籼稻与热带粳稻渗入系间的分子标记差异性和杂种优势分析

利用3个籼稻温敏核雄性不育系与9个热带粳稻基因渗入恢复系组配27个杂交稻组合,对杂种优势和产量构成主要因素与亲本间的SSR和SSR-RAPD分子遗传距离的关系进行偏相关分析,筛选强优势杂交稻组合.研究结果表明,在籼稻与热带粳稻渗入系的杂种后代中,多数组合的每穗实粒数、总粒数和穗长呈现正竞争优势;杂种比对照的产量竞争优势主要是依靠每穗结实粒数的增加.在产量构成要素中,每穗实粒数与亲本间的SSR和SSR-RAPD分子遗传距离显著相关,而有效穗数和千粒重与之不显著相关,表明在籼稻与热带粳稻渗入系间的杂交稻组合中可以通过增加亲本间的遗传距离增加杂种的每穗粒数,提高杂种的产量优势.通过分子标记辅助选择获得的 "桂118S×T511"和"T1S×R138" 两个杂交水稻组合示范产量分别比对照特优63增16.3 %和6.7 %,其亲本间的SSR遗传距离分别为0.83和0.71,亲本间分子多态性分别达到51.4 %和42.8 %,表明适当应用分子标记辅助选择有助于选育强优势杂交水稻组合.     

水稻籼粳杂种不育性的遗传机理及杂种优势利用

籼稻和粳稻是亚洲栽培稻的两个亚种,两者在形态、生理以及基因水平上存在显著差异,亚种间的遗传差异将会产生强大的杂种优势,能进一步提高水稻的产量潜力,但是,籼粳亚种间的 F1 杂种不育性严重阻碍了杂种优势的利用。杂种不育性是一种合子后生殖隔离,具有普遍性和复杂性,受多个不育基因座控制。广亲和品种的发现为克服亚种间杂种不育提供可能,该材料无论与籼稻还是粳稻杂交,F1 杂种都能正常结实或结实率较高。概述了籼稻与粳稻间差异,剖析了水稻籼粳亚种间杂种不育的遗传基础、已鉴定的杂种不育主效QTL 与基因,分析了已克隆杂种不育基因的分子作用机制及广亲和基因的功能。据此提出利用籼粳架桥培育亚种间渗入水稻、聚合育种培育广亲和系和粳型亲籼系,以及应用基因编辑技术创制广亲和系等途径,能够克服籼粳亚种间杂种不育性,精准化改良籼粳杂种的结实率,从而实现亚种间杂种优势的利用。籼粳亚种间杂交水稻的推广应用,将会推动水稻产业的又一次重大变革。     

水稻广谱广亲和系的选育策略

 选育广谱广亲和系对于利用水稻亚种间杂种优势具有极其重要的意义。根据现有的研究结果，初步假设水稻亚种间亲和性基本上可以分为四大类：广谱广亲和性、部分广亲和性、弱亲和性和非亲和性。决定亚种间亲和性的基因可能有两类：一类是广亲和基因Wc，另一类是辅助亲和性基因Sc。这种辅助亲和性基因既有可能是几个主基因，也有可能是一系列微效多基因。广谱广亲和系可能同时完全具备Wc和Sc基因；部分广亲和系可能只具备Wc基因；弱亲和系可能只具备Sc基因；非亲和系则两者都不具备。选育广谱广亲和系的途径有二个，一是利用现有的广谱广亲和种质直接转育，二是利用部分广亲和系与弱亲和系杂交，组合广亲和基因与辅助亲和性基因。筛选广谱广亲和系可以分三步进行：初选，即在低世代用两个具有代表性的品系进行测交鉴定；复选，即在中世代增加测交品系个数，进一步作亲和性鉴定；决选，即用更多的非亲和品系与当选株系测交，在进一步确定广谱广亲和性的同时筛选优势组合。     

新育水稻广亲和品系的综合评价:Ⅰ.亲和性及主要农艺性状

从广亲和品种与籼稻或粳稻的杂交组合中选育了120个高代稳定品系，以其作母本，分别与2～4个籼或粳测验种杂交配组，共配制约600个组合，以鉴定它们的亲和性，通过检测F1的小穗育性，从这120个稳定的品系中筛选出47个广亲和品系。另外，其它15个品系也初步鉴定为广亲和品系。主要农艺性状的评价表明这。47个广亲和品系绝大多数在亚种间F1代杂种优势利用中是有用的。     

稻直立穗型性状分子标记开发及籼稻直立穗型育种探讨

直立穗型基因是水稻中与株型相关的有重要利用价值的基因。通过对直立穗型的性状遗传、籼稻直立穗型与弯穗型品系的性状比较、基因的分子标记开发和杂交后代的标记辅助选择进行分析研究,结果表明,直立穗无论在粳稻还是在籼稻遗传背景中均表现为单基因不完全显性遗传,显性度达到73．3％-93．7％。直立穗型基因与第9染色体上的SSR标记RM566、RM24423和RM7048紧密连锁,图距分别为5．8、0．43和0．85cM,用这3个标记对杂交后代辅助育种选择的准确率在66．7％-100％之间,其中RM24423辅助选择的准确率为100％。与弯穗型杂交后代育种品系比较,籼稻直立穗型品系株高和穗长略短、穗数略少,每穗粒数和着粒密度均增加且达显著水平,结实率、千粒重和产量均降低,但只有结实率达显著水平。因此,育种上可依据这些性状效应来探索直立穗型籼稻的株型设计和品种培育的新途径。     

若干水稻品种（组合）的等位酶和RAPD遗传分析

利用等位酶标记和RAPD标记技术,对我国不同时期主栽的15个水稻高秆品种、矮秆品种和杂交稻组合的亲缘关系及其遗传背景进行了分析。17种酶的电泳分析共获得34个假定位点,其中9个为多态性位点,占26.5%;获得43个等位基因,其中18个为多态性等位基因。每个位点的平均等位基因数为1.26个,每个多态性位点的平均等位基因数为2.00个。应用Nei’s遗传多样性统计分析表明,供试的水稻品种或组合的总基因多样性（Ht）为0.090,其中品种(组合)内的基因多样性(Hs)为0.044,而品种(组合)间的基因多样性(Dst)为0.046。基因变异系数（Gst）为0.515。RAPD分析表明,杂交稻组合、常规籼稻和粳稻间,其RAPD多态性有较大差异,分别为28%、48%和12.8%。由同工酶数据计算的Nei’s遗传距离创建的聚类分析表明,粳稻品种自成一个聚类组;而杂交稻组合形成一个杂交稻亚组,常规籼稻品种形成常规籼稻亚组,两者形成与粳稻品种有较大差异的聚类组。RAPD数据的聚类分析,进一步证实了杂交稻组合、常规籼稻和粳稻间的这种分子遗传关系。研究结果表明,应用等位酶标记和RAPD标记技术能较好地揭示水稻品种的遗传背景、亲缘关系及其分子演化规律。     

水稻淀粉合成相关基因分子标记的筛选与利用

利用分子标记检测的方法,对不同水稻品种间的淀粉合成相关基因的基因型进行了系统筛选。结果显示,淀粉合成相关基因在籼粳亚种间表现出较好的多态性,在籼亚种内存在较大变异,在粳亚种内较为保守,籼稻品种9311和明恢63的基因型更接近于粳稻品种;在28个粳稻亲本中检测到6个淀粉合成相关基因存在着2种或3种等位基因型。利用在关东194和武粳13之间具有多态性的可溶性淀粉合成酶基因SSIIa和SSIIIa的分子标记,在其杂交后代88份粳稻品系中检测到2个基因的4种基因型。     

两系法杂交水稻杂种优势利用研究进展

对我国两系法杂交水稻研究理论及育种实践的现状和发展趋势进行了综合评述，认为：选亨纯光敏型和广亲和型光、温敏核不育系是当前两系杂交稻雄性不育系研究工作的重点；以生物技术塑要助手段朔造水稻理想株型，理想株型与优势利用相结合是超级杂交稻育成的关键；应用分子标记辅助育种与常规方法相合是加速育种进程的有效途径。     

白叶枯病抗性水稻广亲和恢复系的鉴定和筛选

【目的】为采用分子标记辅助选择利用野生稻抗性基因提供科学依据,并为选育超级杂交水稻提供目标亲本和选育新的恢复系提供亲本。【方法】以白叶枯病抗性水稻中野5112为供体亲本、广亲和恢复系桂649为受体亲本进行有性杂交,将在分离群体中筛选的35份优良目标品系进行田间接菌鉴定,并用与水稻抗白叶枯病基因Xa23紧密连锁的SSR标记引物RM206对中野5112、恢复系桂649及其35份优良杂交后代F4材料进行分子检测。【结果】从桂649×中野5112杂交后代的35个F4品系中,筛选出13个同时具有白叶枯病抗性和广亲和性潜力及其他优良农艺性状的品系,其中属偏粳型11个,属偏籼型的仅有两个;供体材料中野5112及其13份杂交后代材料携有Xa23的抗性等位点,受体材料桂649及其他22份杂交后代材料未携带Xa23的抗性等位点。田间接菌鉴定结果表明,在37个检测材料中,除中野5112外,对白叶枯病表现中抗以上的有18个品系,进一步证明这部分材料已携带有Xa23基因。将13份携有Xa23抗性等位点的材料与籼、粳稻品种及不育系配组,根据其F1代的育性表现,证明其中12个品系具有广亲和性。此外,与对照汕优63相比,初步鉴定出适合广西种植的具有超高产潜力的杂交稻组合3个,即龙特甫A×100-1-4、龙特甫A×08262-2-1和龙特甫A×08278-1-1。【结论】采用SSR标记引物与PCR检测方法进行Xa23基因分子标记检测是可行的,这为采用分子标记辅助选择利用野生稻抗性基因提供科学依据。筛选出的13份优良品系可用作选育超级杂交水稻的目标亲本或选育新恢复系的亲本。     

利用ILP标记分析水稻籼粳杂交亲本和衍生系的籼粳分化

 【目的】揭示水稻籼粳杂交亲本和衍生系的籼粳分化度,为培育实用型籼粳亚种间杂交稻提供理论和实践依据。【方法】以通过不断聚合和累加不同广亲和基因与恢复基因的方法,历时21年,4个育种阶段,涉及18个籼粳杂交亲本和39个衍生系为研究材料,采用籼粳特异ILP分子标记（水稻内含子长度多态性分子标记）和程氏形态指数法进行籼粳分化度检测。【结果】57个供试材料基因组DNA在所检测位点上均存在籼粳分化。18个亲本共检测出4个粳稻、5个偏粳、8个偏籼和1个籼稻类型。在18个亲本中, 明恢63和9308的粳稻成分分别为12.50%和33.33%;粳型恢复系C418的粳稻成分仅有31.25%。39个籼粳杂交衍生系共检测出1个粳稻、11个偏粳、20个偏籼和7个籼稻类型。其中,粳型衍生系明恢502的粳稻成分仅占10.42%。ILP标记法与形态指数法判定籼粳分类结果的吻合度较好,粳稻成分指数、籼稻成分指数与程氏指数综合值的相关系数分别为r=0.794**和r=-0.7662**。【结论】ILP标记具有准确检测籼（粳）成分比例的功能;研究籼粳分化可以合理解释籼粳型恢复系配组的杂交稻表现明显杂种优势的原因,对有效利用籼粳亚种间优良基因具有重要作用。     

利用InDel标记鉴定浙优系列杂交稻籼粳属性和预测杂种优势

【目的】准确鉴定水稻材料的籼粳属性及利用遗传距离预测杂种优势,为开展水稻超高产育种和籼粳亚种间杂种优势利用提供基础。【方法】利用19对籼粳稻特异插入/缺失（Insertion/Deletion,InDel）引物,对12个浙优系列杂交稻及其双亲的籼粳属性进行了InDel分子标记鉴定,根据被检测水稻样品在多个InDel 位点上的籼型或粳型基因频率,参考卢宝荣的方法,将供试样品分别判定为“籼稻”、“偏籼”、“中间偏籼”、“中间偏粳”、“偏粳”和“粳稻”。采用Nei的方法求算13个亲本间（1个不育系和12个恢复系）的InDel遗传距离,用UPGMA法进行遗传相似性聚类,用SPSS 17.0统计分析软件对InDel条带赋值进行主成分分析, 依据第一和第二主成分的特征向量的平均分量值作平面散点图。统计杂种F1稻谷产量、每穗总粒数、每穴有效穗、结实率、千粒重及单穗重各产量性状的对照优势,以此分析InDel遗传距离与杂种优势的相关性。【结果】（1）参试材料籼粳属性的判别：不育系浙04A被鉴定为“粳稻”,8个恢复系被判定为“籼稻”或“偏籼”,由其所配组的8个杂交组合被判定在“中间偏籼”到“偏粳”之间,证实了这8个组合为典型的籼粳交组合;另外4份恢复系被判定为“偏粳”,所配组的4个杂交组合被判定为“粳稻”。（2）参试材料的聚类分析：当GS 为0.350时,35份试验材料被分为“粳稻”和“籼稻”2个主群,GS为0.638时,粳稻主群又被划分为“粳稻/偏粳”和“中间偏粳”2个亚群。其中,粳稻/偏粳亚群包括不育系浙04A、4个粳粳交恢复系及粳粳交杂种F1、3个粳稻对照种和粳稻秀水09;中间偏粳亚群包括8个籼粳交杂种F1。籼稻主群则包括8个籼粳交组合的恢复系、3个籼稻对照种和籼杂组合汕优63。（3）InDel遗传距离与杂种优势的相关性：在以粳粳交、籼粳交组合整体作为分析对象时,InDel遗传距离与稻谷产量、每穗总粒数、单穗重呈极显著正相关,与结实率呈显著负相关;仅以籼粳交组合为研究对象时,InDel遗传距离仅与单穗重和千粒重呈显著正相关。【结论】供试的12个浙优系列中的8个组合被证实为典型的粳不/籼恢型籼粳交组合,这些组合的双亲间具有较远的遗传距离;InDel遗传距离在不同类型品种间具有较好的杂种优势预测能力,可用于单穗重的优势预测,即随着InDel遗传距离的扩大,杂种优势主要体现在单穗重的增加上。     

两系法亚种间杂交稻育种的若干思考

利用亚种间强大的杂种优势是大幅度提高杂交稻产量的主要技术途径,两系法有利于亚种间杂种优势利用。通过籼粳米质性状的互补,可以筛选到适合于不同口味类型的优良组合。通过建立两用不育系育性转换的“植株温度监控体系”和配以“以水调温”的保障技术,完善两系法杂交稻安全制种技术。应加强株型和生理育种,探索开拓数字化株型筛选技术;通过某些简单生理指标的快速鉴定,筛选具有强生理功能的组合,使其具有广泛生态适应性,并可部分替代多年多点生态适应性试验,缩短鉴定年限和提高育种效率。     

白叶枯病抗性水稻广亲和恢复系的鉴定和筛选

【目的】为采用分子标记辅助选择利用野生稻抗性基因提供科学依据,并为选育超级杂交水稻提供目标亲本和选育新的恢复系提供亲本。【方法】以白叶枯病抗性水稻中野5112为供体亲本、广亲和恢复系桂649为受体亲本进行有性杂交,将在分离群体中筛选的35份优良目标品系进行田间接菌鉴定,并用与水稻抗白叶枯病基因Xa23紧密连锁的SSR标记引物RM206对中野5112、恢复系桂649及其35份优良杂交后代F4材料进行分子检测。【结果】从桂649×中野5112杂交后代的35个F4品系中,筛选出13个同时具有白叶枯病抗性和广亲和性潜力及其他优良农艺性状的品系,其中属偏粳型11个,属偏籼型的仅有两个;供体材料中野5112及其13份杂交后代材料携有Xa23的抗性等位点,受体材料桂649及其他22份杂交后代材料未携带Xa23的抗性等位点。田间接菌鉴定结果表明,在37个检测材料中,除中野5112外,对白叶枯病表现中抗以上的有18个品系,进一步证明这部分材料已携带有Xa23基因。将13份携有Xa23抗性等位点的材料与籼、粳稻品种及不育系配组,根据其F1代的育性表现,证明其中12个品系具有广亲和性。此外,与对照汕优63相比,初步鉴定出适合广西种植的具有超高产潜力的杂交稻组合3个,即龙特甫A×100-1-4、龙特甫A×08262-2-1和龙特甫A×08278-1-1。【结论】采用SSR标记引物与PCR检测方法进行Xa23基因分子标记检测是可行的,这为采用分子标记辅助选择利用野生稻抗性基因提供科学依据。筛选出的13份优良品系可用作选育超级杂交水稻的目标亲本或选育新恢复系的亲本。     

滇型杂交稻亲本籼粳分化与杂种优势关系的初步研究

 以滇型杂交稻不育系 10个、相应的保持系 10个和恢复系 38个 ,以及由上述不育系和恢复系组配的 4 0个杂交种为试材 ,研究了亲本材料的RAPD籼粳分化程度与杂种优势的关系。结果表明 ,亲本籼粳差异与产量杂种优势存在抛物线的关系。利用籼粳分化存在一定差异的亲本杂交 ,易得到正向优势组合 ,平均杂种优势较强 ;但并非双亲籼粳分化差异越大越好 ,双亲差异过大则不易获得正向优势组合 ,使杂种优势减弱 ,甚至为负。双亲籼稻成分差值以 12 %～ 16 %为宜     

水稻粳型亲籼系的创建及其在超级稻育种上的利用

水稻杂种的不育性是一个复杂的现象。20年来,本实验室一直从事水稻杂种不育性的遗传研究,共鉴定出6个F1花粉不育基因座位,或称特异亲和基因座位,其中的5个基因座,S-a、S-b、S-c、S-d和S-e已完成分子定位,这些基因座的基因模式为"单基因座孢子体-配子体互作"模式。在此基础上,提出了通过培育"粳型亲籼系"来克服水稻籼粳亚种间杂种不育性的设想,利用特异亲和基因人为创建了"粳型亲籼系"的水稻新种质,并建立了粳型亲籼系分子育种的技术体系。利用粳型亲籼系克服了水稻籼粳亚种间的杂种不育性,为水稻籼粳亚种间杂种优势利用开辟了新的途径。     

利用RFLP标记水稻亲本遗传差异及其在杂种优势中的利用

本研究以 17个杂交水稻亲本、3个新株型株系和 2 4个光壳稻、爪哇稻品种为DNA样品来源 ,通过RFLP(限制性片段长度多态性 ,RestrictionFragmentLengthPolymorphism ,简称RFLP)标记技术 ,研究光壳稻和爪哇稻及其与温带粳稻之间的关系 ,探索RFLP标记水稻亲本遗传差异在杂交稻育种中利用的可能性。研究结果表明 :42个探针共产生 6 9个不同的限制性片段 ,其中 2 0个 (占 47.6 % )探针显示 47个 (占 6 8.1% )多态性片段 ,至少在 2个基因型间存在差异。每个具有多态性片段分别以 1和0记录存在与否。由RFLP数据计算的Nei’s遗传距离 ,创建聚类树状图。聚类分析结果表明 ,籼稻和粳稻容易被分开 ,温带粳稻又容易与光壳稻、爪哇稻分开 ,但光壳稻和爪哇稻混合聚在一起 ,光壳稻与温带粳稻之间的遗传距离要比爪哇稻与温带粳稻之间的遗传距离大。根据聚类图发现温带粳稻亚群内杂种优势较弱 ,亚群间即生态群间的杂种优势较强 ,群间即籼、粳亚种间杂种优势更强。利用光壳稻、爪哇稻选育不同生态群方向的恢复系和不育系 ,已配组育成了强优势的杂交稻组合     

利用RFLP标记水稻亲本遗传差异及其杂种优势中的利用

本研究以17个杂交水稻亲本、3个新株型株系和24个光壳稻、爪哇稻品种为DNA样品来源，通过RFLP（限制性片段长度多态性，Restriction Fragment Length Polymorphism,简称RFLP）标记技术，研究光壳稻和爪哇稻及其与温带粳稻之间的关系，探索RFLP标记水稻亲本遗传差异在杂交稻育种中利用的可能性。研究结果表明：42个探针共产生69个不同的限制性片段，其中20个（占47.6%）探针显示47个（占68.1%）多态性片段，至少在2个基因型间存在差异。每个具有多态性片段分别以1和0记录存在与否。由RFLP数据计算的Nei‘s遗传距离，创建聚类树状图。聚类分析结果表明，灿稻和粳稻容易被分开，温带粳稻又容易与光壳稻、爪哇稻分开，但光壳稻和爪哇稻混合聚在一起，光壳稻与温带粳稻之间的遗传距离要比爪哇稻与温带粳稻之间的遗传距离大。根据聚类图发现温带粳稻亚群内杂种优势较弱，亚群间即生态群间的杂种优势较强，群间即灿、粳亚种间杂种优势更强。利用光壳稻、爪哇稻选育不同生态群方向的恢复系和不育系，已配组育成了强优势的杂交稻组合。     

Prospects of utilization of inter-subspecific heterosis between indica and japonica rice

The Asian cultivated rice(Oryza sativa L.) grown worldwide is divided into two subspecies, indica and japonica. It is well known that the heterosis of inter-subspecies is usually stronger than that of intra-subspecies. Since the 1970 s, indica hybrid rice, an intra-subspecific hybrid rice, has being widely used in China and even in the world. However, the inter-subspecific hybrid rice between indica and japonica is still unavailable. The major obstacle is the hybrid sterility of the inter-subspecies. In recent decades, the genetic and molecular basis of indica-japonica hybrid sterility was understood more and more clearly. Some breeding approaches for overcoming inter-subspecific hybrid sterility were proposed and used to develop the indicajaponica hybrid rice. The updated understanding will offer new approaches for development of breeding lines for overcoming indica-japonica hybrid sterility, which facilitates developing of inter-subspecific hybrid rice.     

Analysis of Indica-Japonica Differentiation in Rice Parents and Derived Lines Using ILP Markers

Revealing the indica-japonica differentiation in parents of hybridization between indica and japonica rice and their derived lines can provide theoretical and practical bases for the breeding of practical inter-subspecific hybrid rice. Using subspeciesspecific molecular markers ILP （intron length polymorphism） and Cheng＇s index, the indica-japonica differentiation was analyzed with special materials including 18 indica-japonica hybrid parents and 39 derived lines, which accumulated different wide compatibility and restoring genes by convergent cross method in 21 years spanning four breeding phases. The indica-japonica differentiation was detected on all tested loci in 57 materials. Among the 18 parental lines, 4 were japonica type, 5 japonicaclinous type, 8 indicaclinous type and one indica type. The japonica proportion indexes in indica restorer lines Minghui 63 and 9308 were 12.50 and 33.33 %, respectively, while that in japonica restorer line C418 was only 31.25%. Among the 39 derived lines from indica-japonica hybridization, one was japonica type, 11 japonicaclinous type, 20 indicaclinous type and 7 indica type. The japonica proportion index in Minghui 502 was only 10.42%. The results of indica and japonica classification by ILP molecular markers and Cheng＇s index were relatively consistent. The correlation coefficient between the japonica proportion index and morphology index was 0.794＊＊, while that between the indica proportion index and morphology index was -0.7662＊＊. ILP markers could be used to accurately detect the proportion of indica/japonica content in the genome of a rice variety. The results of indica-japonica differentiation analysis could make reasonable explanation for that the hybrids obtained from indica-japonica type restorer lines had obvious heterosis. This conclusion would provide important guidance in efficient use of beneficial genes of inter-subspecific hybrid rice.