一种防花粉漂移的水稻育种方法.pdf

本发明公开了一种防花粉漂移的水稻育种方法：将水稻生殖隔离基因导入水稻，使异花授粉后的杂种F1在大田条件下无法正常生长；从而达到阻止花粉漂移的目的，保证水稻种子纯度。水稻生殖隔离基因可选用能产生以下性状的基因中的任意一种：杂种弱势、杂种致死、杂种崩坏、杂种不育及杂种衰退。

1、  一种防花粉漂移的水稻育种方法，其特征在于：将水稻生殖隔离基因导入水稻，使异花授粉后的杂种F₁在大田条件下无法正常生长；从而达到阻止花粉漂移的目的，保证水稻种子纯度。

2、  根据权利要求书1所述的防花粉漂移的水稻育种方法，其特征在于，所述水稻种子的育种为以下方法中的任意一种：二系、三系杂交稻制种；杂交亲本的不育系、保持系和恢复系的繁种；常规稻和转基因水稻的繁种。

3、  根据权利要求书2所述的防花粉漂移的水稻育种方法，其特征在于：所述水稻生殖隔离基因是能产生以下性状的基因中的任意一种：杂种弱势、杂种致死、杂种崩坏、杂种不育及杂种衰退。

4、  根据权利要求书3所述的防花粉漂移的水稻育种方法，其特征在于，所述水稻生殖隔离的基因型是秘鲁水稻jamaica中的AAbb型。

5、  根据权利要求书1、2、3或4所述的防花粉漂移的水稻育种方法，其特征在于：所述生殖隔离基因导入的方法包括杂交、测交、回交或转基因。

6、  根据权利要求书5所述的防花粉漂移的水稻育种方法，其特征在于：所述花粉漂移包括水稻花粉的漂入、漂出，或者转基因水稻的外源基因逃逸。

一种防花粉漂移的水稻育种方法
技术领域
本发明属于水稻种子的生产方法领域。具体的说，本发明涉及一种利用水稻生殖隔离机制，来免除人工去杂，防止花粉漂移，保证水稻种子纯度和防外源转基因逃逸的育种新方法。
背景技术
20世纪70年代我国水稻杂种优势利用的成功，使水稻单产在矮化育种的基础上又提高了20％左右，取得了巨大的社会和经济效益。目前杂交稻的制种方法主要有二系和三系法，而杂交稻种子的纯度直接决定了杂种优势能否在生产上推广应用；因此为防止外源花粉窜入，保证杂种纯度，每年在制种隔离工作上都要花费大量的人力、物力和财力。
植物转基因技术是20世纪生命科学领域最引人瞩目的成就之一。自1983年首例转基因作物问世以来，全球范围转基因作物的种植面积和销售收入大幅增长。但外源基因的逃逸及其可能引发的环境风险是转基因安全的核心问题，水稻的遗传特性及其栽培和地理分布表明：转基因水稻在栽培稻和野生近缘种间存在基因漂流的重大潜在风险。
在自然界中，由于各方面的原因，亲缘关系接近的类群之间在自然条件下不交配，即使能交配也不能产生后代或不能产生可育性后代的隔离机制，这种现象被称为生殖隔离。生殖隔离可分为受精前生殖隔离和受精后生殖隔离，后者主要包括杂种弱势、杂种致死、杂种崩坏、杂种不育及杂种衰退等，通常表现为杂种F1的许多性状远不如其亲本，不能结实或杂种完全不育，甚至不能存活。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种防花粉漂移的水稻育种方法，该方法利用水稻生殖隔离机制，从而起到保证水稻种子纯度和防外源转基因逃逸的作用。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种防花粉漂移的水稻育种方法：将水稻生殖隔离基因导入水稻，使异花授粉后的杂种F₁在大田条件下无法正常生长；从而达到阻止花粉漂移的目的，保证水稻种子纯度。
作为本发明的防花粉漂移的水稻育种方法的改进：水稻种子的育种为以下方法中的任意一种：二系、三系杂交稻制种；杂交亲本的不育系、保持系和恢复系的繁种；常规稻和转基因水稻的繁种。
作为本发明的防花粉漂移的水稻育种方法的进一步改进：水稻生殖隔离基因是能产生以下性状的基因中的任意一种：杂种弱势、杂种致死、杂种崩坏、杂种不育及杂种衰退。
作为本发明的防花粉漂移的水稻育种方法的进一步改进：水稻生殖隔离基因是秘鲁水稻jamaica中的AAbb型(该生殖隔离基因两位点命名为HWC1和HWC2，为方便输写，以下均用A代表HWC1，a代表hwc1，B代表HWC2，b代表hwc2)。
作为本发明的防花粉漂移的水稻育种方法的进一步改进：生殖隔离基因导入的方法包括杂交、测交、回交或转基因。
作为本发明的防花粉漂移的水稻育种方法的进一步改进：花粉漂移包括水稻花粉的漂入、漂出，或者转基因水稻的外源基因逃逸。
本发明的发明人充分利用了秘鲁水稻品种jamaica与大多数粳稻品种(例如C堡、武运粳7号、春江06、日本晴)能出现显性杂种弱势现象(如图1)、在发芽初期就表现出明显根弱的特点；上述杂种在充足的阳光和营养条件下，能够形成一到两个有效分蘖，并能少量结实；但是在大田下由于没有竞争力将自然死亡。根据对秘鲁水稻品种jamaica相关的遗传分析发现：jamaica与大多粳稻品种含有不同的生殖隔离基因位点，为特异的AAbb型代替，大多常规粳稻则为aaBB型；因此当两位点或两位点中的任何之一隐性纯合(AAbb、Aabb、aaBB、aaBb、aabb)时生长正常，当两位点均显性纯合或显性杂合(AABB、AABb、AaBb、AaBB)时，表现出杂种弱势。
本发明属于一种水稻种子生产防杂保纯的新方法，其将生殖隔离基因导入杂交稻的两系、三系及常规稻和转基因水稻中，一旦花粉发生漂移，将在F₁造成杂种弱势、致死、崩坏、不育及衰退等；该F₁既使存活，在大田条件也会因为没有竞争力而自然死亡，从而达到防杂保纯，防止外源转基因水稻基因漂流的目的。
综上所述，本发明涉及一种利用水稻生殖隔离机制的育种新方法，其能用于免除人工去杂、防止花粉漂移，从而保证水稻种子纯度和防外源转基因逃逸。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1是本发明的Jamaica与C堡产生的显性杂种弱势对比图；图中F₁代表Jamaica与C堡的F₁代杂种。
具体实施方式
实施例1、一种防花粉漂移的水稻育种方法，用于三系粳型杂交稻的制种防杂，具体内容如下：
1、采用杂交、测交、回交的方法将秘鲁水稻jamaica中的杂种弱势基因导入三系粳型杂交稻中的恢复系、不育系和保持系中，使该生殖隔离位点的基因型由aaBB型替换成AAbb型。依次进行以下步骤：
①、将秘鲁水稻品种Jamaica与恢复系C堡、保持系武运粳7号杂交后获得显性弱势的F₁。由于Jamaica植株较高，我们在F₂群体中挑选株叶形态好的植株继续和C堡、武运粳7号回交，在对应的回交F₁中将有三种表型：一种是全为弱势；另一种是一半弱势一半正常；还有一种全为正常。收取其中弱势的种子，在其分离后代中选取一系列的优良植株(可按步骤①连续回交，挑选出与亲本相似的株系)。
②、将步骤①所得的优良植株再与武运粳7号A进行测交，凡能在F₁出现杂种弱势的株系，表明该株系含有Jamaica中的杂种弱势基因。同时通过与武运粳7号A测交F₁的花粉育性选择出恢复系和保持系。
③、将步骤②所得的恢复系和保持系分类，其中F₁均为弱势的为显性纯合，表明该株系含有纯合的AAbb，而出现一半弱势一半正常的则为Aabb型。纯合的AAbb型可直接应用，而杂合的Aabb型，株系需在自交后代中用步骤②鉴定出纯合的AAbb型。
④、将挑选出的株系连续自交，获得了带AAbb基因型稳定的恢复系和保持系，将该保持系与武运粳7号A杂交获得弱势不育的F₁，继续用保持系与该F₁回交，在BC₁F₁中将出现一半弱势一半正常，这时正常植株的基因型为AAbb和Aabb两种，花粉镜检后，挑选败育完全的与保持系回交多代后获得不育性稳定的不育系。
2、分析该三系粳型不育系的周边有哪些品种的粉源，即锁定外源花粉。
3、然后用jamaica分别与作为外源花粉的上述品种杂交，从而分别确定jamaica与该品种是否产生杂种弱势。
4、当确定这些外源花粉能产生杂种弱势后，再将步骤1)所得的AAbb型三系粳型不育系在制种区内进行大面积种植。
5、当制种区一旦含有aaBB粉源漂入，该aaBB粉源会与改良后三系粳型杂交稻(即AAbb型)结合产生AaBb型，也即在杂种F₁上表现为弱势。
由于杂种F₁在大田条件没有竞争力而自然死亡，从而实现保持制种区内的三系粳型杂交稻种子纯度的目的。
6、当制种区内的AAbb粉源漂出时，该AAbb粉源会与周边的aaBB外源花粉结合产生AaBb型，也即在杂种F₁上表现为弱势。
由于杂种F₁在大田条件没有竞争力而自然死亡，从而实现防止制种区内的恢复系花粉漂出的目的。
实施例2、一种防花粉漂移的水稻育种方法，用于二系粳型杂交稻的制种防杂，具体内容如下：
1、采用杂交、测交、回交的方法将秘鲁水稻jamaica中的杂种弱势基因导入两系粳型不育系和恢复系中，使二系粳型不育系和恢复系在该生殖隔离位点的基因型由aaBB型替换成AAbb型。依次进行以下步骤：
①、将秘鲁水稻品种Jamaica与两系粳型不育系7001S杂交后获得显性弱势的F₁，在F₂群体中选不育株与7001S进行回交；在分离后代中选取一系列株叶形态好，在长日高温下不育性稳定的株系(可按步骤①连续回交，挑选出与亲本相似的株系)；导入恢复系的步骤如实施例1中所示。
②、将步骤①所得的不育株系再与武运粳7号进行测交，凡能在F₁出现杂种弱势的株系，表明该株系含有Jamaica中的杂种弱势基因。
③、将步骤②所得含有不育株系分类，其中F₁均为弱势的为显性纯合，表明该不育株系含有纯合的AAbb，而出现一半正常一半弱势的则为Aabb型。纯合的AAbb型可直接应用，而杂合的Aabb型不育株系需在自交后代中用步骤②鉴定出纯合的AAbb型。
2、分析该二系粳型不育系的周边有哪些品种的粉源，即锁定外源花粉。
3、然后用jamaica分别与作为外源花粉的上述品种杂交，从而分别确定jamaica与该品种是否产生杂种弱势。
4、当确定这些外源花粉能产生杂种弱势后，再将步骤1)所得的AAbb型二系粳型不育系在制种区内进行大面积种植。
5、当制种区一旦含有aaBB粉源漂入，该aaBB粉源会与改良后的二系结合产生AaBb型，也即在杂种F₁上表现为弱势。
由于杂种F₁在大田条件没有竞争力而自然死亡，从而实现保持制种区内的二系粳型杂交稻种子纯度的目的。
6、当制种区内的AAbb粉源漂出时，该AAbb粉源会与周边的aaBB外源花粉结合产生AaBb型，也即在杂种F₁上表现为弱势。
由于杂种F₁在大田条件没有竞争力而自然死亡，从而实现防止制种区内的二系粳型不育系和恢复系花粉漂出的目的。
实施例3、一种防花粉漂移的水稻育种方法，用于防止转基因水稻基因逃逸，具体内容如下：
1)、采用杂交、测交、回交的方法将秘鲁水稻jamaica中的杂种弱势基因导入抗除草剂转基因水稻中，使该抗除草剂转基因水稻在该生殖隔离位点的基因型由aaBB型替换成AAbb型。依次进行以下步骤：
①、将秘鲁水稻品种Jamaica与含Bar基因的转基因水稻加禾212杂交获得杂种弱势的F₁。由于Jamaica植株较高，我们在F₂群体中挑选株叶形态好的植株继续和含Bar基因的转基因水稻回交，在分离群体中获得了一系列株叶型态好的植株。
②、将获得的株系用0.25％的Basta除草剂喷洒鉴定，挑选出全部成活而未被杀灭的株系。
③、将步骤②所得的植株与武运粳7号A进行测交，凡能在F₁出现杂种弱势的株系，表明该株系含有Jamaica中的杂种弱势基因。
④、将步骤③所得的株系分类，其中F₁均为弱势的为显性纯合，表明该株系含有纯合的AAbb，而出现一半正常一半弱势的则为Aabb型。纯合的AAbb型可直接应用，而杂合的Aabb型株系需在自交后代中用步骤③鉴定出纯合的AAbb型。
2)、分析该转基因的周边有哪些品种的粉源，即锁定外源花粉。
3)、然后用jamaica分别与作为外源花粉的上述品种杂交，从而分别确定jamaica与该品种是否产生杂种弱势。
4)、当确定这些外源花粉能产生杂种弱势后，再将步骤1)所得的转基因植株在所控制的制种区内进行大面积种植。
5)、当种植区一旦含有aaBB粉源漂入，该aaBB粉源会与转基因植株(即AAbb型)结合产生AaBb型，也即在杂种F₁上表现为弱势。
由于杂种F₁在大田条件没有竞争力而自然死亡，从而实现保持制种区内的转基因种子纯度的目的。
6)、当转基因植株的AAbb粉源漂出时，该AAbb粉源会与周边的aaBB外源花粉结合产生AaBb型，也即在杂种F₁上表现为弱势。
由于杂种F₁在大田条件没有竞争力而自然死亡，防止转基因水稻基因逃逸。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。