即为改良型恢复系，命名为明恢63(Xa21)。 5．为优化背景选择用的分子标记，对RAPD、SSR、RAMP、AFLP和RFLP等分子标记技术进行了比较分析，认为AFLP标记的多态性比率最高，每一引物组合检出的多态性带数最多，重复性也很好，且在背景选择中的效果与RFLP一致，故更适于用作遗传背景选择。 6．针对6078的抗性改良，通过PCR和AFLP分析，在BC_1F_1中筛选到至少92.95％的遗传背景与6078相同的抗性单株；在BC_2F_1中筛选到至少97.67％的遗传背景与6078相同，且在Xa21一侧发生了重组的单交换单株；然后，经过PCR分析，在BC_3F_1中筛选1株双交换抗性单株，进而在BC_3F_2获得Xa21基因纯合的个体，命名为6078(Xa21)。 7．通过运用12个水稻白叶枯病菌株接种鉴定表明，改良型恢复系明恢63(Xa21)和6078(Xa21)的抗性较原恢复系显著提高，其抗谱和抗性水平与Xa21基因的供体亲本IRBB21相同，说明对恢复系的抗性改良获得成功。 8．通过与我国目前应用较广的5个不育系的配合力分析表明，改良型恢复系明恢63（Xa21） 和 6078（XaZ］）的配合力与原恢复系在 7个主要农艺性状上均无显著差异，说明分子标记辅 助的回交育种模式有效地降低了对被改良恢复系的遗传修饰，使其配合力没有受到影响。 9．改良型恢复系明恢 63（XaZI）和 6078（Xa21）及其所配杂种在无病害条件下的各种农 艺性状尤其是产量及产量构成因子与原恢复系及其所配杂种完全相同，而在白叶枯病重发条件 下，改良型恢复系及其所配杂种的产量及产量相关性状如穗粒数、千粒重和结实率等均得到显 著提高。 0 最后，基于本研究的一些结果和对本研究领域的一些理解，对杂交水稻白叶枯病抗性改良 的有关方面，包括杂交水稻对白叶枯病的抗性表达水平、杂交水稻白叶枯病抗性改良的对象选 择和育种策略等展开了初步的探讨，并对分于标记辅助选择在回交育种外的其他作物遗传育种 方向上的应用进行了简要的分析。