利用分子选择培育水稻‘吉粳88’(hd2/hd4)导入系

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0062

中国农学通报 ›› 2022, Vol. 38 ›› Issue (33): 1-9.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0062

所属专题：生物技术；水稻

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利用分子选择培育水稻‘吉粳88’(hd2/hd4)导入系

李荣田¹^,²(), 时柳¹^,², 黄丽莹¹^,², 刘长华¹^,²^,³()

¹黑龙江大学生命科学学院/黑龙江省普通高等学校分子生物学重点实验室，哈尔滨 150080
²黑龙江大学农业微生物技术教育部工程研究中心，哈尔滨 150500
³黑龙江大学现代农业与生态环境学院，哈尔滨 150080

收稿日期:2022-02-02 修回日期:2022-05-02 出版日期:2022-11-25 发布日期:2022-11-22
通讯作者: 刘长华
作者简介:李荣田，男，1963年出生，吉林德惠人，教授，博士，研究方向：水稻分子育种与分子生物学。通信地址：150080 哈尔滨市南岗区学府路74号黑龙江大学生命科学技术学院，Tel：0451-86608243，E-mail：lirongtian07@aliyun.com。
基金资助:
中央引导地方科技发展资金“三江稻区绿色优质水稻品种及其双减栽培体系示范推广”(ZYYD2022JMS004);国家科技重大专项“粳稻种植区抗虫水稻新品种的培育”(2016ZX08001001)

Breeding Introgression Line ‘Jijing 88’ (hd2/hd4) with Molecular Selection

LI Rongtian¹^,²(), SHI Liu¹^,², HUANG Liying¹^,², LIU Changhua¹^,²^,³()

¹School of Life Sciences, Heilongjiang University/Key Laboratory of Molecular Biology, College of Heilongjiang Province, Harbin 150080
²Engineering Research Center of Agricultural Microbiology Technology, Ministry of Education, Heilongjiang University, Harbin 150500
³College of Advanced Agriculture and Ecological Environment, Heilongjiang University, Harbin 150080

Received:2022-02-02 Revised:2022-05-02 Online:2022-11-25 Published:2022-11-22
Contact: LIU Changhua

摘要/Abstract

摘要：

旨在将水稻早抽穗基因hd2和hd4导入优良品种‘吉粳88’，培育可在黑龙江省北部种植的水稻‘吉粳88’(hd2/hd4)导入系。以‘吉粳88’为受体，‘空育131’为供体，利用分子选择及回交转育创制‘吉粳88’(hd2/hd4)导入系，在寒区第三积温区田间鉴定导入系的生育期、农艺性状及产量。‘吉粳88’和‘空育131’杂交、‘吉粳88’作为轮回亲本回交4次、回交后代自交2次，每个世代利用Hd2-Caps和Hd4-Caps进行前景选择，利用SSR标记进行背景选择，获得了‘吉粳88’(hd2/hd4)导入系-1和‘吉粳88’(hd2/hd4)导入系-2，两个导入系抽穗期和‘空育131’类似，株型特征和‘吉粳88’类似，丰产性明显高于‘空育131’。‘吉粳88’(hd2/hd4)导入系培育成功，并且具有应用于黑龙江省第三积温区及第二积温区下限的可能。

关键词: 水稻, ‘吉粳88’, 分子选择, 抽穗期基因, 导入系

Abstract:

The aim of this study is to transform rice heading stage genes hd2 and hd4 into an excellent variety ‘Jijing 88’, and further develop rice ‘Jijing 88’ (hd2/hd4) introgression lines which are suitable for planting in the northern part of Heilongjiang Province. With ‘Jijing 88’ as the receptor and ‘Kongyu 131’ as the donor, ‘Jijing 88’(hd2/hd4) introgression lines were created by molecular selection and backcrossing. The growth period, agronomic characters and yield of the introgression lines were identified in the third accumulated temperature area of cold region. ‘Jijing 88’ was crossed with ‘Kongyu 131’, ‘Jijing 88’ was used as the recurrent parent for 4 backcrosses, and the backcross offspring were self-crossed for 2 times. In each generation, Hd2-Caps and Hd4-Caps were used for foreground selection, and SSR markers were used for background selection. Thus, ‘Jijing 88’(hd2/hd4) introgression lines-1 and ‘Jijing 88’ (hd2/hd4) introgression lines-2 were obtained. Both of them had similar heading stage to ‘Kongyu 131’ and plant type characteristics to ‘Jijing 88’, but the yield was significantly higher than that of ‘Kongyu 131’. The successful breeding of rice ‘Jijing 88’ (hd2/hd4) introgression lines has made it possible for the lines to be used in the third accumulated temperature region and the lower limit of the second accumulated temperature region in Heilongjiang Province.

Key words: rice, ‘Jijing88’, molecular selection, heading stage gene, introgression line

中图分类号:

S511.22

李荣田, 时柳, 黄丽莹, 刘长华. 利用分子选择培育水稻‘吉粳88’(hd2/hd4)导入系[J]. 中国农学通报, 2022, 38(33): 1-9.

LI Rongtian, SHI Liu, HUANG Liying, LIU Changhua. Breeding Introgression Line ‘Jijing 88’ (hd2/hd4) with Molecular Selection[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2022, 38(33): 1-9.

图/表 11

基因	引物	引物序列	内切酶	条带长度/bp
Hd2(hd2)	Hd2-Caps-F	5′-GGTGCGGTACCAGACCAGAAAGAGGC-3′ 5′-CACCACCCTGCTGTTGTTGG-3′	XcmI酶	84(Hd2)或101(hd2)
Hd2(hd2)	Hd2-Caps-R	5′-GGTGCGGTACCAGACCAGAAAGAGGC-3′ 5′-CACCACCCTGCTGTTGTTGG-3′	XcmI酶	84(Hd2)或101(hd2)
Hd4(hd4)	Hd4-Caps-F	5′-CGGCGCCCCGGCGCCACCGGTGCTC-3′ 5′-GCGGCGGGTAGTCATCGAAC-3′	XhoI酶	84(Hd4)或104(hd4)
Hd4(hd4)	Hd4-Caps-R	5′-CGGCGCCCCGGCGCCACCGGTGCTC-3′ 5′-GCGGCGGGTAGTCATCGAAC-3′	XhoI酶	84(Hd4)或104(hd4)

表1. 水稻抽穗期基因Hd2(hd2)和Hd4(hd4)分子标记

标记	连锁群	标记	连锁群	标记	连锁群	标记	连锁群	标记	连锁群	标记	连锁群
RM583	1	RM85	3	RM274	5	RM336	7	RM219	9	RM209	11
RM1195	1	RM232	3	RM267	5	RM481	7	RM278	9	RM224	11
RM493	1	RM8277	3	RM598	5	RM43	7	OSR28	9	RM21	11
RM443	1	RM424	3	RM571	5	RM567	7	RM542	9	RM332	11
RM10253	1	RM5393	3	RM3683	5	RM1357	7	RM23998	9	RM26315	11
RM10397	1	RM5442	3	RM18236	5	RM21321	7	RM24049	9	RM26362	11
RM71	2	RM471	4	RM190	6	RM72	8	RM331	10	RM19	12
RM208	2	RM119	4	RM253	6	RM339	8	RM258	10	RM17	12
RM561	2	RM551	4	RM176	6	RM331	8	RM590	10	RM3331	12
RM490	2	RM423	4	RM231	6	RM289	8	RM316	10	RM7102	12
RM3857	2	RM16304	4	RM5218	6	RM8020	8	RM5304	10	RM5653	12
RM5607	2	RM5607	4	RM4923	6	RM22508	8	RM6962	10	RM27783	12

表2. 创制水稻‘吉粳88’(hd2/hd4)导入系背景选择候选SSR

图1. 水稻‘吉粳88’(hd2/hd4)导入系创制方法

图2. 水稻抽穗期基因Hd2(hd2)和Hd4(hd4)分子标记在‘吉粳88’和‘空育131’之间的多态性 M：MakerD，1~5：‘吉粳88’，6~10：‘空育131’，B：ddH2O

连锁群	标记	数量	连锁群	标记	数量
1	RM583, RM1195, RM443	3	7	RM561, RM1357, RM21321	3
2	RM490, RM 71, RM3857	3	8	RM339, RM289, RM8020	3
3	RM232, RM8277, RM424	3	9	RM278, RM542, RM542	3
4	RM471, RM423, RM551	3	10	RM590, RM5304, RM316	3
5	RM267, RM571, RM3683	3	11	RM224, RM26362	2
6	RM190, RM253, RM176	3	12	RM19, RM7102	2

表3. 水稻‘吉粳88’和‘空育131’间有多态性的SSR分子标记

图3. 水稻F1代植株Hd2(hd2)和Hd4(hd4)基因分子鉴定 M：Maker D，J：‘吉粳88’，K：‘空育131’，1~10：F1代植株，B：ddH2O

世代	总株数/株	前景选择植株/个	入选植株
世代	总株数/株	前景选择植株/个	杂合状态的背景选择SSR	背景恢复率/%
BC₁F₁	69	19	RM232, RM190, RM253, RM1357, RM289, RM176, RM21321	79.41
BC₂F₁	52	13	RM176, RM253, RM1357, RM21321	88.23
BC₃F₁	20	8	RM1357, RM21321	94.12
BC₄F₁	4	1	—	100.00

表4. 水稻‘吉粳88’(hd2/hd4)导入系各回交世代植株鉴定选择

图4. 水稻BC4F2世代植株Hd2(hd2)和Hd4(hd4)的基因型 M：Maker D；K：‘空育131’；J：‘吉粳88’；1-30：BC4F2世代植株；B：ddH2O

图5. 水稻‘吉粳88’(hd2/hd4)导入系分子鉴定 M：MakerD，J：‘吉粳88’，K：‘空育131’，1~5：导入系-1，6~10：导入系-2，B：ddH2O

图6. 水稻‘吉粳88’(hd2/hd4)导入系生育期及其株型*示差异显著(P≤5%)；**示差异极显著(P≤1%)

性状	空育131				导入系-1				导入系-2
性状	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	$X ˉ$	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	$X ˉ$	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	$X ˉ$
株高/cm	80.38	81.12	80.57	80.69	97.46	96.82	97.49	97.26^**	93.26	94.41	94.02	93.90^**
穗数/(穗/株)	18.00	19.00	18.00	18.60	15.00	16.00	17.00	16.00^*	17.00	16.00	16.00	16.33^*
穗长/cm	14.91	14.68	14.15	14.58	16.07	16.64	16.38	16.36^**	15.60	16.30	15.30	15.73 ^*
穗重/g	35.25	34.16	33.96	34.46	42.05	42.84	43.17	42.69^**	38.93	41.72	40.56	40.40 ^**
穗粒数/(粒/穗)	79.00	79.00	80.00	79.33	130.00	132.00	129.00	130.33^**	123.00	121.00	119.00	121.00^**
结实率/%	92.76	90.50	89.75	91.00	86.01	83.63	85.62	85.09^**	85.11	88.12	87.89	87.04^*
千粒重/g	25.85	25.38	25.81	25.68	22.95	22.62	23.04	22.87^**	21.59	22.48	22.11	22.06^**
产量/(kg/m²)	0.93	0.86	0.96	0.92	1.09	1.18	1.22	1.16 ^**	1.16	1.03	1.12	1.10^*
倒伏指数	150.56	149.48	149.45	149.83	129.59	131.84	129.66	130.36^**	129.62	130.80	130.00	130.14^**

性状	空育131				导入系-1				导入系-2
性状	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	$X ˉ$	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	$X ˉ$	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	$X ˉ$
株高/cm	80.38	81.12	80.57	80.69	97.46	96.82	97.49	97.26^**	93.26	94.41	94.02	93.90^**
穗数/(穗/株)	18.00	19.00	18.00	18.60	15.00	16.00	17.00	16.00^*	17.00	16.00	16.00	16.33^*
穗长/cm	14.91	14.68	14.15	14.58	16.07	16.64	16.38	16.36^**	15.60	16.30	15.30	15.73 ^*
穗重/g	35.25	34.16	33.96	34.46	42.05	42.84	43.17	42.69^**	38.93	41.72	40.56	40.40 ^**
穗粒数/(粒/穗)	79.00	79.00	80.00	79.33	130.00	132.00	129.00	130.33^**	123.00	121.00	119.00	121.00^**
结实率/%	92.76	90.50	89.75	91.00	86.01	83.63	85.62	85.09^**	85.11	88.12	87.89	87.04^*
千粒重/g	25.85	25.38	25.81	25.68	22.95	22.62	23.04	22.87^**	21.59	22.48	22.11	22.06^**
产量/(kg/m²)	0.93	0.86	0.96	0.92	1.09	1.18	1.22	1.16 ^**	1.16	1.03	1.12	1.10^*
倒伏指数	150.56	149.48	149.45	149.83	129.59	131.84	129.66	130.36^**	129.62	130.80	130.00	130.14^**

表5. 水稻‘吉粳88’(hd2/hd4)导入系农艺性状

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Breeding Introgression Line ‘Jijing 88’ (hd2/hd4) with Molecular Selection

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