水稻多倍體減數(shù)分裂穩(wěn)定性育種研究

根據(jù)最新的生物學(xué)研究，大多數(shù)植物經(jīng)歷了一個多倍體化的過程，尤其是主要的谷物、棉花、蔬菜和其他谷物。在經(jīng)歷了從雙重身體向雙重身體轉(zhuǎn)化的過程中，隨著雙重身體的增加，其產(chǎn)量增加了。在自然的引導(dǎo)下，提出“在遠(yuǎn)緣雜交和多倍體雙重優(yōu)勢下培育超級稻”的戰(zhàn)略，以解決世界糧食危機(jī)。然而，自1933年日本學(xué)者納卡莫發(fā)現(xiàn)了雙重水稻以來，科學(xué)家們在世界上的多倍體水稻研究一直緩慢。主要原因是多倍體水稻的低產(chǎn)量[6.9]。近年來，黃群策等人、王蘭等人、陳建國等人也從不同的研究角度解釋了低產(chǎn)量水稻繁殖的問題。正如黃超武和應(yīng)存山總結(jié)水稻育種從高稈到矮稈,從常規(guī)稻到雜交稻的研究歷程所論述的一樣,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和作物育種的歷史表明,新的育種技術(shù)和新資源利用上的突破,就會給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來一次飛躍.根據(jù)實(shí)現(xiàn)多倍體超級稻育種戰(zhàn)略的三個階段和三大技術(shù)的技術(shù)路線,我們把選育具有類Ph基因特點(diǎn),結(jié)實(shí)率高的多倍體水稻品系作為重中之重的問題來解決.經(jīng)過幾年的努力,從秈粳雜交多倍體后代中選育出2個類Ph(pairinghomoeologous)基因即具有多倍體減數(shù)分裂穩(wěn)定性(polyploidmeiosisstability,PMeS)的新品系.它們不僅具有正常的、穩(wěn)定的減數(shù)分裂行為和高于65%的結(jié)實(shí)率,而且它們的雜種一代都具有高的結(jié)實(shí)率.這為多倍體水稻育種向?qū)嵱眯苑较蚯斑M(jìn)邁出了關(guān)鍵的一步.1材料和方法1.1品種來源和生長特性PMeS-1的親本卷葉稻(秈型)為課題組自己選育品系,高粱稻(粳型)為廣西大學(xué)季絨倩教授饋贈的品系,GC574(粳型)為課題組選育品系.PMeS-2的親本HT99104來自于光殼稻/粳稻845F8的粳型品系,蜀恢362為四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭家奎研究員饋贈.減數(shù)分裂觀察對照品種Dure-4X系強(qiáng)優(yōu)勢秈粳多倍體雜種PSR120的母本.高結(jié)實(shí)測定采用3個有代表性的多倍體品系,巴利拉(粳稻)、IR36(秈稻)和培矮64s(秈型兩系不育系)均為本課題組加倍培育而成.1.2混合方法研究中涉及到的二倍體或四倍體間的雜交和回交均采用常規(guī)雜交方法.1.3水稻幼穗的誘導(dǎo)誘導(dǎo)一種為活體幼苗加倍法(invivodoubling),主要參考鮑文奎等人的研究方法,即當(dāng)水稻幼苗生長到帶1~2個分蘗時,用刀片在秧苗基部橫切一刀,深達(dá)基部一半,然后將秧苗浸泡在0.3%秋水仙素溶液中,在1500~2000lx光照,20℃~25℃條件下處理48~56h,待秧苗根尖出現(xiàn)腫大形狀時將秧苗取出,置于流水沖洗8~12h,然后將秧苗移栽在泥土缽中,于1500~2000lx光照、20℃條件下緩苗15~20天,待秧苗的葉腋中新生出分蘗,挑選那些呈現(xiàn)出葉片增厚、葉色變濃、有畸形的秧苗,讓其自然生長10~15天后,將它們轉(zhuǎn)入室外栽培.另一種為離體愈傷組織加倍法(invitrodoubling),采用我們的專利技術(shù),將處于第2次枝梗分化期的水稻幼穗置于N6+2,4-D2mg/L+NAA1mg/L+KT0.5mg/L+蔗糖5%+瓊脂0.75%,pH6.0的誘導(dǎo)培養(yǎng)基中,于25℃~28℃黑暗條件下培養(yǎng)20~25天左右,取出旺盛生長的愈傷組織置于無瓊脂但添加有500mg/L秋水仙素的液體誘導(dǎo)培養(yǎng)基中,在20℃,105r/min的搖床上旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)48h.取出愈傷組織用無菌水徹底清洗后再轉(zhuǎn)入蔗糖濃度已降為3%的上述固體培養(yǎng)基中緩培7~10天,然后將愈傷組織轉(zhuǎn)入MS+KT2mg/L+6BA1mg/L+NAA0.3mg/L+水解乳蛋白100mg/L+蔗糖3%+瓊脂0.75%的分化培養(yǎng)基中.20天后愈傷組織陸續(xù)分化出苗,再將芽苗轉(zhuǎn)入1/2MS+6BA0.2mg/L+NAA0.2mg/L+IAA0.5mg/L+活性炭0.03%的生根培養(yǎng)基中生根,直至生長成完整水稻苗,經(jīng)煉苗后移植至室外生長.1.4根尖染色體檢察外部形態(tài)鑒定包括:(ⅰ)莖稈粗度測定.測量單株主穗的地上第1節(jié)莖稈(最粗處)和穗頸節(jié)周長,每處理5株;(ⅱ)谷粒大小和千粒重.測量10粒谷粒的長寬度,比對應(yīng)二倍體大1/3至1倍的為初選多倍體株;稱重300~1000粒種子獲得千粒重比較數(shù)據(jù),如超過二倍體一半左右的為初選多倍體;(ⅲ)谷芒考查依據(jù).絕大多數(shù)水稻由二倍體加倍成多倍體后都出現(xiàn)稻粒有芒的特點(diǎn),但并非所有多倍體水稻都有芒,記載芒的有無和顏色,測量10谷芒取平均值.以莖稈粗壯、谷粒增大增重、有芒三個特點(diǎn)綜合考慮初定為多倍體.對初選植株行根尖染色體檢察.參照李懋學(xué)、張贊平的方法制作根尖染色體片,在OlympusBX51顯微鏡下觀察、照相,如根尖細(xì)胞染色體數(shù)為2n=4X=48者為確定的多倍體植株;如果明顯出現(xiàn)外部形態(tài)和染色體數(shù)目混有二倍體、四倍體特征的植株為嵌合體.1.5水稻品系的ndps分析將所選多倍體植株或需鑒定高結(jié)實(shí)特性的植株與對照株分別考種,選種過程中出現(xiàn)的多倍體植株數(shù)量少于10株的分株考種,已穩(wěn)定的多倍體品系及其雜種各考種5株.結(jié)實(shí)率(%)=結(jié)實(shí)谷粒/總谷粒數(shù)×100%.選擇純合品系65%以上,雜種70%以上結(jié)實(shí)率的為高結(jié)實(shí)率多倍體株系.考種數(shù)據(jù)用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析.在PMeS品系檢測時,將選擇已穩(wěn)定的具有高結(jié)實(shí)性特點(diǎn)的多倍體水稻品系分別與巴利拉-4X(粳稻)、IR36-4X(秈稻)和PA64s-4X(兩系不育系)雜交,雜交后代結(jié)實(shí)率超過70%的,通過結(jié)實(shí)率鑒測,再與減數(shù)分裂穩(wěn)定性結(jié)果綜合考慮而決定該品系是否為減數(shù)分裂穩(wěn)定性,即PMeS品系.1.6減少數(shù)據(jù)分布行為采用李懋學(xué)、張贊平的方法,取減數(shù)分裂時期的幼穗進(jìn)行觀察.在OlympusBX51顯微鏡下觀察、照相.2結(jié)果2.1復(fù)合雜交的選育選育過程包括選擇親本、雜交或復(fù)合雜交、挑選單株連續(xù)回交、染色體加倍、多倍體鑒定、結(jié)實(shí)性選擇、自交穩(wěn)定成品系等7個步驟.(1)選擇親本:選擇亞洲栽培稻的秈稻、粳稻品種(系),應(yīng)具備株型緊湊、穗大粒多、著粒密,但葉片不宜寬大,如果具有廣親和基因或特殊性狀的品種(系)則更佳.PMeS-1的親本卷葉稻為秈型,穗大,粒中長型,株型緊湊,抽穗整齊,葉卷曲為典型特征;另一親本高粱稻為粳型,葉色濃,莖稈粗壯,葉挺直,穗大粒圓,著粒緊密,小穗簇生如高粱為其典型特征.GC574為粳型,系采用湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)選育的基因工程稻1號為親本與粳稻品系074雜交經(jīng)多代選擇粳型株而穩(wěn)定的品系.PMeS-2的親本HT99104系光殼稻與粳稻品系845雜交F8代已穩(wěn)定的粳型品系,其特點(diǎn)是具有廣親和特性;另一親本蜀恢362為秈稻優(yōu)良恢復(fù)系.(2)雜交或復(fù)合雜交:在PMeS-1的選育中,以卷葉稻×高粱稻得到F1-a,卷葉稻×GC574得到F1-b,然后將F1-a與F1-b進(jìn)行復(fù)合雜交得到雙交雜種一代.在PMeS-2的選育中以HT99104×蜀恢362得到F1雜種.(3)挑選單株連續(xù)回交:在PMeS-1的選育中,將雜種栽種后得到復(fù)合雜種一代50株,挑選出株型緊湊,劍葉挺,穗子大,著粒較多的雜種單株10個作為母本用GC574回交得到BC1F1(47株),從中挑選粳型、株型緊湊,劍葉挺,穗子大,著粒較多的雜種單株(30株)與GC574回交得到BC2F1(15株),連續(xù)回交4次得到BC4F1,從中選出20株.在PMeS-2選育中,獲得雜種一代12株,挑選株葉型好,穗大,著粒較密的雜種株與HT99104回交,回交4次后得到BC4F1雜種15株.(4)染色體加倍:在PMeS-1的選育中,采用活體幼苗加倍法,將BC4F1的20株秧苗置于0.3%秋水仙素中處理48h后,20株根尖全部膨大,膨大率為100%,最后小苗死亡4株,為20%;新生分蘗、葉片增厚、葉色變濃植株10株,占50%;但最后存活且表現(xiàn)出多倍體特點(diǎn)的僅3株占處理植株總數(shù)的15%,存活植株的30%.這3株中僅1株為完全多倍體,另2株為嵌合體,即同株上有的谷粒增大有芒為多倍體,有的谷粒則未增大無芒仍為二倍體.由于當(dāng)時正值11月初,初選為多倍體株的種子尚未能完全成熟,為確保成功,采取那株完全多倍體(即全部為谷粒增大有芒)上的種子,剝殼后在1/2MS+6BA0.2mg/L+IAA0.5mg/L+蔗糖1%+瓊脂0.75%的培養(yǎng)基中無菌萌發(fā),后將試管苗移至海南冬繁,編號為Sg99012.在PMeS-2的選育中,應(yīng)用離體愈傷組織加倍法.采取BC4F1植株的幼穗培養(yǎng),形成旺盛生長具有乳黃色較松散的愈傷組織,置于秋水仙素的加倍培養(yǎng)基中旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)48h,經(jīng)繼代和分化后形成完整植株,共獲得42株小植株,移植成活35株,成活率83.33%,其中選出完全加倍成多倍體的18株,誘導(dǎo)多倍體率占成活株的51.43%,明顯比活體幼苗處理加倍率高.(5)多倍體鑒定:在PMeS-1選育中從外部特征觀察在Sg99012中有1株,莖稈粗壯(地上一節(jié)莖周長為4.83cm),谷粒變大(8.9mm×3.8mm),谷粒有芒,長約0.7~1.5cm,后經(jīng)根尖染色體檢查為2n=4X=48(圖1(a)),說明Sg99012為真實(shí)的四倍體水稻株(圖2(a)).另2株因是嵌合體而未選中.PMeS-2選育中,HN2026株系有5株,全部表現(xiàn)出莖稈粗壯(4.7cm),谷粒變大(8.9mm×4.0mm),有芒(0.4~2.7cm)的特點(diǎn),根尖染色體檢查為2n=4X=48(圖1(b)),也為真實(shí)四倍體植株(圖2(b)).(6)結(jié)實(shí)性選擇:Sg99012和HN2026四倍體無論是在海南(HN)還是在武漢(WH)都表現(xiàn)出較高的結(jié)實(shí)率(大于70%)(表1).(7)自交穩(wěn)定成品系:讓選擇后的具有高結(jié)實(shí)特點(diǎn)的Sg99012和HN2026四倍體植株自交而形成穩(wěn)定的品系.取其定型選擇時的編號仍為Sg99012和HN2026.2.2減數(shù)分裂穩(wěn)定性和高粘結(jié)特性polep系經(jīng)對Sg99012和HN2026及其對照秈稻品系Dure-4X的花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂行為進(jìn)行比較觀察發(fā)現(xiàn),對照品系Dure減數(shù)分裂前期染色體配對紊亂,出現(xiàn)較高頻率((0.08~0.41)/細(xì)胞)的高價體(由4條以上染色體配對形成)、四價體(5.06/細(xì)胞)、三價體(0.3/細(xì)胞)和單價體(0.48/細(xì)胞)(圖3(a)),中期出現(xiàn)很高頻率的(46%~74%)落后染色體(圖3(b)),后期和末期出現(xiàn)微核(39%)(圖3(c)).而Sg99012和HN2026減數(shù)分裂正常,前期以二價體和四價體配對,極少出現(xiàn)高價體、三價體和單價體(<1%),中期很少出現(xiàn)落后染色體(<1.5%),后期和末期也未見微核(圖3(d)~(f)及表2).用這兩個品系與三個檢測品系及其雜種相比較,發(fā)現(xiàn)PMeS品系與二倍體品系的不同,最突出的表現(xiàn)在千粒重、粒長、地上莖和穗頸節(jié)周長都顯著性地高于二倍體(表3和4),而結(jié)實(shí)率達(dá)到與二倍體相近的水平(表5).當(dāng)PMeS品系與3個檢測品系四倍體比較,兩者明顯不同地表現(xiàn)在結(jié)實(shí)數(shù)、結(jié)實(shí)率和地上節(jié)莖周長(表6).當(dāng)PMeS品系與3個檢測品系雜種比較時,結(jié)實(shí)數(shù)和結(jié)實(shí)率差異極顯著(表7和8).這些檢測比較既說明PMeS品系及其雜種一代,除了表現(xiàn)出多倍體比二倍體莖稈粗壯、籽粒變大的共同特征以外,其突出特點(diǎn)是都表現(xiàn)出高結(jié)實(shí)(表3~8),而且也說明我們選擇的3個檢測品系及其檢測方法應(yīng)用于確定PMeS品系的高結(jié)實(shí)特性是可行的.鑒于Sg99012、HN2026確實(shí)具有減數(shù)分裂穩(wěn)定性和高結(jié)實(shí)性,而將它們稱為減數(shù)分裂穩(wěn)定性(polyploidmeiosisstability,PMeS)品系,分別命名為PMeS-1,PMeS-2.它們的這種特性,2003年時已在60多個多倍體秈粳亞種間雜種中得到體現(xiàn),其中7個組合表現(xiàn)出強(qiáng)大雜種優(yōu)勢.而且經(jīng)克隆示范種植的2個強(qiáng)優(yōu)勢組合和它們本身如同正常二倍體水稻那樣表現(xiàn)出正常的生長發(fā)育開花習(xí)性,具有高達(dá)84%以上的結(jié)實(shí)率.2005年又在150多個雜種一代中表現(xiàn)出高結(jié)實(shí)特性(待發(fā)表).2.3海南陵水孕穗期間的水稻品種PMeS-1為粳型多倍體水稻品系,在武漢5月上旬播種,8月下旬抽穗,株高80~90cm,全生育期125~128天.在海南陵水縣12月10日播種,3月25日左右抽穗,株高75cm左右,全育期為110天左右.該品系株型緊湊,分蘗力中等,劍葉挺直,穗較長大,粒長橢圓形,有黃白芒.在武漢正常季節(jié)結(jié)實(shí)率70%~78%;在海南陵水孕穗期間如遇低溫有稻穗禿尖現(xiàn)象,正常情況下結(jié)實(shí)率在65%~75%之間.PMeS-2也為粳型多倍體水稻品系,在武漢全育期122~125天;在海南105天左右.株型緊湊,株高較PMeS-1略矮,在武漢78~88cm,海南70cm左右,分蘗力中等,劍葉挺直,穗較長,著粒較多,粒長橢圓形,有黃白芒.在武漢正常結(jié)實(shí)率68%~84%,在海南結(jié)實(shí)率一般超過70%,高時可達(dá)82.02%.兩品系均具有花藥長大,花藥量大,散粉性好,開花習(xí)性如同二倍體水稻品種的特點(diǎn).它們的高結(jié)實(shí)性與一般多倍體水稻品系、一般秈粳亞種間雜種和兩系不育系與一般品系雜交的雜種的低結(jié)實(shí)性(<50%)形成鮮明的對比(表1和3).PMeS品系與其他秈稻粳稻多倍體品系雜交,它們的F1代雜種具有70%左右甚至高達(dá)84%以上的結(jié)實(shí)率,其中兩個強(qiáng)優(yōu)勢組合經(jīng)克隆示范種植0.1334公頃后,顯示出強(qiáng)大的雜種優(yōu)勢.PMeS品系與兩系不育系PA64s配制的多倍體雜種組合同樣顯示出高結(jié)實(shí)特性(表3).3討論3.1對中國未來水稻育種目標(biāo)的啟示眾所周知,遠(yuǎn)緣雜交和多倍體具有強(qiáng)大的雜種優(yōu)勢,但長期以來人們認(rèn)為這種優(yōu)勢僅存在于營養(yǎng)生長器官,而對于以種子為收獲物的谷類作物來講,多倍體的優(yōu)勢是難以利用的,因?yàn)槎啾扼w結(jié)實(shí)率低是一個瓶頸問題.早在20世紀(jì)50年代日本學(xué)者岡彥一對四倍體水稻進(jìn)行了系列研究,發(fā)現(xiàn)結(jié)實(shí)率低是一個主要問題.我國鮑文奎等人從1953年開始多倍體水稻育種研究以來,在多倍體水稻育種方法、細(xì)胞遺傳學(xué)、花藥培養(yǎng)以及優(yōu)良株系無性系繁殖等方面進(jìn)行了系列研究,但多倍體水稻結(jié)實(shí)率低的問題仍未能很好解決.因此,日本學(xué)者Nagai明確指出“對育種學(xué)家來說,多倍體作為有用的改進(jìn)方法似乎是很少有希望的”觀點(diǎn)以后,國外就未見從事這方面的研究.近年來分子生物學(xué)研究表明,從進(jìn)化角度講水稻可能與玉米一樣是古多倍體或古非整倍體,美國投巨資支持Orymap計劃——稻屬不同基因組圖譜的研究,但也主要在于分子水平和進(jìn)化上的理論研究.近幾年,王蘭等人,黃群策等人研究的多倍體水稻結(jié)實(shí)率仍很低,我們前期進(jìn)行的多倍體秈粳品種雜交研究中發(fā)現(xiàn),10個四倍體組合的結(jié)實(shí)率,明顯高于二倍體組合的結(jié)實(shí)率(最高達(dá)到48.75%),但仍未達(dá)到50%的水平.為此,要實(shí)現(xiàn)多倍體水稻育種的成功,需要突破結(jié)實(shí)率低這個瓶頸.從水稻育種歷程看,特殊基因材料的發(fā)現(xiàn)起到了極其重要的作用.在分析了70多年的多倍體水稻育種進(jìn)展緩慢的情況后,我們提出了“利用遠(yuǎn)緣雜交和多倍體雙重優(yōu)勢選育超級稻的戰(zhàn)略”,把解決多倍體結(jié)實(shí)率低作為重點(diǎn)問題加以研究,其中把選育類Ph基因的材料作為主要解決方法之一.正如預(yù)期的那樣,關(guān)鍵問題的解決需要有關(guān)鍵材料的出現(xiàn).我們選育的2個多倍體水稻PMeS品系,由于它具有的本身結(jié)實(shí)率高、雜種后代結(jié)實(shí)率高和減數(shù)分裂穩(wěn)定的獨(dú)特性,因而能夠使秈粳亞種間雜種多倍體后代顯現(xiàn)出強(qiáng)大的雜種優(yōu)勢.該品系的選育成功是一個關(guān)鍵,它們在多倍體水稻育種中的作用,猶如半矮稈基因?qū)τ诎捤居N、野敗對于三系雜交稻、農(nóng)墾58s對于兩系雜交稻育種那樣的作用.但是多倍體超級稻的實(shí)現(xiàn)尚需要廣大育種學(xué)家將PMeS品系在育種中應(yīng)用,因?yàn)閷?shí)現(xiàn)品種間向亞種間、種間、基因組間雜種優(yōu)勢利用的轉(zhuǎn)變、二倍體向多倍體品種的轉(zhuǎn)變尚需要更廣泛、更艱苦的研究和推廣工作.3.2多倍體水稻選育的可行性本研究建立了一種多倍體水稻選育的基本體系,與現(xiàn)行的二倍體水稻育種相比較,它有3個步驟明顯不同,即染色體加倍、多倍體鑒定和高結(jié)實(shí)性鑒測.染色體加倍是形成多倍體水稻的必要步驟,在活體與離體加倍的方法比較中,我們認(rèn)為離體加倍更具有優(yōu)越性,主要在于它是以活躍分裂的愈傷組織細(xì)胞為誘導(dǎo)目標(biāo)的,且不僅誘導(dǎo)頻率高,而且其后分化出的多倍體苗不易形成嵌合體.而多倍體鑒定和高結(jié)實(shí)性鑒測是明確實(shí)現(xiàn)多倍體水稻育種目標(biāo)的關(guān)鍵步驟.其中我們利用的3個形態(tài)指標(biāo)、染色體數(shù)目觀察是確定多倍體水稻的基礎(chǔ),而減數(shù)分裂行為觀察以及利用代表性測定品種所進(jìn)行的結(jié)實(shí)性檢測是判斷所選多倍體是否具有減數(shù)分裂穩(wěn)定性的必要措施.3.3pmes基因遺傳作用Ph基因是在小麥中發(fā)現(xiàn)的一種抑制部分同源染色體配對基因(尚未克隆出來),它主要作用于構(gòu)成小麥基因組的AA,BB,DD基因組之間染色體部分同源性而可能進(jìn)行的染色體配對,以保證減數(shù)分裂的正常進(jìn)行,即作用于AABBDD,確保A與A,B與B,D與D彼此配對而防止AB,AAB,AD,ABD等發(fā)生配對.Ph1基因存在于5B染色體的長臂,它的缺乏或突變導(dǎo)致部分同源染色體配對增加,出現(xiàn)較多的多價體而減少著絲點(diǎn)數(shù)目,從而降低結(jié)實(shí)率.雖然Ph1基因至今尚未得到分離克隆,但Ph基因是從結(jié)實(shí)性特點(diǎn)、染色體行為以及兩者之間的遺傳關(guān)系推斷的.我們認(rèn)為PMeS品系具有PMeS基因,同樣也是從結(jié)實(shí)性狀、染色體行為以及雜交測試效果而推斷的.這些研究證實(shí)PMeS基因是真實(shí)存在的.其一,它們本身存在于PMeS-1,PMeS-2品系.自從1998、1999年選育出來至今一直保持著高結(jié)實(shí)和減數(shù)分裂穩(wěn)定性;其二,這種高結(jié)實(shí)性能夠穩(wěn)定傳遞至后代;其三,我們以PA64s-4X×HT99174-4X(PMeS-2的前期姊妹系)和Dure-4X×PMeS-1兩套材料進(jìn)行的PMeS基因遺傳學(xué)分析發(fā)現(xiàn),如以≥50%結(jié)實(shí)率為PMeS基因作用的結(jié)果(因一般多倍體水稻結(jié)實(shí)率低于50%),在PA64s-4X/HT99174-4XF1結(jié)實(shí)率69.94%;1000株的F2,考95株平均結(jié)實(shí)率63.46%,≥50%株率為85.42%;F3平均結(jié)實(shí)率67.86%,≥50%株率92.59%;F4平均結(jié)實(shí)率69.38%,≥50%株率87.5%;F5平均結(jié)實(shí)率63.04%,≥50%株率87.5%,而從F4優(yōu)株稻蔸收獲株系平均結(jié)實(shí)率73.25%,≥60%株率為100%.說明PMeS基因不僅確實(shí)存在,而且受簡單一對顯性基因控制.隨后,應(yīng)用強(qiáng)優(yōu)勢多倍體秈粳雜種組合PSR120(Dure-4X×PMeS-1)F1結(jié)實(shí)率為83.19%,在5000株F2群體考種205株結(jié)果和12個SSR標(biāo)記分析表明F2>50%株率為59.51%(122株/205株),結(jié)實(shí)率與SSR標(biāo)記雜合度呈局部線性相關(guān).大體上以結(jié)實(shí)率50%為界,在結(jié)實(shí)率小于50%的范圍內(nèi),雜合度越大結(jié)實(shí)率越高;在結(jié)實(shí)率大于50%范圍內(nèi),雜合度越大結(jié)實(shí)率越低.說明多倍體水稻結(jié)實(shí)率除了受一對PMeS基因控制外,還受到其他基因或條件(即遺傳背景與開花結(jié)實(shí)的環(huán)境條件)的影響(有關(guān)PMeS基因的遺傳研究結(jié)果,PMeS品系的減數(shù)分裂基因克隆的研究也將另文發(fā)表).上述結(jié)果也說明,我們選育的PMeS品系所具有的基因特點(diǎn)與Ph基因不同.它作用于同源四倍體而不是異源多倍體,其四倍體既可是由相同來源的染色體組即由品種加倍形成(如PMeS-1,PMeS-2都為粳型品系),也可是由同一物種亞洲栽培稻(O.sativaL.)的不同亞種秈稻(O.sativassp.indica)和粳稻(O.sativassp.japonica)的雜種所形成,如本研究中的高結(jié)實(shí)性鑒定品種的雜種以及我們獲得的幾個強(qiáng)優(yōu)勢雜種一代的組合.Ph基因保證的是同源染色體組(如小麥中的AA,BB,DD)二價體的形成,防止A與B與D部分同源染色體配對,而PMeS基因保證的是4個同源染色體進(jìn)行正常的配對,形成二價體或四價體而防止高價體、三價體、一價體的形成.Ph基因在普通小麥品種中普遍存在,而其突變體Ph-如中國春Ph