全 文 ：武汉植物学研究 2001, 19( 3) : 255～258
Journal of Wuhan Botanical Research
利用初级三体定位水稻光敏核不育基因
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)
Chromosomal Localization of Photoperiod Sensitive
Genic Male Sterile Genes Using Rice Primary Trisomics
XIE Guo-Sheng, ZHANG Duan-Pin, XIE Yue-Feng
( N ational K ey L aboratory of Crop Genet ic Imp rov ement, H uaz hong
A gri cultural Unive rsity, Wuhan 430070, Ch ina)
关键词: 初级三体; 定位; 水稻; 光敏核不育
Key words: Pr imary tr isomics; L ocalization; Rice; Pho toper iod sensitiv e male ster ility
中图分类号: S 511. 03 文献标识码: A 文章编号: 1000-470X( 2001) 03-0255-04
自 1973年 Ramanunjam 首次获得三体( 2n= 2x+ 1= 25)植株以来, 已报道的粳型初
级三体有日本晴 NT 和籼型初级三体 IR36、Sona、广陆矮 4号[ 1]及籼型初级三体 3037[ 2]
等。获得细胞学证据并用于定位研究的仅有日本晴三体和 IR36三体[ 3, 4]。目前,利用形态
标记和分子标记定位水稻光敏核不育基因的报道较多,且涉及到第 5、7和第 12三条染色
体[ 5, 6]。我们拟以粳型光敏核不育系为父本,台中 65初级三体为母本配组,定位光敏核不
育基因,对粳型光敏核不育基因定位结果进行验证, 以期为光敏核不育的利用与研究提供
理论依据。
1 材料与方法
粳型光敏核不育系农垦 58S( N58S)及 29130S。初级三体有日本晴系( NT )和台中 65
系( Tc65)。初级三体由日本九州大学岩田伸夫教授提供。
1997年春,在海南以 Tc65 tr iplo7, T c65 tr iplo12为母本,分别与农垦 58S 和29130S
配组。同年 5月 12日在武汉种植F 1代,根据 F 1初级三体的体细胞染色体数目和形态特
征筛选三体株,分株收种,并保留稻蔸。利用海南低温短日再次繁殖足够量的 F2 种子。
1998年5月 8日播种各相应亲本及F2 代, 1999年5月 12日播种部分F 3株系。根据F 2和
收稿日期: 2000-10-11,修回日期: 2001-04-13。
基金项目:国家“863”高技术资助项目(课题编号: 863-101-01-05)。
作者简介: 谢国生( 1966- ) ,男,讲师,在职博士生,主要从事水稻光敏核不育遗传育种研究。
F 3中二体株群分离比例是否接近三体分离, 而明显偏离于二体分离比例, 确定光敏核不
育基因的染色体归属。F2群体各单株结实率以 2穗平均自然结实率为准。
三体株的鉴定是依据三体的特征性状, 随机选取典型株采用火焰干燥压片法进行根
尖染色体数目观察。并统计自交、F1 和F 2代三体传递率。
2 结果与分析
2. 1 水稻部分初级三体生物学特征
为了利用初级三体进行光敏核不育基因的染色体定位,首先对 1997年获得的水稻初
级三体进行了生物学特征的考查,以进一步确认为对应的初级三体。表 1结果表明,随着
初级三体额外染色体的不同,其特征性状差异明显。日本晴型三体株一般较 T c65矮小,
第 5、7染色体的初级三体结实率很低,分别为1. 5%和 10. 8% 。而 NTtriplo5总粒数仅为
表 1 初级三体的部分形态特征
Table 1 Som e morpho lo gica l chara cter istics o f pr ima ry trisomics
三体系
Materials
株高( cm)
Plant h eight
穗长( cm)
Panicle length
结实率( % )
S eed-sett ing
NT dis omic 101. 20±13. 30 21. 63±0. 48 62. 34±2. 65
NT triplo5 61. 00±7. 28 11. 00±1. 41 10. 80±7. 25
NT triplo7 60. 29±5. 27 10. 28±3. 86 1. 50±1. 10
NT triplo12 98. 24±8. 14 18. 24±3. 26 48. 52±9. 37
T c65 disomic 119. 50±2. 12 23. 96±3. 56 64. 25±2. 36
NT triplo7 79. 50±7. 78 18. 50±2. 12 10. 91±1. 86
NT triplo12 89. 17±7. 25 20. 40±0. 96 37. 57±1. 09
44粒左右, 实粒数为 5粒
左右。穗长 11. 0 cm,为正
常二体株的 50. 86%。台
中 T c65型三体植株较日
本晴高, 穗也较长,结实率
也较高。故选择 T c65 的
第 7、12染色体三体系作
为光敏核不育基因定位的
材料。
2. 2 初级三体根尖染色体数目的细胞学鉴定
图 1 Tc65 初级三体根尖染色体数观察
Fig. 1 Th e observat ion of root t ip ch romosome
number fr om T c65 primary tri somics
在初级三体形态学观察的基
础上, 采用火焰干燥压片法制作了
Tc65 原始材料和 F1 初级三体根
尖染色体制片(如图 1所示)。结果
表明,台中 Tc65 triplo7可直接根
据其卷叶和结实率低、分蘖力差特
征性状进行直接选择。而台中
Tc65 triplo12特征性状淡绿叶,宜
选择适宜时期如抽穗期上部叶变
淡和割蔸再生观察综合鉴定。这也
说明细胞学观察和形态学特征是
一致的。
2. 3 初级三体中额外染色体的传递率
初级三体额外染色体传递率可依据其分别与亚种内品种间正反交时 F 1出现初级三
体的比例分别计算其通过雌雄配子的传递频率。笔者采用初级三体自交和杂交后代初级
三体出现的株数百分率估计其额外染色体传递率, 它反映了初级三体对额外染色体的忍
耐力。从表 2可以看出,随着自交和杂交世代不同, 不同初级三体额外染色体传递率也不
256 武汉 植 物学 研究 第 19卷
表 2 Tc65初级三体的额外染色体传递率
Table 2 T he transmission per cent of ex tr a
chr omosome in Tc65 primary tr isomics ( % )
材料
Materials
自交
Self ing
F1 F2 F3
变异系数
C .V .
T riplo7 12. 50 24. 10 17. 28 13. 64 23. 70
T riplo12 23. 09 21. 19 11. 77 16. 48 23. 96
同。T riplo7 的平均传递率为
16. 88% , 变异系数为 23. 70%。
Tr iplo12 的 平 均 传 递 率 为
18. 13% , 变异系数为 23. 96%。
说明杂交对第 7和第 12额外染
色体传递率的影响相似。
2. 4 光敏核不育基因的染色体定位
从表 3可以看出, T c65 12# ×N58S F2中,可育不育的 2测验表明,三体 12# 与光
敏核不育基因有关, T c65 12# ×29130S F 2群体太小,不能确定其与光敏核不育基因的关
系; Tc65 12# ×29130S F 2、T c65 12# ×N58S F 2同时偏离于 151和 35 1的分离比例,
故第 7染色体与光敏核不育基因的连锁关系在 F 2中不能确定。选取有代表性 F 2代 3个
单株继续观察 F3 株系育性分离, 进一步分析与光敏核不育基因的连锁情况。结果表明,株
系-1可育不育比例经 2测验, 接近 35 1的分离比例, 而明显偏离 15 1比例。而株
系-2、-3未发现二体不育株,说明-2、-3没有育性基因分离。
表 3 初级三体系与 29130S和 N58S杂交 F2 育性分离
T able 3 Fer tility segr egat ion o f F2 populations fr om T c65 pr imary t risomics
pollinated w it h 29130S and N58S respectiv ely
F2 代
F2 gener at ion
不育临界值(% )
Steril e
criti cal
value
三体株群
Tris omics popu lation
不育株
S terile
可育株
Fert il e
二体株群
Disom ic populat ion
不育株
Sterile
可育株
Fert ile
P 值
P value
151 351
T c65 7# / 29130S -1 10 15 2 12 89
T c65 7# / 29130S -2 10 12 7 11 68
T c65 7# / 29130S -3 10 12 8 8 80
总计 T otal 10 39 17 31 237 < 0. 05 < 0. 005
T c65 7# / N58S -1 15 6 7 4 61
T c65 7# / N58S -2 15 6 0 4 18
T c65 7# / N58S -3 15 6 0 4 17
总计 T otal 15 18 7 12 96 < 0. 005 < 0. 005
T c65 12# / 29130S-1 10 4 23 17 184
T c65 12# / 29130S-2 10 0 13 14 42
合计 T otal 10 4 36 31 226 < 0. 25 < 0. 005
T c65 12# / N58S -1 15 0 19 9 141
T c65 12# / N58S -2 15 0 17 8 297
T c65 12# / N58S -3 15 4 23 6 195
T c65 12# / N58S -4 15 0 20 3 123
总计 T otal 15 4 79 26 756 < 0. 005 0. 25～0. 50
Tc65/ 29130S 10 39 650 0. 50～0. 75
T c65/N 58S 15 28 467 0. 50～0. 75
2. 5 不同杂交 F2二体株群育性分布的同质性检验
Tc65×29130S F 2( a ) , T c65 7# ×29130S F 2( b)和 Tc65 12# ×29130S F2 ( c) , 以及
Tc65×N58S F2 ( d) , Tc65 7# ×N58S F2 ( e)和 Tc65 12# ×N58S F 2( f )进行 Sm irnov 同
质性检验。从表 4可以看出, T c65 7# ×29130S F2 的育性临界点约为 10%, Tc65 7# /
257 第 3期 谢国生等: 利用初级三体定位水稻光敏核不育基因
29130S F2 的曲线中, 第一个波谷为 15%～20%, 之后略有上升, 而后又下降, 又逐步上
升,在 70%～75%达到最高点; T c65 12# / 29130S F 2的曲线中, 第一个波谷为 10%～
15%, 然后比较缓和, 在 70%～75%间达到波峰;且 Dn, ab= 27, Dn, ac= 19, Dn, bc=
12, Dn, 0. 01= 11. 53( Dn为 Smirnov 检验统计量, Dn, ab, Dn, ac, Dn, bc分别表示两个群
体同质性检验的统计量值) , 说明群体 b与 a 和群体 c与 a 间曲线分布差异明显, 即涉及
三体 7和 12的群体育性分布较一致, 并趋向于三体分布与二体分布不一致。同理, 在
Tc65 12# / N58S F2的曲线中, 第一个波谷约为 10%～15% ,迅速上升后又出现 2个大的
波峰, 在 75%～80%达到最高点。两个对照曲线出现多个小波峰, Dn, de= 39, Dn, df=
27, Dn, ef= 16, Dn, 0. 01= 11. 53;因此,群体 e 与 d和群体 f 与 d间曲线分布差异明显,
即涉及三体 7和 12的群体育性分布较一致,亦趋向于三体分布与二体分布不一致,这倾
向于第 7和第 12染色体与光敏核不育基因有关。
表 4 杂交 F2二体株群育性分布的同质性检验
Table 4 T he identity test t o the fer tility dist ribution of F 2 disomics populat ion
0 - 5 - 10 - 15 - 20 - 25- 30 - 35 - 40 - 45 - 50 - 55 - 60 - 65 - 70 - 75 - 80 - 85 - 90 - 95*
a** 21 4 3 6 5 9 6 12 14 15 36 59 73 54 95 38 21 19 5
b 27 11 10 3 3 8 8 5 14 12 25 31 41 54 58 51 32 22 3
c 17 4 7 5 4 6 9 13 17 8 13 19 15 17 34 24 19 13 4
d 25 14 6 61 24 29 24 32 51 48 56 71 69 66 57 35 21 0 0
e 6 3 3 3 1 1 2 0 3 2 3 1 2 8 9 12 23 18 8
f 20 6 4 5 7 7 11 17 15 21 20 28 45 69 106 104 74 79 48
* 育性范围; * * 群体。* In terval of fert ilit y; * * Populat ions .
3 讨论
从理论上分析,利用初级三体定位水稻光敏核不育基因是可行的。但实际上,在操作
过程中会遇到很多困难[ 5]。如粳型三体 M、N、O高度不育, 三体 5穗短小、平均总数为 44,
实粒数为 5粒、结实率为 10. 8%。当三体作母本与光敏核不育系杂交时,很难获得足够的
分离群体供遗传分析,只能利用第 7和第 12染色体的三体验证光敏核不育基因存在与
否。在培育 F 1代时,采用 F 1稻蔸海南天然温光条件两次加代繁殖才得到大量的 F 2和 F 3
代种子。
为了排除三体本身对分离群体育性的干扰,仅统计 F 2和 F3代二体株群的育性分离。
因此, 利用初级三体定位光敏核不育基因时需要多年配制杂种, 并繁殖保证足够量的种
子,坚持多年多世代观察才能确保育性分析的可靠性。
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