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第28卷 第3期 作　物　学　报 V ol. 28, N o. 3
2002 年5月 310～ 314页 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA pp. 310～ 314　M ay, 2002
水稻光敏核不育基因 pm s3的精细定位Ξ
李香花　王伏林3 　陆　青　徐才国
(华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室, 湖北武汉 430070)
摘　要　为了进一步研究水稻晚粳品种农垦58转变为光敏核不育水稻农垦58S 的突变位点, 并精细定位光敏不育基因
pm s3, 我们利用农垦58Sö1514杂交组合的 F 1进行花药培养构建了一个DH 群体, 验证了在该群体中光敏不育受 pm s1、
pm s3两对基因的控制, 并根据分子标记分析选择第12染色体是1514基因型、第7染色体农垦58S 基因型的DH 系DH 80
与农垦58S 杂交构建一个 pm s3光敏不育单基因分离的群体。根据 F 3家系的育性分离情况推测出 F 2的基因型, 结合分子
标记分析进一步验证了 pm s3在第12染色体上的位置, 并将其定位在R FL P 标记M 36和R Z261之间, 与两标记的遗传距
离分别为1. 5 cM 和3. 05 cM , 为启动 pm s3区域的染色体步查打下了基础。同时还比较分析了R FL P 标记在DH 群体及
F 2群体中的分离情况, 发现第12染色体上 pm s3区域在 F 2群体中正常分离的多个标记在DH 群体中发生了严重的偏分
离, 另外还发现DH 群体第3、7、11染色体上的标记也发生了偏分离。
关键词　光敏核不育水稻; 花药培养; 偏分离; 基因定位; R FL P 标记
中图分类号: S511. 032　　　文献标识码: A
F ine M apping of PSGM S Gene pm s3 in R ice (O ryza sa tiva L. )
L I X iang2H ua　WAN G Fu2L in3 　LU Q ing　XU Cai2Guo
(S tate K ey L aboratory of C rop Genetic Im p rovem ent, H uazhong A g ricultural U niversity , H ubei, W uhan, 430070)
Abstract　 In o rder to determ ine the p recise location of pm s3 gene w h ich induce N ongken58 (N K58) to PSGM S
N ongken58S (N K58S) , a DH population w as constructed by culturing F 1 an thers of N K58Sö1514. A line
DH 80, w h ich w as on ly w ith PSGM S gene pm s1, w as selected to cross w ith N K58S fo r constructing a
segregation population on ly in pm s3 locus. Segregation of R FL P m arkers w as compared betw een DH and F 2
populations. A nd the results show ed that severalm arkers clo se to pm s3 on ch romosom e 12 norm ally segregated
in F 2 population show ed obviously disto rtion segregation in DH population. M eanw h ile, som e m arkers on
ch romosom e 3, 7 and 11 in DH population also segregated disto rtedly. T he geno types fo r every F 3 fam ily w ere
determ ined by analysis of fertility segregation. A nd then the location of pm s3 and distances betw een R FL P
m arkers and pm s3 w ere p recisely calculated. T he gene pm s3 is located betw een M 36 and R Z261, but m uch
closer to M 36.
Key words　PSGM S (pho to2sensitive gen ic m ale sterile) rice; A n ther culture; M arker segregated disto rtion;
Gene location; R FL P s
　　70年代初在湖北发现的光敏核不育水稻具有长
日照条件下表现雄性不育, 短日照条件下能够恢复
雄性正常可育的特点[ 1 ] , 因而不但在水稻杂交育种
中可以“一系两用”: 长日条件下作为不育系配制杂
交种子、短日条件下作为保持系自交繁殖, 同时也
为探讨植物雄性不育的机理提供了宝贵的生物学材
料。大量的研究表明, 以光敏核不育水稻农垦58
(简称N K58S) 为材料与大多数品种杂交, 后代表
现两对基因的分离。将农垦58S 与正常农垦58 (简
称N K58) 杂交, 后代表现一对基因的分离[ 2 ]。近年
光敏核不育水稻的基因定位取得了很大的进展, 分
别定位了位于第7和第12染色体上的光敏核不育Ξ 基金项目: 国家863高科技计划 (Z16202202)和美国洛氏基金资助。
作者简介: 李香花 (19672 ) , 女, 汉族, 河南遂平人, 高级工程师, 硕士学位。研究方向: 水稻分子生物学。
　 3 现在工作单位: 浙江省农业科学院。
Received on (收稿日期) : 2001204216; A ccep ted on (接受日期) : 2001207220

基因pm s1、pm s3[ 3～ 6 ] , 并确定了位于第12染色体
上的pm s3是引起 N K58转变为 N K58S 的突变位
点[ 6 ]。
由于光敏不育属于生态不育型, 育性受环境条
件影响较大, 最好能有永久群体 (如DH 群体、R IL
等) 供多年、多点考查, 才能获得准确的表现型数
据。同时在大多数组合中光敏不育受两对隐性基因
的控制, 两对基因的分离及背景的影响使得难以根
据表现型准确判定 pm s3 位点的基因型, 而在
N K58SöN K58组合中又因为背景不分离而无法对
pm s3位点进行定位分析, 所以为了验证并精细定位
pm s3, 需构建 pm s3单基因分离而该区域分子标记
多型性又较高的新群体。
遗传座位的等位基因的偏分离是较普遍的现
象, 人们利用不同的群体[ 7～ 10 ]发现水稻12条染色体
上都存在有分子标记偏分离的区域, 并且大部分偏
分离的区域与已知的配子体基因或不育基因相重
叠, 因而认为这些区域的偏分离是这些配子体基因
或不育基因引起的。Yam agish i[ 10 ]在一个籼×粳组
合中发现1、3、7、10、11、12染色体上的一些区域
的R FL P 标记发生了偏分离, 并进而确定了其中位
于第1、10染色体上的两个区域与花培能力有关。
本研究利用N K58Sö1514的杂种进行花药培养
获得一个DH 群体, 同时根据分子标记分析选择理
想的DH 系与N K58S 杂交构建 pm s3单基因分离的
F 2群体及 F 3家系, 考查了各群体的育性表现及分子
标记在各群体中的分离, 多方验证光敏不育的遗传
规律并利用 F 3家系对 pm s3基因进行了精细定位。
1　材料和方法
1. 1　花药培养及D H 群体的构建
1996年夏季从N K58Sö1514杂种植株上选取小
孢子处于单核靠边期为主的新鲜稻穗经低温预处理
及消毒后, 按照何予卿等[ 11 ]的培养方法进行花药培
养及绿苗分化, 得到的绿苗经壮苗后移栽于海南大
田, 自然加倍的株系分单株套袋自交收种子, 1997
年在武汉正季种植, 将来自同一愈伤组织的材料种
植在一起, 通过考查育性、株高、生育期及其它田
间性状以及R FL P 带型等多项指标判定来自同一愈
伤组织的绿苗是否来自同一小孢子, 田间性状及室
内分析全部一致的所有株系认为来源相同, 反之,
则认为来自不同的小孢子。
1996年花培共得到288丛绿苗 (来自同一愈伤组
织的为一丛) , 最后成苗161丛。其中染色体加倍的
有86丛, 无加倍单株75丛。结合田间性状考查及室
内分子标记分析判定我们共得到一个含79个DH 系
的DH 群体。
1. 2　F2群体及 F3家系的构建
在 DH 群体中, 选取育性正常、第12染色体
pm s3区域是1514基因型、第7染色体 pm s1区域是
N K58S 基因型、其它染色体N K58S 基因型背景较
多的株系DH 80与N K58S 杂交构建 F 2群体, 1998
年正季在武汉考查各单株在长日条件下的育性, 冬
季移至海南考查短日条件下的育性并套袋自交收种
子, 于1999年夏季在武汉种植 F 3家系, 每个家系种
植20个单株, 秋季考查各株系的育性分离情况。
1. 3　育性考查
DH 群体及 F 2群体的每个单株随机收取3个稻
穗考查其结实率, 同时对DH 群体及 F 3家系在田间
目测其育性及是否有育性分离。
1. 4　D NA 的抽提及分子标记分析
DH 群体及 F 2 群体分单株收取叶片, 提取
DNA , 每个样品取DNA 2. 5 Λg 分别用B am H É、
D raÉ、E coR É、E coR Í 及H indË 等五种限制内切
酶消化。DNA 的抽提、消化、电泳、转膜及分子杂
交均按本室常规方法进行[ 12 ]。R FL P 标记采用M ei
等[ 6 ]从306个 R FL P 探针[ 13, 14 ]中筛选到的分布于水
稻12条染色体上的34个在亲本间有多型性的标记对
DH 群体及 F 2群体进行分析。其中第1、2、3、4、5、
6、8、9染色体上都只有一个标记, 第10、11染色体
各有两个、第7染色体上有4个、第12染色体上有18
个标记。
2　结果与分析
2. 1　D H 群体及 F2群体的育性分离
根据M ei 等[ 5 ]的研究, N K58Sö1514组合中光
敏不育受两对隐性基因的控制, 即位于第7染色体
上的 pm s1和位于第12染色体上的 pm s3, 理论上该
组合 F 1在这两个位点上可产生比例相等的4种类型
的小孢子, 其中只有 pm s1pm s3类型的小孢子经过
花药培养产生的DH 系才是光敏不育的, 应占DH
群体的1ö4, 其它株系在长日下均应正常可育。
1997、1998连续两年我们对DH 群体的结实率进行
了室内考种, 发现育性呈现明显的双蜂分布, 以双
蜂之间的断点为界限, 将群体划分为可育和不育两
部分, 二者之间的分离符合DH 群体两对基因3÷ 1
1133期　　　　　　　　　　　　　李香花等: 水稻光敏核不育基因 pm s3的精细定位　　　　　　　　　　　　　　　　　　

的理想分离比 (表1) , 再次证实了在本组合中光敏
不育受两对隐性基因的控制。同时还利用第7染色
体及第12染色体上的分子标记对DH 群体的育性进
行了单因子方差分析和双因子方差分析, 进一步证
实了分别位于第7和第12染色体上的 pm s1、pm s3的
存在及它们的效应。
表1　DH 群体及 F2群体的育性分离
Table 1　Segregation of fertil ity in DH and F2 populations
群体
Population
总株数
Total no. of p lants
可育株数
No. of fertile p lants
不育株数
No. of sterile p lants
期望比
Expected ratio ς2 P value
DH lines 77 59 18 3÷1 0. 039 P> 0. 75
F2 280 206 74 3÷1 0. 233 P> 0. 5
　　1998年我们还考查了农垦58SöDH 80的 F 2群体
的育性分布, 同样发现其育性呈现双蜂分布, 且育
性分离符合一对基因3÷1的分离比 (表1)。
2. 2　利用 F3家系对 pm s3位点的再分析
为了利用更多的信息对 pm s3基因进行精细定
位, 我们在利用 F 2群体对 pm s3分析的同时, 将所
有的 F 2稻蔸移至海南以考查其育性并收取套袋自
交的种子, 于1999年正季在武汉种植其 F 3家系。根
据每个家系20个单株的育性表现来判别 F 2单株
pm s3位点的基因型: 若20个单株全部可育, 则认为
其 pm s3位点是纯合可育基因型; 若20个单株中既
有可育单株又有不育单株, 则认为其 F 2 pm s3位点
是杂合的; 若所有单株全部不育, 认为 F 2是纯合不
育基因型。据此, 我们发现在226个 F 3家系中共有
57个可育家系、115个分离家系及54个不育家系,
极显著符合1÷ 2÷ 1的一对基因的分离比 (ς 2 = 0.
1504, P> 0. 90) , 不仅与 F 2单株育性十分吻合, 同
时还澄清了个别不好判别育性的 F 2单株的育性表
现, 通过 F 3家系的分析明确了 F 2的基因型。
根据203个 F 2单株的R FL P 带型及 F 3家系育性
表现推测各 F 2单株 pm s3位点的基因型, 比较分析
各株系基因型及其两侧的分子标记的带型, 利用该
群体的所有交换单株 (表2) 推算出各标记与 pm s3的
相对位置并计算出各标记与 pm s3的遗传距离 (图
1)。可以看出, pm s3位于R Z261与M 36之间, 其中
与 C751有13个交换株系, 与 R Z261有12个交换株
系, 而与另一侧的标记M 36之间只有6个交换株系。
pm s3与 C751、R Z261及M 36的遗传距离分别为3.
31 cM、3. 05 cM 和1. 50cM , 从而完成了 pm s3的精
细定位。同时可以看出由于 F 2极端不育交换株较
少, 无法区分其距离基因远近的标记 R Z261和
C751, 在 F 3家系中因发现了一个交换株系而可将
二者区别开来, R Z261比C751更靠近 pm s3。
表2　F3家系中 RFLP 标记与 pm s3基因发生交换
的所有类型及株系数
Table 2　Types and numbers of F3 fam il ies in which crossover
between RFLP markers and pm s3 gene occurred
F2育性
Fertility
of F2 p lants
F3家系育性
Fertility
of F3 fam ilies
株数
No. of
p lants
分子标记基因型
Genotype of m arkers
C751 RZ261 M 36
不育 不育 2 H H A
不育 不育 2 A A H
可育 可育 4 B B H
可育 可育 6 H H B
可育 分离 3 B B H
可育 分离 1 A A H
可育 分离 1 B H H
　A : 农垦58S 基因型; B: DH 80 基因型; H: 杂合基因型　A :
Genotype of N K58S; B: Genotype of DH 80; H: Heterozygous
图1　利用N K58SöDH 80组合的 F3家系对 pm s3的定位
F ig. 1　The location of pm s3 determ ined w ith
F3 fam ilies of N K58SöDH 80
2. 3　RFL P 标记在D H 群体及 F2群体中的分离
花培植株来自于 F 1的雄配子, 没有经过雌雄配
子的受精作用, 因而在该群体中每个标记均应无杂
合带型而是父母本的带型之一, 且应符合1÷ 1的分
离比。通过用34个R FL P 标记对加倍后的花培株系
进行分析, 未发现任何株系呈杂合带型, 说明所有
213　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　作　　物 　　学　　报　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　28卷

的花培植株都是由小孢子发育而来。ς 2测验发现:
第1、2、4、5、6、8、9、10等染色体上的R FL P 标记
父母本带型出现的比例均符合1÷ 1的理想分离比,
第3、7、11染色体上都检测到一个标记发生了偏分
离且全偏向1514基因型, 它们分别是R Z987、C451
及R G1094, 而第12染色体上 pm s3区域几乎所有的
标记都发生了偏分离, 并且全部偏向N K58S 基因
型 (见表3)。为了分析 R FL P 标记发生偏分离的原
因, 我们又考查了在花培群体中发生严重偏分离的
第12染色体上的 R FL P 标记在N K58SöDH 80组合
的 F 2群体中的分离情况 (表3) , 结果发现第12 染色
体上的所有标记基因型均符合A ÷H ÷B = 1÷2÷1的理
想分离比, 无一发生偏分离。同时我们查阅了梅明
华等 (1999, 私人交流) 的N K58Sö1514组合的 F 2群
体该区段分子标记的分离情况, 同样发现无一标记
发生偏分离, 即在由第12染色体来源相同的亲本配
制的两个 F 2群体中, pm s3区域的 R FL P 标记均符
合正常的分离比, 只在DH 群体中发生了偏分离,
说明该区域的分子标记的偏分离与雌雄配子的选择
及合子后选择无关, 而与花培过程对雄配子的选择
有关, 即该区域可能存在着与花培有关的基因位
点。
表3　RFLP 标记在DH 群体中的偏分离情况
Table 3　D istorted segregation of RFLP markers in DH l ines
标记
M arkers
染色体
Chromosom es
群体大小
Total no. of p lants
株数分布 P lant distribution
A B
期望比
Expected ratio ς2 P value
RG341 12 79 57 22 1÷1 15. 5 P< 0. 005
RG457 12 79 60 19 1÷1 21. 27 P< 0. 005
R2708 12 78 55 23 1÷1 13. 1 P< 0. 005
RG543 12 78 50 28 1÷1 6. 21 p< 0. 025
RZ987 3 79 29 50 1÷1 5. 58 p< 0. 025
C451 7 79 29 50 1÷1 5. 58 p< 0. 025
RG1094 11 79 24 55 1÷1 12. 16 P< 0. 005
　A : 农垦58S 基因型; B: 1514 基因型; H: 杂合基因型。A : Genotype of N K58S; B: Genotype of 1514; H: Heterozygous
2. 4　D H 群体 pm s1、pm s3区域分子标记组合的分
离情况
由于DH 群体中育性表现符合两对隐性基因的
理想分离, 而 pm s3区域分子标记却发生了严重的
偏分离, 所以我们进一步考查了 pm s1、pm s3区域
分子标记组合的分离情况。由于 pm s1、pm s3分别
位于第7和第12染色体上, 二者独立遗传, 因而两
区域的分子标记在DH 群体中两亲本的带型共有4
种组合可能, 且应符合1÷ 1÷ 1÷ 1的分离比。分别
以R G477和R 2708作为两区域的代表 , 我们考查
了DH 群体中四种组合类型的株系数目 (表4) , 发
现其偏离了理想的分离比例 , 但是可育带型组合
表4　DH 群体 pm s1、pm s3区域分子标记组合的分离
Table 4　The segregation of RFLP markers combination
on chromosome 7 and 12 in DH population
RG477 R2708
株数
No. of p lan ts
期望比
Expected ratio ς2 P value
基因型 1 B B 13 1 13. 57 < 0. 005
Geno types 2 B A 29 1
3 A B 9 1
4 A A 23 1
　A : 农垦58S 基因型; B: 1514 基因型; A : Geno type of N K58S; B: Geno type
of 1514
(即第7染色体 pm s1区域和第12染色体 pm s3区域至
少有一处是亲本1514的带型, 表4中前三项, 13+
29+ 9= 51) 与不育带型组合 (即 pm s1区域和 pm s3
区域均是N K58S 的带型, 表4中最后一项) 的株数
符合3÷1的分离比 (ς 2= 1. 153, P> 0. 25) , 与DH 群
体的育性分离结果一致。
3　讨论
光敏不育水稻育性表现不但受光照的调节, 还
受到温度等其它环境因素的影响。对于此类性状最
好能有多点或多次重复试验相互印证, 才能准确地
判定其表现型。F 2群体一般只能考查一季, 虽也可
保留稻蔸来年重复观察, 但稻蔸多次繁殖也会对性
状有所影响, 而利用DH 群体或 F 3家系就可解决这
一问题, 可用种子同时多点或多年重复, 保证了数
据的可靠性。在本研究中虽然DH 群体 pm s3区域
分子标记发生了偏分离, 但并未影响到光敏不育基
因 pm s3的定位与效应分析, 利用DH 群体得到的
结果进一步验证了M ei 等[ 6 ]利用 F 2群体得出的结
论。另外光敏不育受两对隐性基因的控制, 在 F 2群
体中大量的可育单株无法根据其表现型判定其基因
3133期　　　　　　　　　　　　　李香花等: 水稻光敏核不育基因 pm s3的精细定位　　　　　　　　　　　　　　　　　　

型, 因而只能利用极端不育株中标记与育性有交换
的单株计算每个标记与育性的遗传距离, 而利用 F 3
家系, 所有的家系都可根据其育性分离情况推测其
基因型, 进而可找出包括全部可育、育性分离及极
端不育株系中所有的标记与基因之间发生交换的株
系, 利用更多的信息定位 pm s3基因, 得到更加准确
的数据。
花培群体中分子标记的偏分离现象已有多人报
道[ 7～ 10 ], 同时与花培能力有关的一些染色体区域也
逐渐被确定[ 9, 10 ] , 这些研究大都是利用花培能力差
异较大的籼粳组合。本研究利用一粳型组合的不同
的分离群体发现在花培群体中发生严重偏分离的第
12染色体上的分子标记在 F 2随机群体中符合正常
的分离比。说明DH 群体第12染色体上该区域的分
子标记的偏分离可能与花培过程对雄配子的选择有
关, 而与雌雄配子的选择及合子后选择无关, 即该
区域可能存在着与花培有关的基因位点。与何平
等[ 9 ]利用一个籼粳组合的 F 1经过花培产生DH 群
体, 对DH 株系再次花培定位的位于第12染色体上
与愈伤诱导有关的一个Q TL 一致。同时在DH 群
体中也检测到第3、7、11染色体上的分子标记发生
了偏分离。
致谢　本文是在张启发教授的指导下完成的,
R FL P 探针由美国康奈尔大学及日本水稻基因组计
划 (R GP)提供, 在此表示感谢!
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