苜蓿雄性不育系杂交组合优势形成的相关基础研究

雄性不育杂种优势利用是培育高产优质杂交苜蓿,提高苜蓿生产潜力的有效育种手段。开展雄性不育杂种优势应用基础理论研究，对苜蓿品种遗传改良和育种实践具有重要意义。 .本项目以8个苜蓿雄性不育系和4个具有突出优良性状的恢复系为材料，采用不完全双列杂交法（NCⅡ）配制32个杂交组合。通过对主要农艺性状和光合生理指标的测定，分析亲本主要性状的配合力与杂种优势表现、牧草产量优势形成与杂种光合优势的关系。进一步通过cDNA-AFLP技术，建立杂交种及其亲本的基因差异表达谱。从基因表达调控水平研究基因差异表达与杂种优势的关系，深入探讨雄性不育杂种优势表达的机理，为培育高配合力雄性不育系和强优势杂交组合及杂交苜蓿的生产应用提供理论依据。

按任务书要求完成所有研究内容，达到预期目标。发表核心期刊论文6篇，出版专著1部，培养研究生3名。. 项目以8个苜蓿雄性不育系和4个具有优良性状的苜蓿品种（或种）为亲本，采用不完全双列杂交设计（NCⅡ），配置32个杂交组合。研究了苜蓿杂种优势形成的农艺学和生理学的性状表现；在基因调控水平上，探讨了基因差异表达模式与杂种优势表现的关系，进一步分析了杂种产量优势形成的机理。主要研究结果如下：. （1）对各亲本牧草产量配合力效应的研究发现，亲本一般配合力基因型方差所占比重为71.18%，说明基因型加性效应对杂种产量性状的形成起主导作用。不育系一般配合力对杂种牧草产量优势形成的影响大于特殊配合力，其中2号、10号和12号不育系一般配合力较大，具有较高的利用价值。在各杂交组合中，竞争优势大于40%的组合有2×Ⅱ、2×Ⅲ、4×Ⅰ和12×Ⅰ。. （2）据牧草产量及其杂种优势效应，将32个杂交组合分为强优势组、弱优势组和中间优势组3类。强优势组二年生第一茬的牧草产量（43.02g/株）及其杂种优势（41.88%）均显著高于弱优势组合。在9个产量性状中株高、分枝数、主茎粗和节间数与牧草产量杂种优势呈极显著正相关。. （3）影响牧草产量杂种优势形成的主要光合生理指标为水分利用效率，其次为净光合速率。水分利用效率和净光合速率高，干物质合成量大，则有利于产量杂种优势的形成。蒸腾速率和叶绿素含量对杂种优势形成的影响不明显。. （4）利用cDNA-AFLP技术，对不同物候期叶片的基因差异表达进行了分析。14对引物共检测出8577条稳定的谱带，差异表达基因占14.77%。现蕾期的差异表达基因较多，占总差异表达基因的20.27%，分枝期较少，仅占8.31%。共有6种基因差异表达类型，其中杂种特异表达类型（UNF1）和母本表达沉默类型（UNP1）对牧草产量杂种优势的形成起主要作用。在返青、分枝和现蕾期，UNF1与牧草产量优势显著正相关。. （5）随机克隆了12个杂种与亲本差异表达的基因片段，这些基因在GenBank中均有相似性大于75%的同源性核酸序列，其中有6条基因片段与编码的蛋白质序列具有较高的同源性（相似性≥42%），由同源蛋白质的功能进一步推测苜蓿产量优势的形成涉及基础代谢、物质运输、转录调控、信号转导等代谢途径，其中以基础代谢途径为主。