甘蓝型油菜隐性细胞核雄性不育系LY31AB的选育及利用.pdf
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1、浙江大学学报(农业与生命科学版)49(4):507 515,2023Journal of Zhejiang University(Agric.&Life Sci.)http:/ 乐山 614000;2.浙江大学农业与生物技术学院作物科学研究所,浙江 杭州 310058)摘要 为充分利用细胞核雄性不育的优势,以甘蓝型油菜 Q1012 商品油菜籽为来源,用系谱选育法选育出双低优质甘蓝型油菜隐性细胞核雄性不育系LY31AB,分析其育性、抗性、配合力等特点,并进行杂种优势利用。结果表明:LY31AB不育性遗传稳定,受2对隐性重叠基因控制,且在田间表现出良好的菌核病抗性和抗倒性;LY31AB配合力高、恢
2、复源广、杂种优势强,其所配组合大多表现出明显的杂种优势;利用LY31AB育成并登记的乐油8号、得乐油1632、万家油520、乐油7号4个双低优质油菜新品种也均表现出菌核病抗性和良好的抗倒性,已被大面积推广应用。综上所述,LY31AB是一个选育系谱清楚、遗传性状稳定、品质优、丰产性好、抗性好、配合力高、恢复源广且具有良好杂种优势利用价值的不育系,有着广阔的应用前景。关键词 细胞核雄性不育系;选育;育性;抗性;配合力;杂种优势利用中图分类号 S565.4;S326 文献标志码 A引用格式 许明超,黄倩,张康妮,等.甘蓝型油菜隐性细胞核雄性不育系LY31AB的选育及利用J.浙江大学学报(农业与生命科
3、学版),2023,49(4):507-515.DOI:10.3785/j.issn.1008-9209.2023.03.291XU Mingchao,HUANG Qian,ZHANG Kangni,et al.Breeding and utilization of recessive genic male sterile line LY31AB in Brassica napus L.J.Journal of Zhejiang University(Agriculture&Life Sciences),2023,49(4):507-515.Breeding and utilization of
4、 recessive genic male sterile line LY31AB in Brassica napus L.XU Mingchao1,HUANG Qian2,ZHANG Kangni2,ZOU Xudong1,CHEN Xingfan1,LU Hong1,WANGYanhui1*,ZHANG Zhi1*(1.Leshan Academy of Agricultural Sciences,Leshan 614000,Sichuan,China;2.Institute of Crop Science,College of Agriculture and Biotechnology,
5、Zhejiang University,Hangzhou 310058,Zhejiang,China)Abstract In order to make full use of the advantages of genic male sterility(GMS),the commercial rapeseed Q1012 of Brassica napus L.was used as the source to select the double-low and high-quality recessive GMS line LY31AB of B.napus by the pedigree
6、 breeding method.LY31AB fertility,resistance,combining ability and other characteristics were analyzed and its heterosis was utilized.The results indicated that the sterility of LY31AB was genetically stable,which was controlled by two pairs of recessive overlapping genes,and showed good resistance
7、to sclerotinia disease and lodging resistance in the field.LY31AB had high combining ability,DOI:10.3785/j.issn.1008-9209.2023.03.291基金项目:四川省重点研发项目“突破性油料育种材料和方法创新及新品种选育”(2021YFYZ0018);国家现代农业产业技术体系四川省油菜创新团队建设项目;四川省科学技术厅农业科技成果转化项目“宜机收优质高产油菜新品种 乐油8号 及其配套高产高效栽培技术的推广示范”(2022NZZJ0018)。通信作者(Corresponding a
8、uthors):王艳惠(https:/orcid.org/0009-0007-0779-5060),E-mail:;张志(https:/orcid.org/0009-0008-0499-1565),E-mail:第一作者(First author):许明超(https:/orcid.org/0009-0003-4424-8649),E-mail:收稿日期(Received):2023-03-29;接受日期(Accepted):2023-07-03第 49 卷浙 江 大 学 学 报(农业与生命科学版)wide recovery sources and strong heterosis,and m
9、ost of its combinations showed obvious heterosis.Four new double-low and high-quality rape varieties,Leyou 8,Deleyou 1632,Wanjiayou 520 and Leyou 7,which were bred using LY31AB and registered,also showed good resistance to sclerotinia disease and lodging resistance,and were widely in promotion and a
10、pplication.To sum up,LY31AB is a sterile line with clear pedigree,stable genetic characters,good quality,good fertility,good resistance,high combining ability,wide recovery sources and good heterosis utilization value,and has broad application prospects.Key words genic male sterile line;breeding;fer
11、tility;resistance;combining ability;heterosis utilization细胞核雄性不育系统受细胞核基因控制,与细胞质基因无关,多数具有不育性稳定、彻底、易转育的特点,易于配制出强优势杂交组合,是油菜杂种优势利用的重要途径之一。油菜细胞核雄性不育分为显性核不育和隐性核不育1,其中隐性核不育主要包括双隐性核不育和隐性上位互作核不育2-3;国外对转基因细胞核雄性不育已有一定的应用4-5。双隐性核不育以甘蓝型油菜不育系S45A和117A为代表,其不育性状由细胞核内 2 对重叠隐性不育基因(Bnms1Bnms1Bnms2Bnms2)调控,只要一个基因为显性即可恢
12、复育性6;应用该不育系统已培育出部分川油系列、油研系列、黔油系列、绵油系列等优质和高产油菜品种2。隐性上位互作核不育以甘蓝型油菜不育系9012A为代表,其不育性状由3对独立基因(BnMs3、BnMs4、BnRf)互作控制,雄性不育只有在不育隐性纯合基因 Bnms3Bnms3Bnms4Bnms4与显性基因BnRf同时存在时才表现出来,而隐性纯合基因Bnrf对Bnms3Bnms3Bnms4Bnms4的表达又起到抑制作用,使Bnms3Bnms3Bnms4Bnms4BnrfBnrf基因型为可育,从而作为临保系与纯合不育系(Bnms3Bnms3Bnms4Bnms4BnRfBnRf)杂 交 后 获 得10
13、0%不育的全不育系(Bnms3Bnms3Bnms4Bnms4BnRfBnrf)7,因而在杂种制种时不用再拔去50%的可育株;利用该系统已育成皖油系列、沪油杂系列、部分核优系列、部分绵油系列等杂交油菜品种3。充分利用细胞核雄性不育的优势,不断选育出品质优、抗逆性好、恢复源广、杂种优势强的油菜细胞核雄性不育系,对推进油菜高产、优质、抗逆新品种的选育具有重要意义2-3。甘蓝型油菜细胞核雄性不育系LY31AB是乐山市农业科学研究院经多年选育出的骨干亲本,田间表现出丰产性好、抗倒性强、抗菌核病等优势。以LY31AB为母本已配制出大量优良杂交组合,其中乐油8号、得乐油1632、万家油520、乐油7号已获农
14、业农村部登记证书,后续一系列以LY31AB为母本育成的优良杂交品种正在登记或准备登记中。本文对LY31AB的选育及其育性、抗性、配合力等特点进行了研究分析,并对其杂种优势利用进程进行了介绍,旨在为LY31AB进一步研究和应用提供依据和参考。1 材料与方法1.1 LY31AB选育20072013年,以甘蓝型油菜杂交组合 Q1012L7ABR31812-1,2008年被审定为乐油6号(审定号:川审油2008015),母本L7AB是用蜀杂6号F2群体中出现的不育株与乐山市农业科学研究院自育的双低品系T197杂交后经系谱选育而成的细胞核雄性不育系商品油菜籽为来源,以双低优质、抗性好为主要选育目标,20
15、07年春在 Q1012 商品油菜籽中选择优良单株自交,2008年春在F2群体中分离出不育株,并选择多对株型相同的可育株与不育株进行兄妹交,2009年继续用同样方法在育性分离的优良株系中选择性状相似的可育株与不育株进行兄妹交,20102012年连续在株系内进行成对兄妹交,对各株系的苗期长势、抗性、熟期、育性分离比例、着果密度等进行调查,并结合品质分析,以油菜籽中芥酸质量分数1%、硫苷质量摩尔浓度40 mol/g为选育目标,至2013年育成遗传稳定的甘蓝型油菜细胞核雄性不育系,定名为LY31AB。20132016年,连续4年检测LY31AB油菜籽中芥酸质量分数、硫苷质量摩尔浓度,以评价其品质性状稳
16、定性。1.2 LY31AB育性遗传分析20132015年,连续3年调查LY31AB的育性稳定性、可育株与不育株分离比例,并对不育株套袋自交,观察其是否结实。20212023年,用乐山市农业科学研究院自育的稳定自交系LY1008(双低优质自交系)、LY07(隐性细胞核不育恢复系)、101B(波里马细胞质不育保持系)、LY0123(波里马细胞质不育恢复系)与LY31AB508第 4 期许明超,等:甘蓝型油菜隐性细胞核雄性不育系LY31AB的选育及利用杂交获得F1,并套袋自交,调查F1育性恢复情况和F2育性分离情况,分析LY31AB育性遗传特性。1.3 LY31AB不育基因初定位分析2021 年春,
17、在 LY31AB 中随机选择 30 株可育株和30株不育株,构建2个极端DNA混池(可育株混池编号为 LY31AB-keyu,不育株混池编号为LY31AB-buyu)。利 用 甘 蓝 型 油 菜 基 因 芯 片(Bnapus50K)对构建的2个DNA混池进行全基因组检测。该芯片包含 42 090 个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)标记,并均匀分布在甘蓝型油菜基因组的19条染色体上,平均密度为每100 kb有5个SNP标记,且在所有测试品种中均具有丰富的多态性。根据2个DNA混池中检测出的差异片段,初步定位LY31AB与不育性状相关的基因区段
18、。全基因组检测由武汉双绿源创芯科技研究院有限公司完成。1.4 LY31AB田间抗性调查分析20132015年,连续3年在育种材料资源圃调查LY31AB田间菌核病抗性和抗倒性。参照方春华等8的方法,将菌核病田间病害发生情况分为04共5级,发病指数=(发病级代表值各级病株数)/(调查总株数最高发病级代表值)100%,从而评价LY31AB的田间菌核病抗性。参考刘唐兴等9的分级方法,按主茎与地面夹角分为直立(8090)、倾斜(4580)、倒伏(45)3个等级,以评价LY31AB的田间抗倒性。1.5 LY31AB配合力分析亲本材料性状配合力的高低和遗传力的大小直接关系到杂交组合优势的强弱10,配合力分析
19、是杂交育种中对亲本和组合评价的重要依据。2013年春,用LY31AB及乐山市农业科学研究院自育的40-1AB(细胞核雄性不育系,由蜀杂6号与乐油4号杂交并经系谱选育而成)、308AB(细胞核雄性不育系,由乐油 6 号与乐油 5 号杂交并经系谱选育而成)、N3A(波里马细胞质雄性不育系)为母本,用5个稳定恢复系LY07、L0118、L0121、W306-3、08C-4为父本,按不完全双列杂交(NC)设计,配制20个组合(表1),分析LY31AB的配合力情况。配合力计算公式11如下:GCA(ij)=Xi(j)-X.式中,GCA(ij)为某一亲本某一性状的一般配合力,Xi(j)为某一亲本在其杂交组合
20、中某一性状的平均值,X为全体杂交组合中某一性状的平均值。SCAij=Xij-X-GCAi-GCAj.式中,SCAij为某杂交组合中某一性状的特殊配合力,Xij为某杂交组合中某一性状的观测值,GCAi为母本的一般配合力,GCAj为父本的一般配合力。1.6 LY31AB杂种优势利用分析2014年春,用自育的稳定甘蓝型油菜双低优质自交系与LY31AB配制杂交组合,以德油6号为对照品种开展组合鉴定试验。经一年组合鉴定试验,选出优势组合并进入品种比较试验,进一步筛选出综合性状优良的组合,参加四川省级联合试验。经过连续2年省级联合试验、抗性鉴定、品质测定,对表现优良的组合进行品种登记和转化推广。1.7 试
21、验地点及数据分析试验地点位于乐山市农业科学研究院试验基地。分别使用Microsoft Excel 2007和SPSS 22.0软件对试验数据进行整理和检验分析。2 结果与讨论2.1 LY31AB特征特性LY31AB不育株与可育株的株型基本一致,不育株和可育株占比各为50%。不育株花蕾瘦长中空,其花瓣比可育株的略小,花瓣侧叠,呈黄色,雌蕊表1 基于不完成双列杂交(NC)的20种配合力组合设计Table 1 Design of 20 combinations of combining abilities based on incomplete diallel cross(NC)父本Male par
22、entLY07L0118L0121W306-308C-4母本 Female parentLY31ABLY31ABLY07LY31ABL0118LY31ABL0121LY31ABW306-3LY31AB08C-440-1AB40-1ABLY0740-1ABL011840-1ABL012140-1ABW306-340-1AB08C-4308AB308ABLY07308ABL0118308ABL0121308ABW306-3308AB08C-4N3AN3ALY07N3AL0118N3AL0121N3AW306-3N3A08C-4509第 49 卷浙 江 大 学 学 报(农业与生命科学版)发育正常,雄
23、蕊败育彻底,花药干瘪,无花粉;可育株花蕾饱满,花瓣侧叠,呈黄色,雌蕊和雄蕊均发育正常,花粉充足(图1)。幼苗长势旺,半直立;叶片呈绿色,有裂叶;茎秆粗壮,有蜡粉。在6 000株/667 m2栽培密度下,成熟植株(图2)高约198 cm,一次有效分枝数约11.0,主序长约71 cm,主序角果数约87个,主序着果密度1.11.4个/cm,千粒质量约4.05 g,单株有效角果数约560个,每角粒数约17.0,单株产量约34 g,籽粒呈黑褐色;除主序着果密度较低外,其他产量性状均较好,整体优于S45AB、156AB、L7AB(表2),表现出良好的丰产性。在连续4年(20132016年)品质检测中,LY
24、31AB芥酸质量分数均低于1%,硫苷质量摩尔浓度均低于40 mol/g,芥酸和硫苷的4年平均值为0.11%和28.6 mol/g。2.2 LY31AB育性遗传连续 3 年(20132015 年)调查 LY31AB 育性情况发现,不育株与可育株分离比例均接近 1 1(表3),不育株套袋自交均不结实,表明LY31AB不育性状遗传稳定且不育程度彻底。2021年春将4个自交系与LY31AB杂交,2022年春调查发现,F1均为可育(表4)。2023年春调查统计F2育性分离情况发现,LY31ABL1008、LY31ABLY07、LY31AB101B组合的可育株与不育株分离比例均接近3 1,LY31ABL0
25、123组合的可育株与不育株分离比例接近15 1(表4),表明LY31AB不育性状受细胞核内双隐性重叠基因控制,只要有一个基因杂合即可恢复育性。从LY31AB育成过程可知,蜀杂6号是其源头亲本之一,蜀杂6号母本156AB由S45AB转育而来12,S45AB不育性状受2对隐性重叠基因调控13-14,而LY31AB不育类型与S45AB相同,表明LY31AB不育系统源于S45AB。2.3 LY31AB不育基因初定位利用Bnapus50K基因芯片对LY31AB的可育株DNA 混 池(LY31AB-keyu)和 不 育 株 DNA 混 池(LY31AB-buyu)进行全基因组检测,共获得26 204个高质
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