抗稻瘟病水稻恢复系的分子标记辅助选育及抗性鉴定

【目的】开展抗稻瘟病水稻恢复系的分子标记辅助选育及抗性鉴定,为育成持久、广谱抗病优质杂交水稻新品种提供优异的遗传资源和技术参考。【方法】利用分子标记辅助选择和回交育种技术,将持久、广谱的抗稻瘟病基因Pi1、Pi2和Pigm导入恢复系桂R1703,获得了单基因、双基因和三基因导入系,并对其进行稻瘟病鉴定和农艺性状调查,分析不同抗稻瘟病基因间的抗性效应及抗性基因导入对受体亲本农艺性状的影响。【结果】通过对杂交后代和回交群体的Pi1、Pi2和Pigm基因相关分子标记检测,发现抗稻瘟病基因Pi1、Pi2和Pigm已成功导入到桂R1703中,筛选获得7个携带有抗稻瘟病基因且抗性和农艺性状综合表现优良的导入株系,表现出较强的稻瘟病抗性。单基因导入系中,抗稻瘟病基因的抗性效应排序为为Pigm>Pi2>Pi1;双基因和三基因导入系的稻瘟病抗性均强于单基因导入系,尤其以三基因导入系抗性最强,不同基因聚合的抗性效应排序为Pi1+Pi2+Pigm>Pi2+Pigm>Pi1+Pigm>Pi1+Pi2。7个瘟病抗性基因导入株系与桂R1703在穗长和千粒重方面无显著差异(P>0.05,下同),有2个瘟病抗性基因导入系的株高显著高于桂R1703(P<0.05,下同);有1个瘟病抗性基因导入系的单株有效穗显著高于桂R1703;有3个瘟病抗性基因导入系的单穗总粒数显著高于桂R1703;有5个瘟病抗性基因导入系结实率显著低于桂R1703;有2个瘟病抗性基因导入系的单株产量显著低于桂R1703;有4个瘟病抗性基因导入系的单株产量显著高于桂R1703。【结论】通过分子标记辅助选育可有效聚合多基因(Pi1、Pi2和Pigm基因),使恢复系桂R1703的稻瘟病抗性得到明显提升,获得一系列抗稻瘟病且与亲本其他性状相近的遗传材料,可作为亲本材料用于选育抗病优质的杂交稻。

分子标记辅助选择Pigm基因改良水稻不育系桃农1A的苗瘟抗性

为了改良桃农1B和桃农1A的苗瘟抗性,以携带广谱持久抗稻瘟病基因Pigm的中国地方水稻品种谷梅4号为供体亲本,先后以三系保持系桃农1B及其不育系桃农1A为受体亲本,利用与Pigm紧密连锁共显性DNA标记T9E3开展辅助选择育种。T9E3在桃农1B或桃农1A基因组中的PCR扩增条带约为2 000 bp,而对谷梅4号基因组的扩增产物大小为926 bp,多态性稳定;采用来自国内外不同稻区的32份稻瘟菌菌株室内接种苗瘟,桃农1B和桃农1A抗性频率均为9.38%,谷梅4号与改良系抗性频率均为90.63%;田间天然病圃鉴定桃农1B和桃农1A苗瘟8级,而改良系和供体亲本谷梅4号苗瘟均为0级。通过T9E3辅助选择、田间病圃筛选和室内接种鉴定,初步获得了3份高抗稻瘟病的改良不育系(桃农1A-Pigm-1—桃农1A-Pigm-3)及其保持系(桃农1B-Pigm-1—桃农1B-Pigm-3),进一步通过不育特性、农艺性状与产量结构调查分析,从中遴选出1个高抗稻瘟病、不育性稳定、包颈率低、农艺产量性状优良的优异不育系桃农1A-Pigm-2及其配套保持系桃农1B-Pigm-2。桃农1A-Pigm-2不育度和不育株率均为100%,典败花粉约占60%、圆败花粉约占40%,柱头外露率高达71.1%,包颈粒率仅为33.6%;桃农1B-Pigm-2播始历期为69 d,株高76.2 cm,主穗穗长28.1 cm,单株有效穗数15.8穗,单穗总颖花数115.3个,千粒质量27.7 g。实现了桃农1A和桃农1B苗瘟抗性及其他性状的综合改良,为三系杂交水稻育种应用创制了新的亲本材料。

花生分子标记辅助育种研究进展与展望

花生是重要的食用植物油和植物蛋白来源,高产优质抗病是花生新品种选育的主要目标。目前生产上大面积推广的优良品种主要以传统杂交育种技术选育而成,育种周期长、效率低、成本高。分子标记辅助选择可显著提高育种的精准性和效率。高密度的基因型数据是花生产量、品质、抗病性状QTL定位和开发分子标记的基础。2019年我国花生骨干亲本狮头企和伏花生以及美国匍匐型花生品种Tifrunner的基因组序列相继公布,极大推动了花生重要农艺性状的分子标记开发和应用。近年来,花生籽仁油酸含量、脂肪含量等品质性状,根结线虫病、锈病、叶斑病、青枯病等抗病性状,以及荚果、籽仁大小等产量组成性状的分子标记相继被开发。利用分子标记辅助育种,成功选育出了高油酸且高含油量、高油酸且抗病花生新品种或新种质。未来花生分子标记的开发利用需要重视优异野生种质资源的表型精准鉴定,建立高通量表型及基因型检测平台,以及全基因组选择技术策略的应用。

分子标记辅助选择在油菜育种中的应用现状与展望

油菜是我国主要的油料作物之一,除用来满足人们日常所需的食用油外,油菜还可以作饲料、绿肥、生物柴油等多功能用途。近年来,分子标记辅助选择(marker-assisted selection, MAS)与传统育种手段相结合,大幅度地提高了油菜选育效率,加快了油菜产业的育种进程,使得我国油菜育种进入高速稳步发展的状态,对油菜高产、抗逆及高品质育种具有重要意义。本文以分子标记辅助选择在油菜育种中的应用现状为主要内容,比较了分子标记辅助育种和传统育种的优缺点,介绍了常见的分子标记的类型及特点,分别从油菜产量、品质、抗逆育种、适宜生育期、适应机械化收割、油菜观花推动旅游经济发展等方面阐述了分子标记辅助选择在油菜品种选育方面的应用现状及分子标记辅助选择给油菜育种提供的便利,同时分析了分子标记辅助选择在油菜育种方面的局限性,展望了分子标记辅助选择在油菜育种上的应用前景和发展趋势,进一步表明分子标记辅助选择在油菜育种中的重要性和必然性,为后续我国油菜高效育种提供理论参考。

利用分子标记辅助选育国庆稻“香软早粳”新品系及试种

为了培育适合上海地区种植的香软优质国庆稻,本研究以“松早香1号”和“上师早早香”为亲本进行杂交(F_(1))并连续自交(至F_(4)),结合软米基因分子标记辅助筛选和田间农艺性状选择,成功培育出优质香软国庆稻“香软早粳”新品系.与“松早香1号”相比,“香软早粳”成熟期提前了15 d,每亩(约666.67 m^(2))产量可增加84.9 kg,不仅提早了国庆稻的上市时间,同时提高了种植国庆稻的经济效益.稻米品质检测结果显示,“香软早粳”稻米直链淀粉含量(质量分数)为9.7%,胶稠度达80 mm.“香软早粳”含有香味基因,属于优质香软米.“香软早粳”新品系的成功选育为上海地区推广特早熟香型软米水稻奠定了基础.

马铃薯野生近缘种抗PVY种质资源分子标记辅助筛选

为拓宽四倍体(2n=4x=48)马铃薯栽培种抗马铃薯Y病毒(PVY)的遗传背景,对56份马铃薯野生近缘种进行了PVY抗性分子标记(RYSC3、YES3-3A和Ry364)辅助筛选。PCR检测结果显示,含有Ry_(adg)抗性基因(源自Solanum tuberosum ssp.andigena)分子标记RYSC3的材料有13份,其中二倍体(2n=2x=24)3份,四倍体6份,六倍体(2n=6x=72)4份;含有Ry_(sto)抗性基因(源自S.stoloniferum Schlechtdal)分子标记YES3-3A的材料有4份,其中二倍体1份,四倍体2份,染色体倍性未确定材料1份;含有Ry_(chc)抗性基因(源自S.chacoense Bitter)分子标记Ry364的材料有23份,其中二倍体6份,四倍体4份,六倍体13份。含有RYSC3、YES3-3A和Ry364中任意2种标记的材料有7份,同时含有3种标记的材料仅有OCH 14180a(S.stoloniferum Schlechtdal)。这些种质资源可用于马铃薯抗病毒品种选育、种质创新与基因挖掘。

分子标记辅助选择W_(x)^(mp)基因改良晚粳品种宁84稻米品质

为改良晚粳水稻品种宁84的稻米品质,培育低直链淀粉含量的软米粳稻新品系,利用携带软米基因W_(x)^(mp)的水稻品种南粳9108为供体亲本,以晚粳品种宁84为受体亲本,利用分子标记辅助选择将W_(x)^(mp)基因回交导入到宁84中,创制了宁84(W_(x)^(mp))改良系。结果显示:宁84(W_(x)^(mp))改良系的农艺性状与宁84差异不显著,其背景回复率达到98.7%;与宁84相比,其直链淀粉含量由17%降低到10%左右,胶稠度由70 mm增加到最高80 mm;改良系的垩白度和垩白粒率显著增高,透明度显著降低,碱消值保持不变,整精米率和精米率显著高于对照,食味品质明显提升。宁84(W_(x)^(mp))改良系的成功培育,为今后粳稻软米新品系的选育及推广打下了良好基础。

分子标记辅助选育抗稻白叶枯病的低温敏核不育系3178S

本研究以IRBB21为Xa21基因供体,籼型低温敏不育系399S为低温核不育系基因供体,采用杂交和回交方法,逐代用分子标记检测手段,导入广谱抗白叶枯病基因Xa21和低温敏核不育系基因,聚合双亲的有利性状,育成抗白叶枯病的籼型低温敏核不育系3178S,其抗性达到了IRBB21的抗性水平,且保持了399S稳定的育性和双亲的优良经济性状。

标记辅助选择在动物育种中的应用

本文综述了标记辅助选择(M arker assisted selection,MAS)的原理和影响因素。理论与计算机模拟研究表明MAS比常规表型选择更有效,但在实际育种中还存在许多问题。有关遗传行为状态的不确定、缺失的标记基因型、来自QTL信息的错误、近亲交配、多基因选择反应的损失等方面的进一步研究,将有助于洞察MAS的最佳应用问题。

标记密度对标记辅助导入效率的影响

为了分析不同标记密度对标记辅助导入一个数量性状基因座(QTL)有利等位基因效率的影响,试验采用两阶段选择策略,前景选择是利用与导入QTL紧密连锁的两侧标记进行间接选择,并将标记辅助最佳线性无偏预测(MBLUP)用于背景选择。结果表明:在回交阶段,不同标记间图距对导入QTL有利等位基因的频率和前景性状的遗传进展影响很小;而在横交阶段,缩小标记间图距可以提高导入QTL有利等位基因的频率和前景性状的遗传进展,但当标记间图距由10 cm缩小到2 cm时,导入QTL有利等位基因频率的变化幅度很小。背景QTL有利等位基因的频率和背景性状的遗传进展在不同标记密度之间基本没有差异,说明当标记间图距小于10 cm时标记辅助导入效率比较高,而且将MBLUP应用于背景选择是可行的。

标记的等位基因频率对标记辅助导入效率的影响研究

本研究利用标记辅助最佳线性无偏预测(MBLUP)方法探讨了标记的4个等位基因具有不同频率时对标记辅助导入效率的影响。结果表明:利用MBLUP进行前景选择时,导入QTL频率不随供体中初始的标记等位基因频率的变化而变化,即使当供体中初始的标记等位基因频率很低时(0.5/0.25/0.2/0.05),仍然能获得很高的导入QTL频率(0.9954)。

利用分子标记辅助选择聚合水稻抗病基因Pi-ta、Pi-b和Stv-b^i

水稻稻瘟病和条纹叶枯病是长江中下游粳稻稻区两大主要病害,选育抗病品种是防治这两大病害最有效的方法。以同时含有稻瘟病抗病基因Pi-ta和Pi-b的武运粳8号,含有条纹叶枯病抗病基因Stv-bi的镇稻42为基因供体配置杂交组合。利用Pi-ta和Pi-b的基因标记和Stv-bi紧密连锁的分子标记对分离世代进行基因位点的检测,结合田间多代选育、抗性鉴定将3个抗病基因同时转育到高产品种中,选育出高产、优质、多抗水稻新品系74121。利用分子标记辅助选择,为选育多抗水稻新品种提供了一种简单、快捷的选择方法,同时也为水稻抗病育种提供了新的遗传资源。

抗白叶枯病杂交水稻的分子标记辅助育种

应用分子标记辅助回交 ,育成了带广谱抗白叶枯病基因 Xa- 2 1的两个杂交水稻恢复系 R80 0 6和 R1176 ,所配的杂交水稻组合中优 6号、中优 1176在中国南方稻区及多个省级区试中表现抗病、优质、高产 ,具有较广的商业开发潜力。

抗稻瘟病基因Pi9的STS连锁标记开发及在分子标记辅助育种中的应用

利用带有广谱抗稻瘟病基因Pi9的籼稻品系75-1-127作为抗病基因供体亲本,用于扬稻6号和R6547抗病性的回交育种。通过比较75-1-127、扬稻6号和日本晴的Pi9基因位点的DNA序列,开发出了与Pi9基因紧密连锁的共显性STS(序列标记位点)标记PB9-1,用于Pi9基因的分子标记辅助选择。结合田间农艺性状选择和分子标记辅助选择,培育出8个Pi9基因纯合的回交后代株系。其中,具有扬稻6号和R6547遗传背景的株系各4个。经湖北恩施和宜昌的病圃鉴定,携带有抗病基因株系的稻瘟病抗性水平较受体品种扬稻6号和R6547有不同程度的提高。具有R6547遗传背景的株系08C893配制的杂交组合在上述病区的抗性表现也明显优于对照品种扬两优6号。上述结果说明,共显性标记PB9-1在Pi9抗稻瘟病基因分子标记辅助育种中具有应用价值,并且Pi9基因作为稻瘟病抗源之一可以在湖北稻区进行有效利用。

水稻抗褐飞虱基因Bph14和Bph15的分子标记辅助选择

【目的】褐飞虱是危害水稻的主要虫害之一,利用新的抗性基因和通过基因聚合培育抗性品种是目前防治褐飞虱最经济有效的方法之一。【方法】由药用野生稻衍生来的水稻品系B5对褐飞虱生物型1和2具有高度抗性,B5携带的抗性基因Bph14和Bph15分别被定位在第3和第4染色体上,本研究以B5为抗褐飞虱供体亲本,以优良杂交稻亲本9311和1826为受体亲本,通过复交和回交,分别利用与Bph14和Bph15紧密连锁的SSR标记MRG2329和MS5在分离群体中进行分子标记辅助选择,通过苗期分子标记检测和成株期农艺性状选择,【结果】最终获得一系列目标基因纯合且农艺性状优良的稳定株系。采用苗期群体鉴定技术,对其中的38份重点株系进行了抗虫鉴定,在26份Bph14单基因纯合株系中,除2份为中感外,92.31%的材料抗性水平在中抗以上,6份Bph15单基因纯合株系全为抗或高抗,聚合有Bph14和Bph15双基因的6份株系抗性都达到了高抗水平,抗性强于Bph14或Bph15单基因纯合株系。【结论】研究表明在育种进程中利用与Bph14和Bph15紧密连锁的分子标记开展抗褐飞虱分子标记辅助育种是一种有效的途径。

利用分子标记辅助选择聚合Pi-1和Pi-2基因改良两系不育系稻瘟病抗性

以含广谱稻瘟病抗性基因Pi-1和Pi-2的BL122为供体,温敏核不育系GD-7S为受体,通过杂交、回交和自交并结合分子标记辅助选择,将Pi-1、Pi-2基因导入温敏核不育系GD-7S中,获得5个携带两个抗性基因的纯合改良不育株系。利用34个广东代表性稻瘟病菌株接种鉴定,5个改良株系的抗性频率为94.12%-97.06%,而对照GD-7S抗性频率仅为17.65%;自然病圃诱发鉴定5个改良株系的叶瘟和穗颈瘟均为0级,表现高抗。经自然条件和人工气候箱育性鉴定,改良株系与对照均为无或少花粉败育类型,自交结实率为0,说明不育起点温度与对照基本一致。统计分析表明,除剑叶长和每株穗数外,改良株系与对照在其他农艺性状方面均无显著差异。与恢复系L38杂交,改良株系的杂种F1与对照的F1大多农艺性状无显著差异,说明改良株系基本保持了GD-7S的农艺性状和配合力。

利用分子标记辅助育种技术选育高抗白叶枯病恢复系

通过常规回交育种结合分子标记辅助选择技术，已将来自IRBB24的2个抗白叶枯病基用，Xa21和Xa4，聚合到感病的杂交稻恢复系绵恢725中。通过分子标记检测目标基因和亲本遗传背景差异分析快速获得了4个高机白叶枯病的恢复系姊妹系R207-1、R2072、R207—3和R207～4。采用与目标抗性基凼相应的菲律宾菌系P1、P6和7个中国病原型代表菌系（CⅠ～CⅦ）对4个姊妹系及其杂交组合进行田间接种。结果表明，这些姊妹系及所配制的杂交组合抗病性强、抗谱广，其中杂交组合G46A／R207—2具有良好的产量潜力，将R2072定名为蜀恢207。

利用分子标记辅助选择聚合水稻Pi-ta、Pi-b和Wx-mq基因

近年来,优良食味粳稻品种南粳46、南粳5055和南粳9108在江苏等地大面积推广,促进了优质稻米产业的发展。但这些品种均不抗稻瘟病,且缺乏适合在淮北地区种植的中熟中粳型优良食味粳稻品种。本研究以同时携带稻瘟病抗性基因Pi-ta和Pi-b的江苏抗病、高产粳稻品种武粳15为母本,携带低直链淀粉含量基因Wx-mq的优良食味粳稻品种南粳5055为父本配置杂交组合进行聚合育种。利用Pi-ta和Pi-b基因的分子标记多重PCR体系以及Wx-mq基因的四引物扩增受阻突变体系PCR检测技术,分别在不同的分离世代对目标基因位点进行检测,结合田间多代选育、抗性鉴定和籽粒胚乳外观鉴定,成功地将Pi-ta、Pi-b和Wx-mq基因聚合于一体,选育出稻瘟病抗性好、食味品质优、产量高的水稻新品系"南粳0051",适合在江苏省淮北地区种植。本研究将三套自主研发的PCR检测体系成功应用于分子标记辅助选择,不仅为水稻多基因聚合育种提供了快捷、高效的选择方法,也为水稻抗病、优质育种创制了新的种质资源。

分子标记辅助选择在水稻抗病虫基因聚合上的应用

稻瘟病、白叶枯病、褐飞虱和白背飞虱是危害水稻生产的主要病虫害。实践证明,培育抗病虫品种是控制水稻病虫害最经济和有效的途径。总结了目前已报道和定位的抗病虫基因的研究和利用情况,指出利用分子标记辅助选择聚合不同类型抗病虫基因到同一品种,可以提高品种抗性、拓宽抗谱,是水稻抗病虫品种培育的发展方向。