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分子植物育种
(
网络版
)
Fenzi Zhiwu Yuzhong (Online)
1017
为
1.68×10
12
kg)
增加
50%
以上
(Khush, 2001)
。水稻
是最重要的粮食作物之一，要提高水稻总产量以保
证粮食安全，只有依靠科技进步来提高单位面积产
量。据统计，全球自
20
世纪
60
年代以来的
40
多
年中，单产对水稻总产增长的贡献率达
73% (
朱德
峰等
, 2010)
。水稻杂种优势利用对提高单产意义重
大，可提高
20%
以上。基于形态性状、同工酶以及
对一些化合物的不同反应，亚洲栽培稻
(
Oryza
Sativa
L.)
分为籼
(
indica
)
、粳
(
japonica
)2
个亚种
(Oka,
1974)
，籼亚种主要适应于热带和亚热带等低纬度地
区，而粳亚种主要分布在高纬度和高海拔地区，从
而形成天然的生殖隔离基因库。不同品种资源间杂
种优势存在差异，籼粳间杂种优势明显高于品种间
的杂种优势，主要表现在生物产量显著增加，根系
发达，穗粒数增多。袁隆平认为在水稻单产突破中，
利用亚种间杂种优势可能是在较短时期内取得成
效的途径
(
袁隆平
, 1987,
杂交水稻
, (1): 1-3)
。
Zhang
等
(1997)
利用
9
个籼稻和
11
个粳稻采用完全双列杂
交设计，研究表明绝大多数亚种间
F
1
的结实率低于
50%
，结实率的降低导致每穗实粒数减少从而影响
最终产量的形成。广亲和种质的发现为解决亚种间
杂交不亲和性提供可能，
Ikehashi
和
Araki(1984)
从
74
个品种中筛选出
Cpslo17
等
6
个品种与籼、粳稻
杂交
F
1
都有较高的结实率，认为均具有广亲和特性
且含有广亲和基因
(wide compatibility gene, WCG)
。
卢诚和潘熙淦
(1992)
认为
02428
等的广亲和特性受
1
对主效基因控制，且与色素原基因
C
连锁。顾铭
洪等
(1993)
通过广亲和品种之间的双列杂交分析得
出
Cpslo17
、
02428
、轮回
422
等
5
个品种互为等位
关系，受广亲和基因
S5
n
控制，而
Dular
和
Aus373
则受另一对非等位基因控制，陈忠明等
(1996)
将来
自
Aus373
的广亲和基因
Sa(t)n
初步定位于第
7
染
色体上，其广亲和性比
S5
n
弱。袁隆平等
(1997)
将水
稻亚种间亲和性分为
4
大类，以热带粳稻
(
爪哇稻
)
如
Cpslo17
为第一类：广谱广亲和性，在育种上的
实用性最好。
Yanghihara
等
(1995)
和
Liu
等
(1997)
利
用不同群体分别找到与
S5
紧密连锁的位于第
6
染
色体上的
RFLP
标记，之后该基因分别定位在
40 kb
、
50 kb
内，这
2
个定位结果存在着
24.8 kb
的重叠
(Qiu
et al., 2005; Ji et al., 2005)
。
Chen
等
(2008)
成功地克
隆了编码天冬氨酰蛋白酶的
S5
基因，它通过调控
雌配子的育性来影响水稻结实率，亚种间杂种不育
是由于籼粳等位基因间存在着两个碱基的差异导
致了相应氨基酸的替换，而在广亲和品种，
S5
基因
则有
136 bp
缺失导致功能丧失，所以与籼稻或粳稻
杂交的
F
1
结实率都表现正常。经过深入研究，发现
在籼粳杂种的雌配子形成过程中，
ORF4
和
ORF5
基因共同作用杀死配子，籼型配子由于
ORF3
的保
护而正常存活，而粳型配子因无保护而死亡，最终
导致半不育，广亲和品种因无杀死配子的能力，故
表现出广亲和特性
(Yang et al., 2012)
。本文就公开的
分子信息开发出检测
S5
基因的功能性分子标记，
希冀在安徽省水稻地方品种等材料中筛选到广亲
和品种，为进一步配制亚种间组合或创制新的育种
材料提供支撑。
1
结果与分析
1.1
功能性引物的实用性
为确定新设计引物的实用性，以含有广亲和
S5
基因的
02428
和
Cpslo17
与不含有
S5
的
Nipponbare
和
9311
进行
PCR
扩增
(
图
1A)
。由于广亲和品种
02428
和
Cpslo17
均有大片段的缺失，与
Nipponbare
和
9311
的带型存在明显差异，能较好地区分这两
种类型的材料。
图
1
S5
功能性标记的电泳图
注
: M: DL2000 marker; A: 1: 02428; 2: Cpslo17; 3:
Nipponbare; 4: 9311; B: 1: Cpslo17; 2: 4183; 3: Balilla; 4:
培
矮
64S
Figure 1 The PCR results of some rice varieties using
S5
functional marker
Note: M: DL2000 marker; A: 1: 02428; 2: Cpslo17; 3:
Nipponbare; 4: 9311; B: 1: Cpslo17; 2: 4183; 3: Balilla; 4:
Peiai 64S
4183
系本单位以
Cpslo17
为
S5
基因供体选育
的粳型广亲和系
(
王守海
, 2004,
作物研究
, (4):
241)
，在
S5
这个位点上，与
Cpslo17
、培矮
64S
等
广亲和材料的基因型完全相同（图
1B
），而且基因
组序列也一致
(
图
3)
。
1999
年经扬州大学“
863
”项
分子植物育种
F
enzi Zhiwu Yuzhong