油菜双单倍体诱导系的发现及应用

【作者】 付绍红； 李云； 沈金雄； 王继胜； 邹琼； 易斌； 文静； 傅廷栋； 陶兰蓉； 康泽明； 唐蓉； 杨进；

【机构】 成都市农林科学院国家油料改良中心成都分中心； 华中农业大学国家作物改良重点实验室油菜工程技术中心；

【摘要】 通过甘蓝型油菜（F009）与白菜型油菜（雅安黄油菜,YH）种间杂交,以F009为母本,YH为父本,杂交F₁利用染色体加倍处理获得遗传稳定的早代稳定系P3-2（F₃）。以P3-2为母本与杂交F₁（1325Cx）杂交获得聚合杂交F₁,以P3-2为母本与杂交F₁（4247×1365）获得聚合杂交F₁,再利用染色体加倍,分别获得多倍体油菜3380和3560。通过对3380和3560进行细胞学及倍性鉴定,确定3380和3560为八倍体油菜,并将3380和3560与波里马质不育蓉A0464测交获得后代为全不育,且与蓉A0464形态一致,经4年反复验证结果一致。将两个材料分别定名为油菜纯合四倍体诱导系Y3380、Y3560。以7个母本（细胞核不育系3209、3304、3318,细胞质不育系3321、3323、3445和3463）为被诱导材料,研究Y3560的诱导能力。以2个母本（细胞质不育系3445和3463）为被诱导材料,比较Y3560与Y3380之间诱导能力的差异。同时结合形态、育性、隐形基因、流式细胞倍性鉴定、SSR分子鉴定手段判断诱导效果。结果显示:诱导系Y3560对7个母本材料的均成功诱导,诱导率在34.09%～98.66%;Y3560和Y3380对3445的诱导率分别为95.15%和93.33%,对3463（WLA）隐形无蜡粉不育系的诱导率分别为89.04%和93.56%。初步证明,诱导系Y3560具有很强的诱导能力,诱导能力稳定,并且在甘蓝型油菜中具有较广泛的适用性。诱导系Y3560和Y3380的诱导能力没有差异。以白菜型油菜、芥菜型油菜、甘蓝、白菜、萝卜、花菜、青菜为母本,用诱导系Y3380、Y3560花粉授粉,获得后代种子。田间鉴定显示,白菜型油菜授粉后代为白菜型油菜且存在严重的退化现象,芥菜型油菜后代为芥菜型油菜也存在退化现象。甘蓝、白菜、萝卜、花菜结果与油菜一致。说明诱导系能与十字花科作物母体植株产生加倍形成可遗传且稳定的后代,因此将两个诱导系材料定名为油菜双单倍体诱导系。对两个诱导系进行的一系列研究发现,诱导系为高芥酸、高硫苷品质,诱导系自身可自交结实,结实率在30%～50%之间。但诱导系自身并不稳定,存在较严重的分离,有丝分裂过程基本正常,减数分裂存在严重的染色体异常现象,单株染色体条数在60～76条不等。减数分裂过程存在O型、哑铃型、染色体桥,染色体落后等一些列异常行为。染色体原位杂交显示,两个诱导系染色体构成仍然来自于A、C染色体组,A染色体组成大于C染色体组。而且诱导系单株自交存在10%左右的四倍体后代分离现象,分裂出来的四倍体经不育系测交,不具有诱导功能。倍性是诱导系具有诱导能力的主要原因,其他的多倍体油菜是否具有诱导能力需要进一步研究证实。诱导系花粉活力经亚历山大染色检测,显示花粉活力在92%以上,荧光显微镜观察花粉能在柱头上正常萌发并将花粉管深入到胚囊内完成授精过程。对49个F₁单株进行人工去雄诱导,收获荚果4 277个,有效荚果2 270个,收获种子8 676粒,平均有效荚果种子数2.03粒。对诱导后代F₃株系进行调查,株系内苗期整齐、叶型、叶色、生育期、花期一致,随机取单株进行SNP芯片检测,株系内SNP纯合位点比例在85%～98%之间,与对照自交F3SNP纯合位点比例在60%～65%之间。纯合SNP位点比例明显提高,且诱导后代株系内单株的遗传相似性在90%-98%之间,对照自交F₃株系内单株的遗传相似性在60%～75%之间,说明诱导能使后代快速稳定,达到基因纯合的目的。由此通过诱导快速选育细胞质三系杂交油菜恢复系2个,选育杂交油菜新品种2个,通过四川省审定和长江上游区域试验。本技术在甘蓝、萝卜、白菜、花菜等十字花科作物中的应用可以达到同样的效果,具体更深入的机理研究正在进行之中。更多还原