全 文 ：武汉植物学研究 2000, 18( 6) : 449～453
Journal of Wuhan Botanical Research
光敏核不育水稻恢复基因对数和等位性研究
谢国生 张端品 谢岳峰
(华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室 武汉 430070)
提 要 以不同遗传背景和熟期的9个粳型恢复系相互间和与农垦58S配制杂交组合, 1997～
1999 年研究了农垦 58S 光敏核不育基因的遗传规律。结果表明,供试恢复系均携带恢复农垦
58S 光敏核不育性的 1 对或 2对主效显性基因。T 984 和农垦 58 的 1 对主效恢复基因等位。其
它 7 个恢复系携带 2 对等位的主效恢复基因, 暗示农垦 58S 的光敏核不育性涉及到 2对隐性
基因, 遗传背景仅影响微效基因的表达和分离。
关键词 水稻光敏核不育系, 恢复系, 等位性, 结实率
中图分类号: S 511; S330 文献标识码: A 文章编号: 1000-470X ( 2000) 06-0449-05
STUDY OF THE NUMBER AND ALLELISM OF
RESTORING GENES IN PHOTOPERIOD SENSITIVE
GENICMALE STERILE RICE
Xie Guosheng Zhang Duanpin Xie Yuefeng
( N ational K ey L aboratory of Crop Genet ic Imp rov ement, H uazhong A gr icul tural Univ ersity Wuhan 430070)
Abstract Nine japonica resto ring lines w it h differ ent backg round and gr ow th duration w ere
used t o hybr idize w it h Nongken 58S, during 1997～1999, the autho rs explor ed the number
and allelism o f majo r genes to r estor e the fert ility of photoper iod sensitiv e g enic male-st erile
line Nongken 58S. T he r esults show ed that , all o f r estor ing lines tested possessed one or tw o
pair s o f dominant genes. Fur thermore, T 984 had one pair o f resto ring genes as Nongken 58S
did, how ever , all o f the o ther seven lines conferr ed tw o pairs of dominant fer tile r esto r ing
genes, it suggest ed that, Nongken 58S possessed t wo pair s o f r ecessiv e male st erile genes, the
genetica l backgr ound modify the disjunction and expression of minor genes on w ell.
Key words Photoperiod sensitive genic male-sterile line, Restoring line, Allelism, Seed-setting r ate
前人对光敏核不育水稻农垦 58S 的遗传和基因定位表明, 农垦 58S 的光敏核不育性
主要受 2对主效隐性基因控制, 也受微效多基因的修饰作用〔1〕。也有研究表明,早粳品系
与农垦 58S 杂交时,其育性分离较复杂,偏离 2对基因的分离规律〔2～4〕。而且, 农垦 58S 光
收稿日: 2000-03-07,修回日: 2000-05-23。第一作者:男, 1966年10月生,讲师,在职博士生,主要从事光敏核不
育水稻的遗传育种研究。
863高技术项目资助(编号: BH001-05)。
敏核不育基因定位结果也涉及到 5, 7和 12等 3条染色体。不同遗传背景恢复系与农垦
58S 的育性基因存在差异而导致遗传和基因定位结果的不同。为此, 作者于 1997～1999
年在武汉夏季自然长日高温条件下,以农垦 58S和 9个不同来源不同成熟期的粳型恢复
系为材料,探讨了恢复系恢复基因的对数。在此基础上,研究了恢复基因的等位性,以推断
农垦58S 光敏核不育主效不育基因的对数,为光敏核不育主效基因的定位奠定基础。并为
光敏核不育系的转育和应用提供指导性的资料和依据。
1 材料与方法
1. 1 材料
不同成熟期的粳型恢复系( Ory z a sativa subsp. j ap onica)早粳: 早粳911( a) , 早沙粳
( b) ,巴利拉( c) ;中梗:农虎26( d) , C18( e) ,芦苇稻( f ) ; 晚粳: T984( g ) , P23( h)和农垦58( i)。
光敏核不育系农垦58S( j) ( Ory z a sativa subsp. j ap onica)。括号中字母为各品系代号。
1. 2 方法
配组方式: 1997年夏在武汉以农垦 58S 为母本,分别与各恢复系配组, 1997年冬在海
南陵水种植 F 1,与农垦 58S回交获得 BC1F 1种子,自交获得 F2种子。1998年 5月 6日在
武汉播种, 6月 4日移栽,单本种植所有材料和杂种后代,以 BC1F1 和 F2育性分离表现分
析各恢复系恢复基因对数。
表 1 恢复系和农垦 58S/恢复系 F1 的育性表现
Table 1 Fert ility per formance o f fer tile-r est or ing lines
and their po llinated w ith Nongken 58S
品系或组合
Variety or
com bination
播种期
(月/日)
Sow ing date
( month/ day)
抽穗期
(月/日)
Heading date
( mon th / day)
平均结实率
Mean seed-set t ing
rate
( X±Sn-1) ( % )
t
j 5/ 6 8/ 15 0. 25±0. 86
a 5/ 6 7/ 25 78. 54±9. 26 1. 20
j/ a 5/ 6 8/ 6 73. 28±10. 26
b 5/ 6 7/ 25 72. 28±10. 49 0. 89
j/ b 5/ 6 8/ 8 68. 38±9. 37
c 5/ 6 7/ 28 80. 54±6. 75 0. 43
j/ c 5/ 6 8/ 10 78. 39±14. 28
d 5/ 6 8/ 4 72. 82±10. 39 0. 25
j/ d 5/ 6 8/ 14 74. 39±16. 92
e 5/ 6 8/ 2 74. 36±7. 45 0. 51
j/ e 5/ 6 8/ 14 76. 82±13. 38
f 5/ 6 8/ 6 68. 45±12. 48 0. 08
j/ f 5/ 6 8/ 20 65. 38±15. 39
g 5/ 6 8/ 20 72. 44±10. 95 0. 65
j/ g 5/ 6 8/ 26 75. 39±9. 23
h 5/ 6 8/ 20 78. 36±12. 62 0. 02
j/ h 5/ 6 8/ 18 78. 81±8. 28
i 5/ 6 8/ 22 78. 72±14. 58 0. 29
j / i 5/ 6 8/ 26 80. 36±10. 46
1998年夏在武汉按早粳×早
粳、早粳×中粳、早粳×晚粳、中
粳×中粳、中粳×晚粳、晚粳×
晚粳方式互交, 获得单交 F1 种
子, 1998年冬在海南陵水种植
单交F 1, 与农垦58S杂交获得三
交 F 1, 自交获得单交 F 2 种子。
1999年 5月 6 日在武汉播种, 6
月 4日移栽, 单本植。以单交 F2
和三交 F1育性分离表现判断各
恢复系恢复基因等位性。
成熟时考种每单株取主穗和
第一次分蘖穗,计算平均自然结
实率。并进行相应的统计分析。
2 结果与分析
2. 1 不同成熟期粳型恢复系主
效恢复基因对数的确定
2. 1. 1 恢复系及其与农垦 58S杂交 F1育性表现
由表 1 结果可知, 各不同恢复系平均自然结实率均高于 60% , 其结实率范围为
68. 45%～80. 54%。农垦 58S 的平均自然结实率为 0. 25% ,恢复系与农垦 58S 杂交F 1结
450 武汉 植 物学 研究 第 18卷
实率也高于 60%,其结实率范围为 65. 38%～80. 36%, t测验表明,均小于 t 9, 0. 01= 3. 25,
即各恢复系和其与农垦 58S杂交 F1 育性差异不显著。因此, 供试粳型恢复系均具有显性
可育恢复基因,农垦 58S 具有隐性光敏核不育基因。
2. 1. 2 恢复系与农垦 58S杂交后代育性分离
表 2 恢复系与农垦 58S杂交后代育性分离 2 测验
Table 2 Chi-squar e test on fer tilit y segr egaton of po st erity fr om
Nongken 58S cr ossed w ith fer tilit y r est or ing lines
组 合
Combinat ion
不育临界值( % )
S teril e threshold
valu e
不育株数
No. of s terile
plants
可育株数
No. of fertil e
plants
2 P
j/ a F2 10 12 201 0. 0529 > 0. 90
j/ / j/ a 10 27 70 0. 2784 0. 50～0. 75
j/ bF2 10 13 255 0. 6726 0. 25～0. 50
j/ / j/ b 10 23 54 0. 7316 0. 25～0. 50
j/ c F2 15 15 261 0. 1894 0. 50～0. 75
j/ / j/ c 15 18 43 0. 4426 0. 50～0. 75
j / d F2 10 14 239 0. 1162 0. 50～0. 75
j/ / j/ d 10 17 49 0. 0212 0. 75～0. 90
j/ e F2 15 14 270 0. 6347 0. 25～0. 50
j/ / j/ e 15 2 46 0. 3678 0. 50～0. 75
j/ f F2 15 18 240 0. 1251 0. 50～0. 75
j/ / j / f 15 18 42 0. 5556 0. 25～0. 50
j / g F2 10 14 264 0. 5074 0. 25～0. 50
j/ / i/ g 10 18 46 0. 1875 0. 50～0. 75
j /h F2 10 48 170 0. 8807 0. 25～0. 50
j / / j/ h 10 36 49 1. 6941 0. 10～0. 25
j / i F2 10 80 258 0. 2959 0. 50～0. 75
j/ / j/ i 10 49 54 0. 1553 0. 50～0. 75
各恢复系与农
垦 58S 杂 交 F2、
BC1F1育性均发生
分离。育性分离呈
连续分布,在不育
端和可育端对应
出现一个不育峰
和可育峰,两峰间
均出现一明显低
谷(图未画出)。因
此,各恢复系均存
在恢复农垦58S光
敏不育性的主效
恢复基因。而且,
农垦58S的育性恢
复也受到微效多
基因的影响。表2
中 2测验表明, 早
粳911、早沙粳、巴
利拉、农虎26、C18、芦苇稻和P23存在2对显性恢复基因, T 984和农垦58均存在1对显性恢
复基因。因此,有必要进一步分析恢复系所涉及的主效恢复基因对数和等位性。
2. 2 不同成熟期粳型恢复系主效恢复基因等位性测定
为了测定各恢复系间光敏核不育恢复基因的等位性,以不同熟期恢复系单交 F 2和与
农垦 58S 三交 F 1育性分离进行推断。假定 2个不同恢复系 V 1和 V 2分别携带 1～2对位
于不同染色体上的显性恢复基因,当其互交和与农垦 58S 三交时, 后代育性分离比例的各
种可能情形列于表 3。
由表3结果可以看出,各恢复系间单交F2育性无分离、不育株率为0, 均位于可育范围
内,且无双峰出现,不同遗传背景和熟期恢复系间不存在育性主效基因差别。考察各三交
F 1的育性分离情况, 也未发现完全不育株,说明遗传背景的分离未影响光敏核不育性主效
恢复基因表达。综合分析三交F 1和单交F 2育性考察结果,早粳911/早沙粳,早粳911/巴利
拉,早沙粳/农虎26,农虎26/ C18和C18/芦苇稻间杂交组合均符合表4中情形 , 推断可
能存在2对或3对主效显性恢复基因。而早沙粳/ T 984, 农虎26/ T 984和T 984/ P23间杂交组
合符合表4中情形 ,表明早沙粳,农虎26, P23的2对恢复基因中有1对均与T984的恢复基
因等位。而且, T 984/农垦58间杂交组合符合表4中情形! ,说明T 984和农垦58的1对主效
451 第 6期 谢国生等:光敏核不育水稻恢复基因对数和等位性研究
恢复基因等位。因此,各供试光敏核不育恢复系仅涉及到2对主效恢复基因,同时也暗示农
垦58S中存在2对控制光敏雄性核不育性的隐性主效基因。
表 3 恢复系间及其与农垦 58S杂交后代的育性分离
T able 3 The fer tility segr egat ion in gener ation of t he cr osses among f er tile r estor ing
lines as well as bet ween them and Nongken 58S
组 合
Combination
平均自然结实率 M ean nat ural seed-setting r ate( % )
10～15 15～20 20～25 25～30 30～35 35～40 40～45 45～50 50～55 55～60 60～65 65～70 70～75 75～ 80 80～85 85～90 90～95
总数
Total
a/ b F2 75 98 44 42 259
j/ / a/ b 3 11 21 35 35 55 74 72 38 10 354
a/ c F2 70 100 40 46 256
j/ / a/ c 2 5 13 24 25 51 35 27 31 11 12 10 15 261
b/ d F2 80 120 86 286
j/ / b/ d 84 72 65 44 265
b/ g F2 80 80 101 27 288
j/ / b/ g 45 54 85 42 38 264
d/e F2 120 101 79 19 296
j/ / d/e 54 55 48 54 32 25 68
e/ f F2 100 88 65 54 25 332
j/ / e/ f 4 4 7 9 13 13 29 35 21 53 41 29 258
d/ g F2 65 54 109 92 300
j/ / d/ g 4 8 12 6 14 9 27 19 32 16 25 17 18 22 14 7 244
g/ h F2 60 150 70 12 292
j/ / g/ h 45 48 54 65 54 15 281
h/ iF2 32 140 121 47 340
j/ / h/ i 25 34 120 84 64 8 335
表 4 恢复基因对数及等位性关系
Table 4 T he number and allelism o f resto ring genes
编号
No.
V 1 V 2
V 1/ V 2
F1 不育株
F1 ster ile plant
F2不育株
F2 st er ile plant
N58S/ / V 1/ V 2
三交 F1 不育株
T riple F 1 st erile plant
三交 F2 分离
Triple F2 segregat ion
恢复基因对数
N o. o f rest or ing gene
! 1 1 0 0 0 3: 1 1
∀ 1 1 0 1/ 16 1/ 4 15: 1 3: 1 2
1 2 0 0 0 15: 1 3: 1 2
# 1 2 0 1/ 64 1/ 8 63: 1 15: 1 3: 1 3
2 2 0 0 0 15: 1 2
2 2 0 0 0 63: 1 15: 1 3: 1 3
∃ 2 2 0 1/256 1/ 16 255: 1 63: 1 15: 1 3: 1 4
另一方面,表 3中三交 F 1中育性分离可明显分成 3种类型: ( 1)后代可育性分离变异
范围小,遗传背景影响小。如 j/ / a/ b, j/ / b/ d, j/ / b/ g , j/ d/ e, j/ / g / h, j/ / h/ i。( 2)后代可育性
分离变异范围大,遗传背景影响稍大,仅出现部分可育株。如 j/ / a/ c, j/ / e/ f。( 3)后代育性
分离大,遗传背景影响较大,且出现低不育株,结实率< 20%的单株频率为 8. 20%。如
j/ / d/ g。但未出现明显的两峰分离, 而接近正态分布, 故仍可认为无主效育性恢复基因的
分离,可能是遗传背景分离对恢复育性微效基因影响较大所致。若采用系统聚类法,利用
452 武汉 植 物学 研究 第 18卷
最小距离法分类亦获得同样的结果。
进一步从以上 3 类中选取 j / / a/ b( A) , j/ / e/ f ( B) , j/ / d/ g ( C )进行育性分离曲线的
Kolmogro v-Smirnov 检验。表5结果表明, A-B , A-C和B-C的 max Sn1-Sn2分别为
1. 00、0. 47和 1. 00。其差异均达显著水平,从统计学上证明了上述推论的正确性。
表 5 三交 F1 育性累加分布差异的 Kolmog ro v-Smirnov 检验
Table 5 Kolmog ro v-Smirnov t est on the accumulation fer tility seg regation o f tr iple cr osses
组合
Combi-
nation
平均自然结实率 Mean natural seed-set ting r ate %
10～15 15～20 20～25 25～30 30～35 35～40 40～45 45～50 50～55 55～60 60～65 65～ 70 70～75 75～80 80～85 85～90 90～95
A 0. 01 0. 04 0. 10 0. 20 0. 30 0. 45 0. 66 0. 86 0. 97 1. 00
B 0. 30 0. 57 0. 77 0. 93 1. 00
C 0. 01 0. 03 0. 06 0. 11 0. 13 0. 19 0. 23 0. 34 0. 42 0. 57 0. 64 0. 74 0. 81 0. 88 0. 97 0. 98 1. 00
A- B 0. 01 0. 04 0. 10 0. 10 0. 27 0. 32 0. 27 0. 14 0. 97 1. 00
A- C 0. 01 0. 03 0. 06 0. 11 0. 13 0. 19 0. 23 0. 33 0. 38 0. 47 0. 44 0. 44 0. 36 0. 22 0. 09 0. 01 0. 00
B- C 0. 01 0. 03 0. 06 0. 11 0. 13 0. 19 0. 23 0. 34 0. 42 0. 57 0. 34 0. 17 0. 04 0. 05 0. 03 0. 98 1. 00
3 讨论
本试验采用 9种不同来源、不同成熟期的粳型光敏核不育恢复系在验证光敏核不育
恢复基因对数的基础上,首次进行了恢复基因对数等位性的测定。有关恢复基因对数的遗
传结果与前人的研究相一致〔1〕,充分肯定了光敏核不育水稻光敏雄性不育性确实存在主
效基因的调控。最近, 李传友的实验〔5〕也证明了这一点。
另外,恢复基因等位性测定结果表明, 农垦 58S 的光敏核不育可能受到 2对或 3对主
效基因的控制,再追踪三交 F2 (见表 4)的不育株分离,可进一步断定恢复基因的差异对
数。作者已分离得到含1对主效基因差异的纯合隐性标记基因系, 可用于进一步的基因定
位。而且, Kolmogr ov-Smirnov 检验证明遗传背景可能影响光敏核不育基因的表达。所以,
在光敏核不育材料的转育过程中,应选择适宜遗传背景的材料,以便光敏核不育基因完全
表达。同时进行育性的遗传学研究, 这样可能会提高光敏核不育系选育的效率,加快我国
两系杂交水稻开发应用的步伐。
参 考 文 献
1 梅明华,李泽炳.粳稻品种中掩盖光敏核不育性的主效恢复基因分析.作物学报, 1995, 21( 1) : 95～101
2 孙宗修,程式华,斯华敏.光敏核不育水稻遗传研究方法的思考.遗传, 1993, 15(6) : 35～37
3 薛光行,邓景扬,赵建宗等.水稻光周期敏感雄性不育性的遗传学研究.中国农业科学, 1995, 28( 1) : 33～41
4 张晓国,朱英国.湖北光敏感核不育性遗传多态性研究.武汉大学学报(自科版) , 1992( 2) : 101～106
5 李传友,郑洪刚,翁曼丽等.光敏核不育水稻等位突变系的 AFLP 分析.生物工程学报, 2000, 16( 1) : 91～92
6 孙宗修,于永红,胡国成等.两系杂交水稻研究现状与对策.科技通报, 2000, 16(1) : 1～7
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