專利名稱：一種水稻雜交育種材料及其培育方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水稻制種領(lǐng)域，具體地說是一種水稻雜交育種材料及其培育方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
雜交水稻為我國乃至全球糧食安全做出了巨大貢獻(xiàn)。但現(xiàn)有的水稻雜種優(yōu)勢利用和制種，配組不自由，且種子生產(chǎn)環(huán)節(jié)多、工序復(fù)雜，過多依賴于密集的人力、物力，生產(chǎn)效率低下。特別是近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，農(nóng)村青壯年進(jìn)城務(wù)工，農(nóng)村勞動力短缺，雜交稻種子生產(chǎn)面臨嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。實(shí)現(xiàn)雜交水稻機(jī)械化混播制種，對降低雜交稻制種成本，提高制種質(zhì)量和效率，促進(jìn)雜交水稻的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，都具有重要意義。植物組織特異型啟動子是一類特定的DNA片段，具有驅(qū)動基因在特定組織、細(xì)胞中表達(dá)的能力。根據(jù)表達(dá)特性的不同，組織特異型啟動子可以被分為根特異啟動子、綠色組織特異啟動子、莖特異啟動子、雄蕊(花粉)特異啟動子、雌蕊特異啟動子等類型。優(yōu)良的組織特異啟動子僅在特定的組織或細(xì)胞中有驅(qū)動能力，而在其他細(xì)胞中不具有驅(qū)動能力。因此，在植物基因工程中常使用組織特異啟動子完成特定細(xì)胞內(nèi)的基因操作而不會對靶細(xì)胞以外的部位產(chǎn)生影響。目前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些可供基因工程使用的水稻組織特異啟動子，對生殖發(fā)育相關(guān)的過程來說，包括0sg6B啟動子、0sMADS58啟動子、OsACEl啟動子、RTS啟動子等雄蕊(花粉)特異表達(dá)啟動子。來源于水稻的雌蕊(柱頭)特異啟動子研究較少，也沒有應(yīng)用的報道。但自煙草、油菜和馬鈴薯中克隆獲得的雌蕊特異啟動子如STS14啟動子、SLG啟動子、SRK啟動子和SLRl啟動 子在水稻中仍具有雌蕊特異表達(dá)的特點(diǎn)。這些雌/雄蕊特異啟動子的強(qiáng)度也足以驅(qū)動人工DNA片段造成特定部位的除草劑敏感性。氰氟草酯是一種水稻不敏感的除草劑，又名千金或氰氟禾草靈，主要用于防治禾本科雜草。氰氟草酯是內(nèi)吸傳導(dǎo)性除草劑，由植物的葉片和葉鞘吸收，韌皮部傳導(dǎo)，抵制乙酰輔酶A羧化酶活性，干擾并終止脂肪酸代謝合成，抑制植物細(xì)胞分裂生長，破壞細(xì)胞膜系統(tǒng)等脂結(jié)構(gòu)，最終引起細(xì)胞死亡。施用氰氟草酯對環(huán)境影響較小，動物實(shí)驗(yàn)表明無明顯毒性，是水稻生產(chǎn)中常用的優(yōu)良除草劑。傳統(tǒng)制種工藝中存在父母本自交結(jié)實(shí)種子混雜導(dǎo)致雜交種純度下降的問題，如兩系制種中光溫敏不育系在不利的光溫條件下育性恢復(fù)，自交結(jié)實(shí)嚴(yán)重影響雜交種純度。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明目的在于提供一種水稻雜交育種材料及其培育方法與應(yīng)用，旨在解決目前生產(chǎn)上制種成本高，步驟繁瑣，純度難以保證等問題。本發(fā)明的目的之一提供一種水稻雜交育種材料，該材料中的母本材料(不育系)為帶有除草劑敏感基因，且除草劑敏感基因僅在雄蕊中表達(dá)；父本材料(恢復(fù)系)為帶有除草劑敏感基因，且除草劑敏感基因僅在雌蕊中表達(dá)。本發(fā)明的雜交育種材料是使用特異啟動子驅(qū)動和反義抑制表達(dá)的手段獲得，具體培育方法通過如下方式實(shí)現(xiàn):將雄蕊特異啟動子驅(qū)動的除草劑抗性基因反義片段轉(zhuǎn)入水稻母本品種，使除草劑抗性基因特異的在雄蕊部位表達(dá)受到抑制，實(shí)現(xiàn)雄蕊特異啟動子驅(qū)動除草劑敏感基因的目的，得到僅有雄蕊部分對除草劑敏感的母本材料；將雌蕊特異啟動子驅(qū)動的除草劑抗性基因反義片段轉(zhuǎn)入水稻父本品種，使除草劑抗性基因特異的在雌蕊部位表達(dá)受到抑制，實(shí)現(xiàn)雌蕊特異啟動子驅(qū)動除草劑敏感基因的目的，獲得僅有雌蕊部分對除草劑敏感的父本材料。其中除草劑敏感基因?yàn)榍璺蒗ッ舾谢颉⒈竭_(dá)松敏感基因等中的任意一種或作物育種中其它可接受的敏感基因；驅(qū)動除草劑敏感基因的啟動子為STS14雌蕊特異表達(dá)啟動子、0sg6B雄蕊特異表達(dá)啟動子中的任意一種或其他可接受的花器官特異的啟動子。其中所述水稻母本品種(不育系)為品種NS629S或育種學(xué)上可接受的其它品種，父本品種(恢復(fù)系)為品種RH003或育種學(xué)上可接受的其它品種。本發(fā)明的另一目的是提供 一種雜交水稻混播制種方法。該制種方法通過如下方式實(shí)現(xiàn):(I)按上述方法培育的帶有除草劑敏感基因，且除草劑敏感基因僅在雄蕊中表達(dá)的母本材料和帶有除草劑敏感基因，且除草劑敏感基因僅在雌跋、中表達(dá)的父本材料進(jìn)行混播；在抽穗前噴施除草劑，從而實(shí)現(xiàn)母本去雄，父本去雌，所獲種子均為雜交種，使機(jī)械化收獲變?yōu)榭尚校?2)在隔離田塊單獨(dú)種植上述母本材料(不育系)或父本材料(恢復(fù)系)，在不施除草劑條件下，繁殖母本(不育系)或父本(恢復(fù)系)。其中除草劑為對應(yīng)的氰氟草酯、苯達(dá)松、吡嘧磺隆等。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于:1、有利于父母本的自由選配。2、通過噴施除草劑，自動實(shí)現(xiàn)母本去雄，父本去雌，大大減輕了工作量，提高了生
產(chǎn)效率。3、有效地避免了父母本自交結(jié)實(shí)種子的混雜，特別是是防止了母本自交結(jié)實(shí)導(dǎo)致的雜交種純度下降，顯著提高雜交種純度。4、母本(不育系)繁殖簡單，只需通過自交即可獲得，不需使用保持系，從而簡化了繁殖過程，降低了生產(chǎn)成本。5、生產(chǎn)流程簡單，易于控制，由于噴施除草劑后父母本均不能自交結(jié)實(shí)，所有后代都是雜交種，因此便于機(jī)械化操作，實(shí)現(xiàn)雜交稻混播機(jī)械化制種，提高生產(chǎn)效率，降低制種成本，節(jié)省人力、物力。


圖1本發(fā)明中父母本培育流程圖。圖2本發(fā)明中制種方法實(shí)現(xiàn)流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及實(shí)施方式，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
以下實(shí)施例中0sg6B雄蕊特異啟動子、STS14雌蕊特異啟動子均為公知啟動子；除草劑敏感基因也為已知基因；氰氟草酯、苯達(dá)松、吡嘧磺隆等為公知除草劑；水稻品種NS629S和RH003均為現(xiàn)有常規(guī)品種，由安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻所提供；以下實(shí)施例中，若無特別說明，實(shí)施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的常規(guī)手段。實(shí)施例1水稻雜交育種材料的培育方法以水稻品種NS629S和RH003為例； (I)母本材料培育方法克隆0sg6B雄蕊特異啟動子并驅(qū)動氰氟草酯敏感基因或苯達(dá)松敏感基因的反義片段轉(zhuǎn)化水稻品種NS629S，在轉(zhuǎn)基因子代中選擇單拷貝插入、農(nóng)藝性狀優(yōu)良、在且僅在雄蕊部分對氰氟草酯或苯達(dá)松敏感度高的植株作為母本材料；( 2 )父本材料培育方法克隆STS14雌蕊特異啟動子驅(qū)動氰氟草酯敏感基因或苯達(dá)松敏感基因的反義片段導(dǎo)入水稻品種RH003，在轉(zhuǎn)基因子代中選擇單拷貝插入、農(nóng)藝性狀優(yōu)良、在且僅在雌蕊部分對氰氟草酯或苯達(dá)松敏感度高的植株作為父本材料。實(shí)施例2、機(jī)械化混播制種(安徽合肥種植)(I)將發(fā)明獲得父母本材料種子混配，其質(zhì)量比為1:6 (父本:母本)，于5月10日-5月15日播種，采用常規(guī)的水育秧方式培育壯秧。插秧采用久保田SPW-48C自動插秧機(jī)，平均行距30cm，株距18cm。大田種植采用常規(guī)水肥管理，在抽穗前7天左右噴施相應(yīng)的除草劑(如氰氟草酯，水劑 質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.25%，每畝噴施50L-60L)，殺雄(母本)，去雌(父本)；通過收割機(jī)收獲種子。經(jīng)抽樣檢測，所測種子均為雜交種，無父母本自交結(jié)實(shí)混雜。根據(jù)除草劑的種類，控制噴施除草劑的濃度、噴施時間和部位，既要做到有效去雄(雌)，又要避免產(chǎn)生藥害，降低雜交種產(chǎn)量。(2)在隔離田塊單獨(dú)種植母本(不育系)，在不噴施除草劑條件下，常規(guī)水肥管理，病蟲害控制的條件下，繁殖母本(不育系)。父本的繁殖類同。應(yīng)該理解，以上實(shí)施例僅用來解釋本發(fā)明，而并不用于限制本發(fā)明。在不背離本發(fā)明精神和實(shí)質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的方法、作物品種、步驟或條件等所作的某些等同的修改或替換、顯而易見的改進(jìn)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種水稻雜交育種材料，其特征在于，母本材料帶有除草劑敏感基因，且除草劑敏感基因僅在雄蕊中表達(dá)；父本材料帶有除草劑敏感基因，且除草劑敏感基因僅在雌蕊中表達(dá)。
2.—種權(quán)利要求1所述的水稻雜交育種材料的培育方法，其特征在于， 所述母本材料培育方法為:將雄蕊特異啟動子驅(qū)動的除草劑抗性基因反義片段或其他相似技術(shù)轉(zhuǎn)入母本品種，使除草劑抗性基因特異的在雄蕊部位表達(dá)受到抑制，實(shí)現(xiàn)雄蕊特異啟動子驅(qū)動除草劑敏感基因的目的，得到僅有雄蕊部分對除草劑敏感的母本材料； 所述父本材料的培育方法為:雌蕊特異啟動子驅(qū)動的除草劑抗性基因反義片段或其他相似技術(shù)轉(zhuǎn)入父本品種，使除草劑抗性基因特異的在雌蕊部位表達(dá)受到抑制，實(shí)現(xiàn)雌蕊特異啟動子驅(qū)動除草劑敏感基因的目的，獲得僅有雌蕊部分對除草劑敏感的父本材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水稻雜交育種材料的培育方法，其特征在于，所述除草劑敏感基因?yàn)榍璺蒗ッ舾谢?、苯達(dá)松敏感基因等中的任意一種；所述驅(qū)動除草劑敏感基因的啟動子為STS14雌蕊特異表達(dá)啟動子和Osg6B雄蕊特異表達(dá)啟動子。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水稻雜交育種材料的培育方法，其特征在于，所述除草劑為野生型水稻不敏感型除草劑，為氰氟草酯、苯達(dá)松、吡嘧磺隆中的任意一種。
5.一種雜交水稻混播制種方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)培育帶有除草劑敏感基因，且除草劑敏感基因僅在雄蕊中表達(dá)的母本材料；培育帶有除草劑敏感基因，且除草劑敏感基因僅在雌蕊中表達(dá)的父本材料； (2)將步驟(1)中培育的水稻母本材料和父本材料進(jìn)行混播；在抽穗前噴施除草劑，從而實(shí)現(xiàn)母本去雄， 父本去雌，通過父母本單向交配，獲得Fl雜交種，進(jìn)行機(jī)械化收獲。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種雜交水稻混播制種方法，其特征在于，所述母本材料是將雄蕊特異啟動子驅(qū)動的除草劑抗性基因反義片段或其他相似技術(shù)轉(zhuǎn)入水稻品種NS629S中，使除草劑抗性基因特異的在雄蕊部位表達(dá)受到抑制，實(shí)現(xiàn)雄蕊特異啟動子驅(qū)動除草劑敏感基因的目的，得到僅有雄蕊部分對除草劑敏感的母本材料，所述父本材料是將雌蕊特異啟動子驅(qū)動除草劑抗性基因反義片段或其他相似技術(shù)轉(zhuǎn)入水稻品種RH003中，使得除草劑抗性基因特異的在雌蕊部位表達(dá)受到抑制，實(shí)現(xiàn)雌蕊特異啟動子驅(qū)動除草劑敏感基因的目的，得到僅有雌蕊部分對除草劑敏感的父本材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種雜交水稻混播制種方法，其特征在于，所述除草劑敏感基因?yàn)榍璺蒗ッ舾谢?、苯達(dá)松敏感基因中的任意一種；所述驅(qū)動除草劑敏感基因的啟動子為STS14雌蕊特異表達(dá)啟動子和Osg6B雄蕊特異表達(dá)啟動子。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種雜交水稻混播制種方法，其特征在于，所述除草劑為野生型水稻不敏感型除草劑，為氰氟草酯、苯達(dá)松、吡嘧磺隆中的任意一種。
全文摘要
一種水稻雜交育種材料及其培育方法與應(yīng)用，利用特異啟動子驅(qū)動和反義抑制表達(dá)的手段獲得帶有除草劑敏感基因、且除草劑敏感基因僅在雄蕊中表達(dá)的母本材料和帶有除草劑敏感基因，且除草劑敏感基因僅在雌蕊中表達(dá)的父本材料。應(yīng)用中將父母本材料混播，進(jìn)行機(jī)械化種植，通過在抽穗前噴施除草劑，實(shí)現(xiàn)母本去雄，父本去雌，利用雙親間的單向交配生產(chǎn)高質(zhì)量的F1雜交種子。本發(fā)明方法可以自由的獲得“不育系”和“恢復(fù)系”，并獲得高純度的雜交種，有效去除父母本自交結(jié)實(shí)種子的混雜，特別是避免了光溫敏不育系在不利的光溫條件下育性恢復(fù)所導(dǎo)致的雜交種純度嚴(yán)重下降，而且簡化了雜交水稻親本的繁殖過程，節(jié)省了人力、物力，提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號A01H1/02GK103222423SQ20131017815
公開日2013年7月31日 申請日期2013年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月14日
發(fā)明者楊劍波, 魏鵬程, 宋豐順, 倪金龍, 倪大虎, 李 浩, 李澤福, 陸徐忠 申請人:安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所