多倍体水稻关键种质PMeS的高结实性遗传研究

在选育出PMeS品系解决多倍体水稻低结实瓶颈问题、试种四倍体籼粳杂种显示强大杂种优势后，本项目致力于"PMeS品系高结实性遗传研究"。采用典型籼粳品种、基因图谱品种、PMeS品系构建3个材料系统，突出糯性与wx基因研究背景清晰的优越性和PMeS品系减数分裂稳定性的优点，从外观形态和根尖染色体观察、减数分裂与花粉育性测定、分子标记检测和结实率考种等方面综合分析PMeS品系的高结实性遗传特点。并选用8个减数分裂基因和14个SSR标记，研究PMeS杂种与对照分子标记分离的差异，完成3个多倍体水稻减数分裂基因克隆。建立理想的多倍体遗传研究体系，解决同源多倍体自交和杂种后代的不一致性和不稳定性而导致的多倍体遗传研究的困难；回答普通多倍体水稻品系内、F1个体间的非整齐性和PMeS杂种的整齐性、高结实的原因；总结PMeS品系高结实性的遗传特点，指导多倍体育种。

在获得4个科学基金项目的基础上，我们选育出能解决多倍体水稻育种中低结实率瓶颈问题的多倍体减数分裂稳定性（Polyploid Meiosis Stability, PMeS）品系。本项目重点研究了PMeS品系的遗传学特性。首先，建立了三套多倍体水稻遗传研究材料体系，了解一般多倍体水稻品系个体间和F1个体间的非整齐性和非稳定性，利用胚胎学和细胞遗传学技术明确PMeS品系的减数分裂稳定性与高结实的关系，肯定了PMeS高结实性在四倍体水稻中呈显性遗传的特点，初步克隆多倍体水稻3个减数分裂基因。利用PMeS品系与图谱品种9311和日本晴杂交构成了F1、F2和BC1F1后代及近等基因系，为PMeS基因的定位和克隆打下了良好基础。PMeS与多倍体不育系杂交、连续回交选育出多倍体水稻两系雄性不育系；PMeS品系与其它多倍体品系杂交、连续回交选育出多倍体恢复系，为进行多倍体杂交稻理论和应用研究创造了条件。PMeS品系栽培稻品种与B基因组野生稻杂交获得AB基因组间杂种及杂种多倍体AABB，及AAB异源基因组三倍体。栽培稻与其它基因组野生稻杂交获得AC和AACC、AE和AAEE、ABC和AABBCC、ACD和AACCDD、AACD、AG和AAGG等杂种及其多倍体，为探索物种快速进化及整体基因组转移与作物育种的基础理论研究开辟了新途径。期间获得国家发明专利授权2项，另申请1项；发表期刊论文4篇（其中SCI 3篇），会议论文7篇。2010年在越南河内举行的第三届国际水稻大会上，作分会场报告：“The Breeding of Polyploid Rice and New Green Revolution”。