一種提高水稻耐冷性的分子育種方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水稻遺傳改良與生物技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明設(shè)及一種提高 水稻耐冷性的分子育種方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水稻是重要的糧食作物，全世界約有半數(shù)W上的人口 W水稻作為主要糧食，在全 世界范圍內(nèi)均有種植。水稻是一種喜溫作物，它的生長發(fā)育對(duì)溫度非常敏感。水稻從種子發(fā) 芽到成熟的整個(gè)生長發(fā)育期間都存在低溫冷害。在芽期的冷害會(huì)導(dǎo)致延遲萌發(fā)W及萌發(fā)率 降低，阻礙成苗；在苗期，低溫會(huì)延遲秩苗生長甚至爛秩死苗，導(dǎo)致差的群體形成W及熟期 的不一致;在水稻生殖生長的敏感時(shí)期發(fā)生的冷害會(huì)使小抱子發(fā)育不良而減少花粉囊的花 粉粒從而引起不育導(dǎo)致產(chǎn)量損失。全世界有1500萬hm 2W上的稻作面積受到低溫威脅，共有 24個(gè)國家存在嚴(yán)重的水稻冷害問題，尤W南朝鮮，日本，美國和中國最為嚴(yán)重。由于冷害對(duì) 水稻大范圍的影響W及導(dǎo)致的嚴(yán)重產(chǎn)量損失，水稻的耐冷性在溫帶的水稻種植區(qū)域W及南 亞和東南亞的高海拔地區(qū)顯得非常重要。
[0003] 培育耐冷的水稻品種是減少冷害損失最有效的途徑。然而，多年的育種實(shí)踐證明 水稻耐冷性育種非常困難。由于水稻耐冷性是多基因控制的復(fù)雜性狀，而且耐冷的表型鑒 定需要特定的低溫條件。因此，W表型鑒定為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)育種方法由于無法準(zhǔn)確了解水稻 耐冷性的遺傳基礎(chǔ)，從而難W對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的選擇，水稻耐冷性育種進(jìn)展緩慢。
[0004] 生物技術(shù)的發(fā)展，特別是分子標(biāo)記技術(shù)的發(fā)展為深入了解如水稻耐冷性等復(fù)雜性 狀的遺傳基礎(chǔ)和分子育種提供了有效的工具。應(yīng)用分子標(biāo)記技術(shù)進(jìn)行水稻耐冷性遺傳基礎(chǔ) 研究方面已取得了很大的成績。鑒定出的水稻發(fā)芽期耐冷WL有70個(gè)，芽期耐冷OTL有29個(gè)， 苗期耐冷WL有98個(gè)，孕穗至抽穗期耐冷WL有59個(gè)，分布在12條染色體上（楊梯豐等， 2015)。雖然定位了大量的耐冷QTL，但是卻沒有開展耐冷WL分子育種的報(bào)道。耐冷OTL分子 育種的困難在于Q化鑒定的不精確性，W及QTL間、Q化與環(huán)境存在互作。因此，對(duì)耐冷QTL的 精確鑒定和準(zhǔn)確了解WL間、Q化與環(huán)境存在互作信息是水稻耐冷分子育種取得突破的關(guān) 鍵。
[0005] 單片段代換系為水稻耐冷QTL的分子遺傳研究和分子育種提供了優(yōu)良的材料。單 片段代換系是基因組內(nèi)部只有一個(gè)純合染色體片段來自供體親本，其它部分與受體親本相 同的品系。單片段代換系與受體親本之間的差異W及在單片段代換系之間所有可遺傳的變 異都只與代換片段上的基因（Q化)相聯(lián)系巧IJ冠明等，2004)。用單片段代換系進(jìn)行WL鑒定 消除了遺傳背景的干擾，可W進(jìn)行多重復(fù)、多點(diǎn)、多年的試驗(yàn)，提高QTL檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可W 準(zhǔn)確了解WL與環(huán)境互作的信息。利用有同一遺傳背景，攜帶有不同優(yōu)良WL的單片段代換 系進(jìn)行聚合育種，排除了遺傳背景對(duì)目標(biāo)QTL的干擾，目標(biāo)性狀聚合準(zhǔn)確，可W迅速獲得穩(wěn) 定的品系，大大減少了工作量(楊梯豐等，2010)。具有優(yōu)良遺傳背景的單片段代換系是設(shè)計(jì) 育種的好工具。由于簡化了分子育種的程序，使育種變得易于操作，基于分子標(biāo)記輔助選擇 和優(yōu)良單片段代換系的聚合育種能廣泛應(yīng)用于水稻數(shù)量性狀育種。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 基于此，為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種提高水稻耐冷性的分 子育種方法。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取了如下具體的技術(shù)方案：
[000引一種提高水稻耐冷性的育種方法，包括W下步驟：
[0009] (1 )、W耐冷性弱的水稻品系"華梗釉74"作為輪回親本，耐冷性強(qiáng)的水稻品系"南 洋占"作為耐冷基因供體，構(gòu)建W "華梗釉74"為遺傳背景的單染色體片段代換系；
[0010] (2)、對(duì)步驟（1)構(gòu)建的單染色體片段代換系進(jìn)行多環(huán)境多重復(fù)的目標(biāo)生長發(fā)育時(shí) 期的耐冷性檢測(cè)，篩選出兩份帶有穩(wěn)定耐冷WL的單染色體片段代換系Sl和S2(低溫冷處理 恢復(fù)后在多次實(shí)驗(yàn)中苗的存活率較輪回親本顯著提高的單染色體片段代換系）；標(biāo)記PSMl 和PSM2與單染色體片段代換系Sl攜帶的耐冷QTL qCTS-6緊密連鎖，標(biāo)記RM17和PSM3與單染 色體片段代換系S2攜帶的耐冷QTL qCTS-12緊密連鎖；
[0011] (3)、將步驟(2)篩選得到的帶有穩(wěn)定耐冷WL的單染色體片段代換系Sl和S2進(jìn)行 雜交，利用耐冷QTL qCTS-6和qCTS-12緊密連鎖的標(biāo)記對(duì)聚合系的Fi、F2、的代群體進(jìn)行跟蹤 篩選有目標(biāo)基因型的株系，在F2或的代得到純合的耐冷OTL聚合系；
[0012] (4)、將步驟(3)中獲得的聚合系進(jìn)行目標(biāo)生長發(fā)育時(shí)期的耐冷性評(píng)價(jià)，篩選得到 耐冷性顯著提高的優(yōu)良水稻品系。
[0013] 在其中一些實(shí)施例中，步驟(3)中所述耐冷WL的聚合系是通過SEQ ID NO: 1和SEQ ID N0:2、SEQ ID N0:3和SEQ ID N0:4、沈Q ID N0:5和沈Q ID N0:6、W及SEQ ID N0:7和 SEQ ID N0:8所示的引物對(duì)輔助篩選獲得的。
[0014] 在其中一些實(shí)施例中，步驟（1)中所述水稻輪回親本為豐產(chǎn)性狀好，品質(zhì)優(yōu)良的當(dāng) 地主推品種。
[0015] 在其中一些實(shí)施例中，步驟（1)中所述單染色體片段代換系是通過回交并結(jié)合全 基因組的分子標(biāo)記輔助選擇或低精度的全基因組測(cè)序技術(shù)構(gòu)建得到的。
[0016] 在其中一些實(shí)施例中，步驟(4)中所述耐冷性評(píng)價(jià)在人工氣候箱、冷水灌概或自然 低溫條件下進(jìn)行的。
[0017] 在其中一些實(shí)施例中，所述耐冷性評(píng)價(jià)是在日平均氣溫為11.0°C的條件下進(jìn)行 的。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下有益效果：
[0019] 1、傳統(tǒng)水稻耐冷性育種中，耐冷表型的評(píng)價(jià)，需要在特定的低溫環(huán)境和特定的時(shí) 期進(jìn)行;而本發(fā)明的提高水稻耐冷性的分子育種方法在精確鑒定出耐冷OTL的基礎(chǔ)上，利用 與耐冷OTL緊密連鎖的標(biāo)記進(jìn)行輔助選擇，使得耐冷性的鑒定和選擇簡單、快速和經(jīng)濟(jì)；
[0020] 2、本發(fā)明的提高水稻耐冷性的分子育種方法W帶有不同耐冷WL的一系列單染色 體片段代換系雜交，由于運(yùn)些單染色體片段代換系W當(dāng)?shù)刂魍破贩N為背景，僅有1個(gè)或幾個(gè) 供體染色體片段的差異，運(yùn)樣減少了對(duì)其它農(nóng)藝性狀的影響，可W迅速獲得遺傳背景優(yōu)良、 耐冷性顯著增強(qiáng)的優(yōu)良品系；
[0021] 3、本發(fā)明的提高水稻耐冷性的分子育種方法通過分子標(biāo)記輔助選擇，從傳統(tǒng)的對(duì) 特定時(shí)期的耐冷性表型鑒定和選擇改進(jìn)為對(duì)基因型的選擇，基因型的選擇可W在早期進(jìn) 行，不受生育期的限制，因此，運(yùn)種耐冷性育種新方法提高了育種的效率和準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0022] 圖1為實(shí)施例1中2個(gè)水稻品種苗期的耐冷性評(píng)價(jià)結(jié)果；其中**表示經(jīng)t測(cè)驗(yàn)，在 0.01水平差異顯著；
[0023] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中冷處理的溫度設(shè)定；
[0024] 圖3為實(shí)施例1中耐冷的單片段代換系和華梗釉74的苗期耐冷性比較，其中*表示 經(jīng)t測(cè)驗(yàn)，在0.05水平差異顯著；
[0025] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中純合耐冷WL聚合系的篩選結(jié)果，其中，WO:華梗釉74;S1: 攜帶耐冷QTL qCTS-6的單片段代換系;S2:攜帶耐冷QTL qCTS-12的單片段代換系；
[0026] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中耐冷QTL聚合系及其親本的苗期耐冷性測(cè)驗(yàn)結(jié)果，其中：對(duì) 聚合系等4個(gè)品系進(jìn)行DUCAN多重比較測(cè)驗(yàn)，其中帶有相同字母的表示在0.05水平差異不顯 著;帶有不同字母的表示在0.05水平差異顯著。
【具體實(shí)施方式】
[0027] W下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。下列實(shí)施例中未 注明具體實(shí)驗(yàn)條件和方法，所采用的技術(shù)手段通常為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段。
[0028] 下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0029] 實(shí)施例1 一種提高水稻耐冷性的育種方法
[0030] 該實(shí)施例為提高水稻品種"華梗釉74"的苗期耐冷性的育種方法，包括W下具體步 驟：
[0031] 1、品種耐冷性評(píng)價(jià)
[0032] 通過對(duì)26個(gè)水稻品種/品系苗期耐冷性的3次評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)廣東省審定的釉稻品種 "華梗釉74"的苗期耐冷性較差，冷處理后平均存活率為26.63%，廣西省的梗稻品種"南洋 占"的苗期耐冷性較強(qiáng)，冷處理后平均存活率為89.81 %，結(jié)果見圖1所示。
[0033] 其中，苗期耐冷性評(píng)價(jià)方法為:每個(gè)品系挑選100粒飽滿種子，在49.0°C高溫下處 理96h，W打破休眠。然后浸水36h，再置于30.0°C的恒溫箱內(nèi)催芽4她，挑選發(fā)芽整齊的種 子，播種到35 . Ocm X 23. Ocm X 6. Ocm裝滿±的塑料盆里，設(shè)置3個(gè)重復(fù)，在