新基因资源的发掘与创制

点击数:1102015-11-03 10:22:13

在进一步扩增作物基因资源的基础上,把基因组学技术和作物基因资源研究紧密结合,搭建作物基因资源精细鉴定评价的技术平台。采用常规技术与现代分子手段相结合的方法,根据西南生态育种要求,进行抗病虫、品质、抗逆等特性鉴定和产量配合力分析,对作物基因资源进行系统精细评价,构建西南地区主要作物超级品种选育的共性种质资源创新技术平台。通过分子标记和与已知基因进行等位性测验,重点发掘与创制优质高产,以及水稻抗纹枯病、抗旱耐高温,小麦抗条锈病、赤霉病、白粉病,玉米抗纹枯病和穗粒腐病、耐旱耐瘠等的新基因资源。到建设期末,建成该地区具有特色、富于育种成效的水稻、小麦、玉米超级品种选育的核心种质群,发掘与创制具有自主知识产权的水稻高产优质、抗纹枯病、抗旱耐高温新基因资源15~20份,小麦高产优质、抗条锈病、赤霉病、白粉病新基因资源10~15份,玉米高产、营养高效、抗纹枯病、穗粒腐病和耐旱耐瘠新基因资源10~15份。在国内外重要学术刊物发表论文18~20篇。总体研究达到国际先进水平。

1.基因资源的收集、保存和筛选评价

水稻:从国内外引进或收集地方和国外水稻种质资源2000余份,结合已经保存的水稻资源,达到6000余份的常用资源,并按性状分类评价,包括优良农艺性状、优质、抗病虫、抗逆和功能稻等不同类别的亚洲、非洲栽培稻、野生稻资源和优良育种亲本。采用分子标记和性状鉴定相结合,初步建立了长江上游重穗型杂交稻育种的核心种质群。

小麦:(1)从国内各省区野外考察收集了小麦族22属130种1600余份;征集国外材料35种近800份种质资源。(2)繁殖野生近缘属种15属130种1000余份,补充完善小麦近缘属植物的凭证标本室。(3)通过多年生种植圃、石灰筒短期种子保存、低温冰箱(-20℃)中长期种子保存和低温(-20℃)长期保存DNA等方式,保存属种质材料20属160种3500余份。(4)对699份小麦种质资源进行了全生育期白粉病抗性评价,筛选出76份全生育期对白粉病表现免疫或近免疫的基因资源,其中包括2份普通小麦、3份野生二粒小麦、2份山羊草属材料和69份小黑麦材料。(5)采用混合小种涂抹法,对1000余份小麦种质资源进行条锈病抗病鉴定,发现有47份小麦基因资源高抗条锈病;基于对以上小麦基因资源对条锈病和白粉病的抗性评价,构建了26个白粉病和条锈病抗性基因遗传作图群体。(6)对629份小麦属种质资源进行了高分子量谷蛋白亚基1Ay的分布进行了系统研究。(7)对西藏小麦、栽培二粒小麦、硬粒小麦等500份小麦属材料进行了种子贮藏蛋白基因多样性分析。(8)分析了128份圆锥小麦地方品种遗传多样性和 Glu-A3Glu-B3位点的群体变异。(9)结合染色体核型、带型、染色体组组成分析、育性分析、分子标记和序列分析等,对收集的材料进行植物形态分类研究,探讨物种亲缘演化关系,确立属的系统地位,澄清属的地位和物种分类的疑问;对仲彬草属、拟鹅观草属、赖草属、猬草属的亲缘关系、遗传多样性和系统关系进行研究。发表新属1个(Connorochloa Barkworth, S.W.L. Jacobs & H.Q. Zhang)。

玉米:1)引进国内和CIMMYT玉米改良群体共180个;引进美国玉米种质(自交系)58份;收集和筛选四川、西南地方优良种质群体50余份;甜糯玉米、青贮青饲玉米种质资源30余份。(2)从国外新引进热带和亚热带玉米种质近500份,建立了具有SNP基因型数据的关联分析研究用材料平台。(3)重金属胁迫特异基因源筛选鉴定采用盆栽方法研究了19个玉米自交系和3个杂交种对土壤中Pb、Cd的积累差异,得到3个低积累Pb自交系和4个高富集Pb自交系、低积累Cd自交系3个和高积累Cd自交系2个;根据前期初步研究结果构建分属Lancaster、Reid、塘四平头、旅大红骨群四大杂优类群的12个玉米自交系以及按照Griffing4组配得到的66个F1为供试材料,从配合力、遗传率、地上和地下部分铅积累量四个方面分析玉米积累铅的遗传效应、基因型差异,进一步研究Pb吸附和积累的遗传机制,同时结合水培方法研究筛选出特异基因源材料重金属吸附或积累的分子机制。

2.特异基因资源材料的创制

水稻:(1针对西南稻区“寡日、高湿和低温差”的生态特点,采用野栽交、籼粳交、单片段代换系和群体改良等方法,通过多年、多点鉴定发掘了一批抗旱、耐低温、耐高温、高光合效率、抗稻瘟病、纹枯病、白叶枯病和抗虫材料。鉴定筛选了一批优质、大粒、大穗和高结实率材料100余份。(2)以筛选鉴定的优质、抗病虫和抗逆材料30余份为供体亲本,重穗型杂交稻骨干亲本蜀恢527、蜀恢498和川农1B为轮回亲本,采用回交方法结合分子标记和环境胁迫鉴定,导入外引种质,构建不同性状的育种群体100余个。(3)通过远缘杂交获得43个高光效大穗型材料、21个抗纹枯病材料、23个耐低温材料、11个抗旱材料。(4)采用人工诱变、自然突变或T-DNA插入变异等方法,获得了一批特异基因资源材料,如与生育期相关的迟熟隐性、早熟显性基因材料和光周期敏感材料;与杂种优势利用和群体改良相关的无花粉型隐性核不育、雌不育材料和早代稳定材料;与水稻分蘖相关的寡分蘖和和极度分蘖材料等。

小麦:(1)利用人工合成六倍体小麦RSP抗穗发芽新种质,转育出一批品质优良、抗穗发芽能力强、可直接用于小麦品质和抗性育种的新材料。(2)利用分子标记并结合常规育种技术,将来源于我国特有小麦族基因资源西藏半野生小麦中的控制种子休眠基因转育到普通小麦背景中,所创制的新材料除具有较强的种子休眠特性外,还同时具有包壳硬度较软、不易脆穗和方穗等特征,可作为今后选育具有种子强休眠特性的品种的宝贵遗传材料。(3)以具有phKL的开县罗汉麦和中国春ph1b杂种F1为母本与 Ae. variabilis杂交,而后自交选择得到含有外源Ae. variabilis遗传物质的易位系。(4)利用华山新麦草与小麦杂交的回交后代获得了具有华山新麦草血缘的新种质PHW。(5)用抗病性和籽粒性状优异的野生二粒小麦与小麦品种“川农16”杂交,获得了综合农艺性状优异的高代株系。(6)将AS6(Ae. ovata)的M型,AS24(Ae. variabilis)的S型,AS60(Ae. tauschii)的D型和AS116(Ae. juvenalis)的D2型细胞质分别转入四川小麦遗传背景中,获得近20个分离世代。(7)利用5个四倍体小麦(其中包括2份蓝麦:AS2255和AS313)与节节麦杂交,通过形成未减数配子进行染色体自然加倍,得到了新合成六倍体材料,并通过形态学和细胞学观察对这些材料进行了鉴定,创制了231个新合成小麦株系,其中用蓝麦创制了69个。(8)通过使用秋水仙碱处理圆锥小麦与节节麦的杂种植株,人工合成了一个具有56条染色体的可育小麦材料(SHW-L2)。(9)利用矮秆波兰小麦与节节麦人工杂交、染色体加倍的合成获得新型六倍体小麦DPW。(10)创制了一套新型小麦缺体-四体遗传工具材料,这套材料架设了四倍体-人工合成小麦-普通小麦遗传研究的桥梁,提供了在六倍体水平上对四倍体小麦进行遗传研究的工具材料。

        玉米:(1)以适合西南生态区的优良骨干系18-599和R08轮回亲本,导入外引种质,构建半外来种质群体200余个。(2)人工合成玉米育种用群体8个。(3)采用常规的染色体工程和杂交方法对玉米与其近缘种及它们的杂交或回交后代的可杂交性进行了研究,杂种F1均表现出强的杂种优势和光敏反应,培育了一大批远缘种质和玉米新类型—饲草玉米。(4)通过栽培种与近缘属种杂交,获得了优质、抗病新材料5份,高产和高蛋白质含量的材料2份。(5)通过物理或化学诱变、太空诱变、分子标记辅助选择和杂交分离等多种手段,创制了一批耐旱、耐滞、抗病和雄性不育等类型的新材料30余份,其中用1mmol/L NaN3和20Gy60Coγ射线诱变玉米优良自交系18-599的幼胚愈伤组织,获得一个耐旱性显著优于对照18-599的耐旱突变体18-599M;田间鉴定、筛选抗纹枯病新材料7份,抗穗粒腐病材料9份,感穗萌发材料4份和丝裂病材料1份,高淀粉材料8份;筛选高胚性愈伤组织发生率、高分化率6份。