小粒野生稻型细胞质雄性不育系小野A育性恢复基因的遗传分析和分子定位

Three-line hybrid rice is the main method to use the heterosis of rice, but only few types of cytoplasmic male sterility lines are used currently, which greatly limits the development of three-line hybrid rice breeding. Thus, the creation of new type of cytoplasmic male sterility lines is an important work of the three-line hybrid rice breeding. Applicant has bred a new resource cytoplasm male-sterile line Xiaoye A, the sterile cytoplasm of which comes from Oryza minuta Presl．and the restoring and maintaining relationship of which is completely different from that of the WA and HL type cytoplasm male-sterile lines. Because the restoring and maintaining relationship of Xiaoye A is different from that of the WA and the HL type cytoplasm male-sterile lines, the restorer lines of the WA and HL type cytoplasm male-sterile lines can not be used as the restorer lines of Xiaoye A directly. Therefore, in order to achieve the utilization of Xiaoye A, the restorer lines of Xiaoye A must be created. If the inheritance of the fertility genes of Xiaoye A are studied, the results will be helpful to breed the Xiaoye A restorer-lines. In order to breed restorer-lines of Xiaoye A and achieve the utilization of Xiaoye A as soon as possible, the numbers of the fertility restorer genes, the allelic of the fertility restorer genes coming from different restorer varieties and the interaction between the major fertility restorer genes will be studied in this project. On the basis of these results, the major restorer genes will be mapped by the molecular markers. The results of these studies will have important practical significance to breed the restorer lines of Xiaoye A.

利用细胞质雄性不育配置杂交种是水稻杂种优势利用的主要方式，但目前生产上利用的细胞质雄性不育类型比较单一，极大地限制了三系杂交稻的发展。因此，创造新质源细胞质雄性不育类型是三系杂交稻育种的重要工作。申请者已转育出不育胞质来自小粒野生稻（Oryza minuta Presl.）、且其恢保关系与WA型、HL型不同的新质源细胞质雄性不育系小野A，必须创造小野A的新恢复系，才能实现小野A在生产上的利用，如能明确小野A的育性基因遗传规律，将有助于小野A恢复系的选育。为了尽快选育出小野A新的恢复系，实现小野A在生产上的利用，本项目拟采用经典的遗传学方法，对小野A的育性遗传规律进行研究，以明确小野A的育性受几对不育基因控制，不同来源的恢复基因之间是否等位、主效恢复基因之间是否存在互作，在此基础上，对主效恢复基因进行分子标记定位。其研究结果对小野A的利用及其恢复系的选育具有十分重要的实践指导意义。

水稻是我国重要的粮食作物。在相同栽培技术条件下，杂交稻一般比常规稻增产15-20%。因此，发展杂交稻对提高我国水稻单产、保障我国粮食安全具有重要作用。目前生产上利用的杂交稻主要有三系杂交稻和两系杂交稻。与两系杂交稻相比，三系不育系育性稳定，在生产利用上更加安全，因而目前三系杂交稻在生产上仍有大面积利用。目前生产上大面积利用的不育胞质类型主要有野败型（CMS-WA）、红莲型（CMS-HL）和包台型（CMS-BT）。生产上长期大面积使用单一细胞质杂交稻，存在巨大的潜在病虫害危险。因此，积极创造新质源细胞质雄性不育系并用于生产，这对丰富我国不育胞质类型、降低潜在病虫害的危险、保障我国粮食安全具有重要作用。. 小野A系申请者利用小粒野生稻与栽培稻回交转育出的新质源细胞质雄性不育系。经恢保关系测定，小野A的恢保关系与CMS-WA、CMS-HL的恢保关系不同。为了探索小野A是否具有生产利用价值及如何利用，本项目对小野A开展了下列研究：（1）小野A不育遗传类型；（2）育性遗传规律；（3）育性基因定位；（4）候选基因预测。. 研究结果表明，小野A花粉呈典败，育性败育彻底。遗传上小野A属配子体不育，育性受3对独立遗传的育性基因控制。其中Rf20为主效恢复基因，Rf21、Rf22为弱效恢复基因。当Rf20、Rf21、Rf22同时存在时，杂种F1花粉染色率约为54%，花药散粉正常，自然结实正常；当Rf20单独存在时，杂种F1花粉染色率约为45%，花药散粉较正常，自然结实率约为70%；当Rf21、Rf22单独存在时，杂种F1花粉染色率分别约为20%和10%，但花药均呈黄色、棒状，不散粉，自然结实率均为0%。育性基因定位结果表明，Rf20位于3号染色体，Rf21位于12号染色体，Rf22位于10号染色体。进一步对Rf20进行精细定位，结果表明Rf20位于引物Chrom3MM0937附近，结合重测序结果，其候选基因可能为OsR498G0305340800.01或OsR498G0305342200.01。. 细胞质雄性不育系不仅可以用来配置杂交水稻，也是基础生物学研究中探索细胞核和细胞质互作的理想模型。因此，这一研究结果不仅为小野A的转育和三系配套利用提供研究基础，也将为探索小野A的细胞质雄性不育分子机理提供研究基础。这些研究结果对丰富细胞质雄性不育理论具有重要的科学意义。