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稻属种间杂交育种

  

云南省农业科学院粮食作物研究所“稻属种间杂交育种”研究团队,在“新世纪百千万人才国家级人选”陶大云研究员的带领下,多年来针对栽培稻遗传基础狭窄,致力于发掘稻属野生近缘种的有利基因为育种所用相关的应用及应用基础研究。
  在稻属24个种中,与亚洲栽培稻同属AA基因组的野生及近缘种有7个,即非洲栽培稻(O. glaberrima)、长雄野生稻(O. longistaminata)、短舌野生稻(O. barthii)、普通野生稻(O. rufipogon)、印度野生稻(O. nivara)、展颖野生稻(O. glumaepatula)和南方野生稻(O. meridionalis 。基于这7个种变异的丰富性、分布的广泛性、收集的系统性、评价的全面性、与亚洲栽培稻的互补性及相同AA基因组的可操作性,应是亚洲栽培稻野生及近缘种有利基因发掘利用的首选对象而非洲栽培稻应是首选物种。为充分发掘利用野生及近缘种的丰富变异,通过大量的研究和探索,种间杂种不育成为野生及近缘种育种利用的首要障碍,也是最大障碍。
   
为克服种间杂种不育障碍,对野生稻加以利用,研究团队在国家自然科学基金项目“长雄野生稻地下茎基因分子定位研究”(300600422001-2003)、云南省自然科学基金重点项目“栽培稻种间杂种优势及其育性遗传研究”(97C004Z)及“栽培稻种间杂种育性基因定位及近等基因系培育研究”(2002C0009Z)973前期专项“利用亚洲栽培稻野生近缘种育种的基础研究”(2006CB7082072006-2008)的支持下, 从1992年起开始探索利用野生近缘种进行栽培稻种间杂交育种工作,在同样面临严重的杂种不育等生殖障碍的同时,项目组从AA基因组野生近缘种的重要代表——非洲栽培稻出发,围绕着栽培稻种间杂交育种关键难题---种间杂种不育障碍开展研究。通过该项目的研究,明确了栽培稻种间杂种不育的遗传规律,并从“点和面”上用高世代回交群体对育性基因AB-QTL分析,探明了栽培稻种间杂种不育的遗传机理,新发现10余个栽培稻种间杂种不育基因,找到了克服稻属种间杂种不育的有效方法,为利用非洲栽培稻的有利基因(性状)打开了不育限制的阀门,至今已探索出了较为成熟的克服栽培稻种间杂交育性障碍的技术体系。同时为系统阐明稻属AA基因组各个种的起源演化及栽培稻种间杂交育种提供了理论和材料基础。该项研究结果现已应用到栽培稻种间杂交育种。育成的世界上首个种间杂交温带粳型水稻品种“云稻1号”2005年通过云南省审定,并获农业部新品种保护权。目前已成为云南粳稻区的主要推广品种。主要研究成果获得了2002年云南省科学技术奖(自然科学类)二等奖。
  基于对种间杂种不育、杂种胚败育等生殖障碍的研究成果及克服对策,研究团队在对长雄野生稻的利用上,针对长雄野生稻,具有长柱头、大花药、自交不亲和、异花授粉和地下茎等特性。首先对地下茎基因的表型表达进行调查分析,构建了第一张完全基于SSR分子标记的长雄野生稻分子遗传连锁图谱,该项目第一次发现两对基因控制水稻地下茎的发育和表达,并进行分子定位,同时,通过比较作图,为水稻和高粱多年生性的协同进化关系提供了有力的证据,也为禾本科的协同进化提供了证据。同时为转移和利用长雄野生稻长柱头、大花药、自交不亲和、异花授粉和地下茎等特性,推动杂交稻生产、杂种优势固定、培育多年生的水(陆)稻等奠定了基础。主要的研究结果已发表于美国科学院院报(PNAS, USA100(7): 4050-4054)。该项目主要研究成果获2004年云南省科学技术奖(自然科学类)一等奖。
  至今已达到对AA基因组其它几个种非洲栽培稻、展颖野生稻、长雄野生稻、普通野生稻杂种不育的有效克服及系统高效地发掘利用稻属AA基因组野生及近缘种有利基因的目的。系统准备了发掘亚洲栽培稻AA基因组野生及近缘种有利基因的渗入材料2万余份,并与同行共享这批材料。育成水稻“云稻”、陆稻“云陆”系列品种。这些研究对发掘亚洲栽培稻AA基因组野生及近缘种有利基因、拓宽亚洲栽培稻的遗传基础、确保我国粮食安全有重要的现实意义,同时对回答稻属AA基因组物种分化的过程、结果或是原因等科学问题也有重要的学术价值。

 

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