利用輪選修復提高玉米單倍體雄花自然加倍率的育種方法技術

本發明專利技術公開了利用輪選修復提高玉米單倍體雄花自然加倍率的育種方法，屬于玉米育種方法領域。本發明專利技術方法公開了組建優良基礎群體，然后用誘導系產生單倍體，加倍獲得DH系；再選擇性狀互補、散粉能力強的DH系雜交組配成新一輪群體，通過輪回選擇不斷提高單倍體雄花自然加倍率的育種方法。本發明專利技術方法可使玉米單倍體雄花自然加倍率顯著提高，第4輪自然加倍率最高可達90％以上；其次，本發明專利技術方法克服了單倍體育種技術瓶頸，可使DH系的選育效率比現在提升百倍以上；本發明專利技術方法還具有無毒、快捷、高效、環保等優點，完全擺脫現有的劇毒、繁瑣、低效的人工加倍方法；此外，本發明專利技術方法中每輪所選出的優良DH系中還可直接進入商業化育種程序。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于玉米育種方法領域，具體涉及到一種利用輪回選擇方法遺傳修復提高玉米單倍體雄花自然加倍率的育種方法
技術介紹
二十一世紀初，單倍體快速純合、分子標記輔助選擇、轉基因三大育種技術逐步得到世界各國玉米育種家的公認，并迅速得到全面應用。尤其雙單倍體育種技術因具有耗時短、成本低、純合程度高等常規系譜法無法比擬的突出優勢，在我國發展最為迅速，并廣泛應用于商業化育種，促進了我國玉米育種的跨越式發展。目前,通過規模化誘導批量獲得十萬玉米誘導單倍體籽粒已非難事，技術上已經相當成熟。但是，對獲得的誘導單倍體籽粒實施規模化加倍，批量獲得雙單倍體系(Double Haploid，簡稱為DH)則是最大的技術“瓶頸”，還沒有很好的解決方法。單倍體加倍方法主要有自然加倍和人工加倍兩種途徑。利用秋水仙素等化學藥劑處理根或芽(分生組織)等人工加倍方法，即使技術熟練者對個別容易加倍的玉米單倍體材料進行加倍，獲得的加倍率也僅達30％左右。但是人工加倍方法存在以下問題：首先是沒有理想的加倍藥劑，低毒化學藥劑作用效果差，難以達到理想的加倍效果；秋水仙素加倍效果雖好，但屬于劇毒嚴控藥劑，對人畜毒性大，人體接觸易引起細胞惡變，且對環境污染大，處理過程造成的幼苗死亡率很高；其次，方法復雜，操作水平要求極高；此外，人工加倍成本高。自然加倍方法是依靠單倍體本身的遺傳調節能力，在自然條件下恢復雄花育性，自然狀態下大多材料雄花自然加倍率極低，雄花自然加倍率在1％～10％之間，加倍率主要受基因型和環境影響(Chase,Proc Iowa Acad Sci.1949.56:113-115；Beckert,in Biotechnology in Agriculture and Forestry，1994,pp.201-213.Springer)。玉米單倍體因為僅具有單套染色體，不能完成減數分裂過程而導致不育，
但玉米具有非常強的自然適應能力與遺傳調整修復能力，表現在孕性上則是一定比例的雌穗可結實能力與雄穗可散正常花粉能力。通常雌穗結實比例可達80％以上，但雄穗可散正常花粉率極低，不同遺傳材料在0～10％之間，如果雄穗加倍率是零(該類材料通常約占30％的比例)，那么,單倍體加倍環節以前兩年的基礎材料組建及雜交誘導工作將前功盡棄。因此，提高雄花自然加倍率是高效進行單倍體育種的技術關鍵。經檢索，沒有發現無毒而又高效的提高玉米誘導單倍體雄花自然加倍率的方法。
技術實現思路
本專利技術人在研究誘導玉米單倍體加倍的過程中意外發現通過輪回選擇可以遺傳修復并提高誘導單倍體的雄花自然加倍率，本專利技術是在上述發現的基礎上完成的。本專利技術目的在于提供利用輪選修復提高玉米單倍體雄花自然加倍率的育種方法。利用本專利技術方法可打破目前玉米單倍體加倍的技術瓶頸，省去最繁瑣、最耗資、最耗時的人工加倍環節，依靠簡捷高效的田間自然加倍就可跨越式的提高單倍體技術選育自交系的效率，從而通過提高單倍體雄花自然加倍率來提高選育雙單倍體系的效率，即本專利技術方法可高效、無毒、快速地進行玉米DH系的選育。本專利技術另一目的在于提供利用上述方法獲得的玉米DH系提高其他玉米材料的單倍體雄花自然加倍率的方法。實現本專利技術的技術方案如下：本專利技術利用輪選修復提高玉米單倍體雄花自然加倍率的育種方法，該方法以先提高單倍體雄花自然加倍率為中心，通過先創制出高自然加倍特性DH育種材料，然后以其為親本雜交組群，再經DH技術輪回選擇(可連續多輪進行)育成農藝性狀優異和雄花自然加倍率高的DH自交系；具體步驟如下：(1)以優良基礎材料A為母本，以單倍體誘導系B為父本進行雜交，收獲F1代籽粒；在F1代籽粒中，通過標記性狀選擇準單倍體籽粒，剔除非單倍體籽粒；所述的標記性狀是指籽粒的胚乳糊粉層紫色、胚芽無色；(2)在田間播種步驟(1)所得的準單倍體籽粒或移栽已進行過加倍處理的準單倍體幼苗于田間；在抽穗期前，根據形態特征剔除雜株、劣株；在開花散粉期選擇農藝性狀好、且具有較多花藥散粉的的單株自交，收獲得第
一輪DH系(Double Haploid，雙單倍體，簡稱為DH)種子；(3)種植步驟(2)所得的DH系，根據田間性狀綜合表現選擇2個或2個以上農藝性狀優良、且優缺點性狀互補的DH系進行雜交，獲得的雜交組合即為組建的第二輪群體C；(4)種植群體C，重復步驟(1)～(3)1-n次，逐輪提升單倍體雄花自然加倍率，獲得相應的雄花自然加倍率高的二輪DH系(DH2)、三輪DH系(DH3)、或n輪DH系(DHn)等。利用上述方法中所得的DH系作為親本之一，組配雜交種。上述方法步驟(1)中所述的優良基礎材料A是指農藝性狀好的雜合材料，如單交種、三交種、雙交種、頂交種、農家種及人工綜合種等。上述方法步驟(1)中所述的單倍體誘導系B是指具有雜交誘導母本孤雌生殖的玉米材料。如吉高誘系列的吉高誘系3號、吉高誘系31號、RWS、農大高誘系列的農大高誘1號、農大高誘5號或其他誘導系等。所述的吉高誘系3號已在專利申請《一種利用雜交誘導單性結實材料選育玉米新品種的方法》(申請號為：2006100808324)和在《玉米高頻率單倍生殖誘導系吉高誘系3號的選育》(才卓等.玉米科學2007，15(1)：1-4)中公開。吉林省農業科學院承諾自本申請之日起20年內向公眾提供吉高誘系3號(Zea mays L.)材料。所述的吉高誘系31號已于2010年6月3日保藏于中國典型培養物保藏中心，保藏編號為CCTCC No.P201008。所述的農大高誘1號、農大高誘5號等可由中國農業大學獲得。所述的RWS可自霍恩海姆大學獲得。上述方法步驟(1)中所述的標記性狀是指Navajo標記，所述的Navajo標記是指胚乳糊粉層為紫色、胚芽無色的即為單倍體籽粒。糊粉層與胚芽均為紫色或無色的為雜交二倍體籽粒。應用紫色莖稈誘導系時，紫色莖稈標記是作為苗期單倍體植株鑒別的重要依據，凡紫色莖稈株砍除。上述方法步驟(2)中所述的形態特征是指葉片較少、狹窄、直立，偶爾出現白斑；植株瘦弱，生長緩慢，鏡檢細胞較小的植株均為單倍體。玉米單倍體是二倍體植株高度的70％，株高鑒定是鑒定單倍體植株最快速的方法，但植株生長勢介于單倍體植株和雜交植株之間、葉片葉鞘綠色是單倍體自然加
倍形成的二倍體植株(EDH系)，自交后即可成自交系。葉片葉鞘紫色、植株瘦弱則是來自誘導系的單倍體植株。凡幼苗葉鞘、葉片為紫色(來源紫色植株誘導系)，植株粗大高壯者均不是單倍體,予以田間淘汰；還需要根據幼苗的生長發育速度、株高、葉片長度、葉色以及葉片夾角等判斷。上述方法步驟(2)或步驟(4)及后續各輪中均可獲得DH系，所得的DH系中可直接選擇綜合性狀優異、一般配合力高的DH系作為商業自交系應用于育種。上述方法步驟(3)中所述的群體C可以是不同組合組成的多個不同的群；如群體C1、群體C2、群體C3、―――或群體Cn等。所述的群體C盡可能聚留群體A的所有優良性狀，淘汰劣性基因。上述方法中步驟(2)中所述的單倍體誘導系B在各輪誘導中均作為工具材料(父本)，群體A、群體C(C1、C2、---、Cn)或群體D(D1、D2、---、Dn)分別作為選系基礎群體(母本)。上述方法步驟(3)中所述的雜交的方法為人工輔助授粉，或采用隔離區自然授粉本文檔來自技高網...

【技術保護點】
利用輪選修復提高玉米單倍體雄花自然加倍率的育種方法，其特征在于具體步驟如下：(1)以優良基礎材料A為母本，以單倍體誘導系B為父本進行雜交，收獲F1代籽粒；在F1代籽粒中，通過標記性狀選擇準單倍體籽粒，剔除非單倍體籽粒；所述的標記性狀是指籽粒的胚乳糊粉層紫色、胚芽無色；(2)在田間播種步驟(1)所得的準單倍體籽粒或移栽已進行過加倍處理的準單倍體幼苗于田間；在抽穗期前，根據形態特征剔除雜株、劣株；在開花散粉期選擇農藝性狀好、且具有較多花藥散粉的的單株自交，收獲得第一輪DH系種子；(3)種植步驟(2)所得的DH系，根據田間性狀綜合表現選擇2個或2個以上農藝性狀優良、且優缺點性狀互補的DH系進行雜交，獲得的雜交組合即為組建的第二輪群體C；(4)種植群體C，重復步驟(1)～(3)1?n次，逐輪提升單倍體雄花自然加倍率，獲得相應的雄花自然加倍率高的二輪DH系(DH2)、三輪DH系(DH3)、或n輪DH系(DHn)。

【技術特征摘要】
1.利用輪選修復提高玉米單倍體雄花自然加倍率的育種方法，其特征在于具體步驟如下：(1)以優良基礎材料A為母本，以單倍體誘導系B為父本進行雜交，收獲F1代籽粒；在F1代籽粒中，通過標記性狀選擇準單倍體籽粒，剔除非單倍體籽粒；所述的標記性狀是指籽粒的胚乳糊粉層紫色、胚芽無色；(2)在田間播種步驟(1)所得的準單倍體籽粒或移栽已進行過加倍處理的準單倍體幼苗于田間；在抽穗期前，根據形態特征剔除雜株、劣株；在開花散粉期選擇農藝性狀好、且具有較多花藥散粉的的單株自交，收獲得第一輪DH系種子；(3)種植步驟(2)所得的DH系，根據田間性狀綜合表現選擇2個或2個以上農藝性狀優良、且優缺點性狀互補的DH系進行雜交，獲得的雜交組合即為組建的第二輪群體C；(4)種植群體C，重復步驟(1)～(3)1-n次，逐輪提升單倍體雄花自然加倍率，獲得相應的雄花自然加倍率高的二輪DH系(DH2)、三輪DH系(DH3)、或n輪DH系(DHn)。2.利用權利要求1所述方法中所得的DH系作為親本之一，組配雜交種。3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于其步驟(1)中所述的優良基礎材料A是指單交種、三交種、雙交種、頂交種、農家種及人工綜合種。4.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于其步驟(1)中所述的單倍體誘導系B是指吉高誘系3號、吉高誘系31號、RWS、農大高誘1號或農大高誘5號。5.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于其步驟(1)中所述的標記性狀是指Navajo標記，所述的Navajo標記是指...

【專利技術屬性】
技術研發人員：才卓，徐國良，代玉仙，任軍，李淑華，于明彥，劉小丹，郭琦，李月英，王麗娜，張銘堂，
申請(專利權)人：吉林省農業科學院，吉林吉農高新技術發展股份有限公司，
類型：發明
國別省市：吉林;22