“东野型”不育胞质恢复基因Rf11的克隆及遗传效应分析

In the present three-line hybrid rice breeding, the extensive application of cytoplasm source of wild abortive (WA) restricts the further yield increase and may lead to an outbreak of potential risk. So it is necessary to explore new male-sterile cytoplasm sources. A novel cytoplasmic male sterile source, named DongYe-type, was identified from Dongxiang wild rice by crossing Dongxiang wild rice as female with Zhongzao 35, an early indica variety, as male and successive backcrossing with Zhongzao 35. DR249, a strong restorer for DongYe CMS was obtained. Inheritance analysis showed that the fertility restoration of this CMS was governed by three pairs of independent dominant genes. According to backcrossed with Zhongzao 35 and Huazhan, high backcross generations and near isogenic lines (NILs) were constructed to fine mapping the three restorer genes by map-based cloning method, and Rf11(Restorer of fertility 11) was narrowed to interval of 200kb. On the base of previous studies, we will enlarge the separate population of single gene Rf11, and further fine map the Rf11, then clone this gene and study the interaction mechanism with DongYe-type CMS gene. Cloning and function analysis of fertility Restorer gene is important for understanding the mechanisms of rice CMS and establishment of DongYe-type three-line hybrid rice system.

野败型细胞质源的大范围应用，不仅制约着杂交水稻单产的进一步突破，而且也可能因不育胞质遗传因素给杂交稻推广带来潜在风险。在生产上应用的细胞质源单一的情况下，以中早35为轮回亲本选育成新的东野型胞质雄性不育系（CMS）。本项目利用东野CMS与筛选到的强恢复源DR249杂交，已初步探明东野CMS的育性恢复受3对独立的显性基因控制。利用与中早35、华占回交构建的高世代回交分离群体和近等基因系，结合图位克隆方法，分别对3对育性恢复基因进行定位，并将位于11染色体的恢复基因定位在200kb的区间内。在后续的研究中，我们将扩大鉴定出来的单基因分离群体，进一步定位恢复基因Rf11，克隆并研究该基因的遗传机理及其与其它“东野型”不育基因的互作机制。Rf11的克隆及功能验证对“东野型”CMS的恢复机理研究及“东野型”三系杂交体系的建立具有重要意义。

江西东乡野生稻（东野）是中国乃至世界分布最北的普通野生稻，因其地理位置的独特性和极强的耐寒性而为水稻育种学家和生物学家所重视。项目组在前期对东乡野生稻有利基因挖掘的研究过程中，获得了一种来自东野胞质的新型三系不育系，绝大多数现有水稻品种不能对其不育进行恢复，具有广保性。项目组开展恢复基因的定位和克隆，目的是加快“东野型”三系杂交稻的推广与应用。. 项目主要研究内容：1）恢复基因的精细定位：利用恢复基因连锁标记检测出仅Rf11 发生分离的完全可育株用于自交分离，扩大群体进一步对恢复基因 Rf11 进行精细定位；2) 候选基因确定：通过生物信息学方法对精细定位区域进行预测，结合RT-PCR和转录组数据分析，确定候选基因。3）基因的功能验证：通过构建互补、过表达、Crispr及 GFP 等载体，转化相应的受体，进一步验证基因功能。4) Rf11 的遗传效应分析：构建“东野型”同质恢近等基因系（NILs），进而分析恢复基因 Rf11 在单独存在、分别与其他恢复基因同时存在时的遗传效应。5）“东野型”三系杂交稻培育：利用分子标记辅助选择，培育“东野型”三系杂交稻恢复系。恢复系与不育系配组，筛选“东野型”三系苗头组合。. 通过本项目的实施，明确了由3对恢复基因共同控制“东野型”胞质不育的育性恢复，其中Rf11精细定位在160kb的范围内，开发了恢复基因分子辅助选择育种方法；通过对区段内基因组比较以及RT-PCR的检测，初步明确了Rf11的候选基因；将3对恢复基因在DY1A的背景中进行分解，明确了恢复基因的分解效应；培育稳定的“东野型”型恢复系；配置培育“东野型”型组合，筛选出较对照增产的苗头组合22个；申报品种权2项；发表SCI论文1篇；获得专利授权2项，申报专利3项；培养博士研究生1名. 项目的开展对“东野型”不育系的恢复机理研究及“东野型”三系杂交水稻体系的建立具有重要意义。.