中国两系杂交水稻光温敏核不育基因的鉴定与演化分析

【目的】鉴定中国生产上应用的两系不育系所携带的光温敏核不育基因,揭示两系杂交稻光温敏核不育基因的演变过程。【方法】收集光温敏核雄性不育水稻材料共90份,包括农垦58S、安农S-1和株1S等衍生系。采用改良CTAB法从水稻叶片中提取基因组DNA,根据光敏不育基因所含突变设计1个功能性CAPS标记,用引物NK-F(5′-ATCCCACAAATCCTTTAGCA-3′)和NK-R(5′-CCGTTATAGATAGACCCGAGA-3′)扩增包含该突变位点的片段,用内切酶RsaⅠ酶切并检测,可清晰区分纯合光敏不育系(lnc Rm)(329 bp)、纯合野生型(lnc Rwt)材料(414 bp)和杂合型(lnc Rm/lnc Rwt)材料(414和329 bp)。温敏不育基因RNZ的分型则采用功能性d CAPS标记d CAPS-rnz,待测材料分别用引物对RNZ1F(5′-ACCGCGCCGCCACCGGGTCGGCCGGAG-3′)/RNZR(5′-TGAAGAGGAACTCCTGCGAGACGG-3′)和RNZ2F(5′-ACCGCGCCGCCACCGGGTCGGCCCAAG-3′)/RNZR扩增,产物分别用内切酶HinfⅠ和StyⅠ酶切,酶切产物经电泳分离检测,纯合温敏不育系(RNZm)不能被上述2种内切酶所酶切,纯合野生型RNZtc和RNZgc可分别被HinfⅠ和StyⅠ完全酶切,而杂合型RNZm/RNZtc和RNZm/RNZgc可分别被HinfⅠ和StyⅠ不完全酶切。采用上述功能性分子标记鉴定两系不育系所携带的光敏(lnc Rm)和温敏核不育基因(RNZm),并结合不育系的系谱信息和中国水稻数据库的年度推广面积数据分析lnc Rm和RNZm在中国两系杂交稻生产中应用的历史与现状。【结果】以农垦58S为唯一不育基因源的47个两系不育系中,12个携带lnc Rm,29个携带RNZm,2个同时携带lnc Rm和RNZm,4个不携带这两个基因;衍生自安农S-1和株1S的18个不育系则均携带RNZm;由农垦58S衍生系(如培矮64S)与安农S-1复交育成的不育系也全部携带RNZm;由培矮64S与株1S复交育成的2个不育系中1个携带RNZm,而另1个则同时携带lnc Rm和RNZm;另外16个与农垦58S、安农S-1及株1S无血缘关系的独立起源两系不育系中有6个携带lnc Rm,9个携带RNZm等位基因,1个(衡农S-1)则既不携带lnc Rm也不带RNZm。综合这些不育系携带光温敏基因的鉴定结果,结合不育系选育的系谱资料,绘制了包含92个两系不育系所携带的光温敏基因图。另外,根据这些两系不育系所配制组合的种植面积数据(分品种),发现1993—2012年中国两系杂交稻中不育基因的利用经历了从光敏到温敏的演化过程,携带RNZm的不育系所配制组合及推广面积在生产中的应用迅速增加,2012年温敏不育系配制的杂交稻已占两系杂交稻种植面积的95%以上,形成了以携带RNZm的不育系为主的局面。【结论】系统明晰了中国两系水稻不育系携带的光温敏不育基因及其与品种系谱之间存在的不一致性,从光敏不育系杂交后代中选育出了温敏不育水稻,且携带RNZm的不育系已在目前两系杂交稻生产中占绝对主导地位。