一個棉花雄性不育突變體的遺傳分析

董承光 李生秀 周小鳳 肖光順 馬曉梅 李保成

(新疆農(nóng)墾科學(xué)院棉花研究所/農(nóng)業(yè)部西北內(nèi)陸區(qū)棉花生物學(xué)與遺傳育種重點實驗室，新疆石河子832000)

棉花是我國重要的經(jīng)濟作物之一，集纖維、蛋白、油用于一體[1]。棉花產(chǎn)業(yè)對中國經(jīng)濟發(fā)展具有十分重要的作用。棉花具有明顯的雜種優(yōu)勢[2]。利用雜種優(yōu)勢可顯著提高棉花的產(chǎn)量、品質(zhì)、抗病性和抗逆性。雄性不育性狀在棉花雜種優(yōu)勢研究中具有很重要的利用價值[3]。利用雄性不育系制種，可減少人工去雄步驟，降低制種成本，在生產(chǎn)上有廣泛的應(yīng)用前景[4]。因此，發(fā)現(xiàn)和培育理想的棉花雄性不育系材料，研究不育基因的遺傳方式，并實行三系配套，是目前棉花雜種優(yōu)勢利用研究的重點之一[5]。自上世紀(jì)60年代以來，國內(nèi)外學(xué)者在這方面已有不少報道，到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和鑒定了多個不同類型的雄性不育突變材料[6－11]，為棉花不育系的培育提供了良好的基因資源。本研究對2006年在本研究所棉花試驗田新陸早33號品種優(yōu)系株行圃中發(fā)現(xiàn)的不育突變體進行初步遺傳分析，旨在為更好的利用不育系積累基因資源，從而進一步豐富棉花雜種優(yōu)勢利用的理論與實踐。

1 材料與方法

1.1 材料

不育突變體為本所新陸早33號優(yōu)系株行圃中發(fā)現(xiàn)，暫定名為12－20A，該突變體性狀表現(xiàn)為新陸早33號品種性狀，但花期表現(xiàn)為雄蕊癟瘦，花藥不開裂，用手輕捏無花粉，不散粉，人工自交后不結(jié)鈴?；ㄆ鞴俳Y(jié)構(gòu)和花粉性狀見圖1。對12－20A進行全生育期的觀察發(fā)現(xiàn)雄性不育表型在生長發(fā)育過程中表現(xiàn)穩(wěn)定。

圖1 12－20A不育突變體的花器官結(jié)構(gòu)和花粉

1.2 方法

2007年以突變材料12－20A為母本，分別與8個本課題組優(yōu)良早熟陸地棉品系配置雜交組合;2008年分別種植8個F1代材料，花期進行單株自交，并選取4個組合構(gòu)建了4個正交BC1群體和1個反交BC1群體;2009年順序種植13個分離群體(8個F2群體和5個BC1群體)。對8個F1代和13個F2及BC1代群體分單株于開花當(dāng)天上午調(diào)查其不育性狀，并對不育與可育性狀的分離比例進行適合性χ2測驗來推斷其遺傳規(guī)律。

2 結(jié)果與分析

2.1 F1與F2代群體不育性狀遺傳分析

通過開花期不育性狀的調(diào)查和分析結(jié)果顯示，12－20A與8個正?？捎年懙孛奁废?7－23、07－A、DB3、惠遠710、惠遠605、1071377、62－17、10－33構(gòu)建的F1代全部表現(xiàn)為正常可育，無不育株分離情況，表明控制該不育性狀的基因為隱性基因;8個F2群體中則出現(xiàn)可育株與不育株的分離情況(見表1)，經(jīng)適合性χ2檢驗，8個F2分離群體的可育與不育數(shù)據(jù)全部符合3:1的性狀分離比例(=3.14)，表明控制12－20A不育性狀的基因為單隱性基因。

2.2 BC1代群體不育性狀遺傳分析

為進一步分析該不育性狀的遺傳規(guī)律，構(gòu)建了以47－23、07－A、DB3、惠遠710為父本的4個正交BC1群體和1個以DB3為母本的反交BC1群體，結(jié)果如下表2顯示，5個群體的BC1單株全部表現(xiàn)為可育，無不育性狀的分離。進一步證明12－20A雄性不育性狀是由一對單隱性基因控制。

3 討論

對不育突變材料與優(yōu)良品種(系)進行雜交，通過多代回交轉(zhuǎn)育，可以培育出綜合性狀好、配合力高的新型不育系。靖深蓉等[12]對引進的雙隱性核雄性不育系與高產(chǎn)、耐黃萎病品種中棉所12雜交和回交，育成綜合性狀優(yōu)良的新型核不育系，并進一步將Bt基因轉(zhuǎn)育到新不育系中，育成了抗蟲核不育系中抗A。張相瓊等[11] [13]用洞A型核雄性不育系473A與抗病品種雜交，培育出新型抗病核不育兩用系抗Al和抗A2，再以抗A2為母本，抗蟲品系為父本，通過雜交轉(zhuǎn)育及病圃鑒定等，獲得具有抗病蟲及綜合性狀優(yōu)良的洞A型抗蟲不育系抗A3。本課題組也采用回交轉(zhuǎn)育方法，目前已得到一些攜帶12－20A核不育基因的抗蟲、優(yōu)質(zhì)等不育系及芽黃、雞腳葉等標(biāo)記不育系中間材料。為該不育基因在棉花雜種優(yōu)勢利用方面的研究提供了新的種質(zhì)資源材料。

表1 8個F2群體不育分離情況

表2 5個回交群體不育分離情況

自Justus和Leinweber[14]1960年首次鑒定了1個可遺傳的陸地棉核雄性不育系以來，國內(nèi)外研究學(xué)者已先后共鑒定了17個核雄性不育系，其中表現(xiàn)為單基因隱性遺傳的有7個，其它則為顯性遺傳和重疊隱性遺傳[15]。本研究通過遺傳學(xué)的經(jīng)典質(zhì)量性狀遺傳分析方法，已證明12－20A不育性是由單隱性基因控制，但是否是新發(fā)現(xiàn)的不育基因，還有待進一步進行基因等位性檢測和分子驗證。

[1] Dong CG，Ding Y Z，Guo W Z，et al.Fine mapping of the dominant glandless Gene Gl2e in Sea－island cotton(Gossypium barbadence L.)[J] .Chin Sci Bull，2007，52(22):3105－3109.

[2] 王學(xué)德，潘家駒.棉花親本遺傳距離與雜種優(yōu)勢間的相關(guān)性研究[J] .作物學(xué)報，1990，16(1):32－38.

[3] 邢朝柱，靖深蓉，邢以華.中國棉花雜種優(yōu)勢利用研究回顧和展望[J] .棉花學(xué)報，2007，19(5):337－345.

[4] 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所.中國棉花遺傳育種學(xué)[M] .山東:山東科學(xué)技術(shù)出版社，2003，297.

[5] 范萬發(fā)，邢宏宜，賀道華，等.Wnafstu棉花雄性不育系遺傳類型研究[J] .棉花學(xué)報，2008，20(2):137－140.

[6] 彭淡和，李曼瑞，顏合洪.對幾個棉花雄性不育系的研究初報[J] .湖南農(nóng)學(xué)院學(xué)報，1981，3:29－32.

[7] 馮福禎.棉花雄性不育種質(zhì)簡介[J] .中國棉花，1988，15(3):15－16.

[8] 張?zhí)煺?，潘家駒，馮福禎.一個有芽黃標(biāo)記的棉花核雄性不育系的遺傳鑒定[J] .中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，l989，22(4):17－20.

[9] 張?zhí)煺妫T義軍，潘家駒.我國發(fā)現(xiàn)的4個棉花核雄性不育系的遺傳分析[J] .棉花學(xué)報，1992，4(1):1－8.

[10] 張?zhí)煺?陸地棉洞A核雄性不育系及其MB保持系的遺傳模式討論[J] .遺傳，1995，17(6):30－33.

[11] 張相瓊，岳福良，周宏俊，等.棉花抗蟲核不育系抗A3的培育及蜜蜂傳粉制種研究[J] .中國棉花，2003，30(1):9－11.

[12] 靖深蓉，邢朝柱，袁有祿，等.棉花核不育系的培育研究[J] .中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，1998，31(1):84－86.

[13] 張相瓊，張東銘，周宏俊，等.棉花抗病核不育兩用系的選育[J] .西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，1998，11(3):60－65.

[14] Justus N L，Leinweber CL.A heritable partial male sterile character in cotton[J] .J Hered，1960，51:191－192.

[15] 潘家駒.棉花育種學(xué)[M] .北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，1998:385－386.