一种氮高效利用转基因玉米自交系快速培育方法技术

本发明专利技术公开了一种氮高效利用转基因玉米自交系快速培育方法，在养分池氮胁迫条件下，对杂交一代进氮高效利用效率评估，选择氮素利用效率最优的转化体及其杂交单株，针对性地进行回交转育与自交系培育，通过前置对转化体氮素高效利用效率的评估，剔除了低效转化体材料及其回交后代，大大减少工作量，同时也可扩大中选转化体材料的种植规模，便于后续选择。采用“氮胁迫+大群体+表型‑基因型关联选择”，根据某一性状与轮回亲本性状的相似程度进行赋值，并对多个性状赋值累加，根据积分高低对单株进行表型‑基因型关联选择，通过连续3‑4代表型综合鉴定后进行基因位点纯合选择，提前2年获得背景恢复率99％以上回交后代。

【技术实现步骤摘要】
一种氮高效利用转基因玉米自交系快速培育方法
本专利技术属于遗传育种领域，具体涉及一种氮高效利用转基因玉米自交系快速培育方法。
技术介绍
玉米属于高产作物，在我国乃至世界粮食生产中占有重要的战略地位。然而，近年来为保证玉米的高产稳产，我国在玉米生产方面化肥用量较大，引起了土壤的板结与酸化、水体的富营养化、酸雨增多等生态环境问题。提高玉米的氮素利用效率，可以有效降低肥料施用量，减少环境污染，降低生产成本。我国现有的氮素高效利用型玉米种质资源极为匮乏，通过转基因技术培育氮素高效利用转基因玉米新品种，可产生非常显著的经济、社会和生态效益。氮素高效利用转基因玉米新品种的培育包括了两个环节：一是氮素高效利用转基因自交系的选育，二是氮素高效利用转基因杂交种配制。在氮素高效利用转基因玉米自交系培育环节，育种家需要采用“农杆菌介导法”、“基因枪法”和“花粉管通道法”等基因转化方法将氮素高效利用基因(目的基因)随机导入到转化成功率更高的受体玉米中，但通常的受体植株并不具有优良农艺、经济性状，其配合力低，难于直接应用于杂交种的组配，因此将氮素高效利用基因(目的基因)导入到受体玉米后还需要通过回交转育，将氮素高效利用基因(目的基因)导入到玉米骨干系(生产上大面积应用的玉米杂交种的亲本)中，经大田验证，对回交转育获得的转基因版玉米骨干系进行氮素高效利用性能评价后，择优进行杂交种组配并最终筛选出具有生产价值的玉米品种。现有回交转育过程通常需要6-7代以上回交再经过3代自交，才能够获得与骨干系遗传背景高度相似的转基因版本骨干系，其过程耗时费工，通常耗时10季(约5-5.5年)以上。现有技术中，以氮素高效利用转基因(N)的不同转化体材料为父本(A1至An)，以骨干系为母本(B)进行杂交，获得的多个F1(B×A1),F1(B×A2),……F1(B×An)植株，进行标记(目的)基因进行筛选，筛选方式包括：抗除草剂筛选、试纸条、PCR扩增等；并以骨干系(B)为轮回亲本，进行连续多代回交；同时，在回交各世代，对标记(目的)基因筛选，经6-7代以上“回交+筛选”后，再进行3代的自交，获得A1至An不同转化体材料的氮素高效利用转基因骨干系(B+N)，由于每代回交及筛选均包含A1至An不同转化体材料的回交后代，工作量加大。理论上讲，在F1代杂交种中，分别含有母本和父本各50％的遗传物质，采用回交方法，每回交一代，子代中轮回亲本的遗传物质增加50％，随着回交代次增加，轮回亲本遗传背景占比不断上升。通常转基因回交转育需要在背景回复率达到99％后开始自交，即回交至BC7代时，开始自交纯合。然而在育种实践中，回交代次与遗传背景恢复率存在显著相关性，但轮回亲本遗传背景恢复率并非完全按照50％比例递增，即在相同回交代次，一部分回交后代的背景恢复率可能高于50％递增比例；同时另一部分回交后代的背景恢复率可能低于或等于50％递增比例。现有方法缺乏通过表型选择方法对各代次回交材料中背景恢复率高的阳性植株进行有效选择，回交周期较长，耗时费工。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题为：如何解决现有氮素高效利用转基因受体与骨干系杂交后恢复到与遗传背景一致耗时耗力的问题。本专利技术的技术方案为：一种氮高效利用转基因玉米自交系快速培育方法，包括如下步骤：(1)氮高效转基因转化体材料与轮回亲本杂交大田种植遗传稳定的氮高效利用转基因转化体材料A1至An、轮回亲本B，以氮高效利用转基因转化体材料A1至An为父本，以轮回亲本B为母本进行杂交，杂交果穗分别择优留种；(2)F1世代：低氮胁迫，关键性状鉴定，筛选最佳转化体材料Ax及其优株肥水管理：养分池种植，对F1植株进行氮胁迫处理；播种与定苗：将以A1至An为父本授粉后留种的果穗，按穗行进行种植，在抽雄期对F1植株进行标记基因筛选，标记植株的阴阳性；叶绿素相对含量和荧光动力学参数测定：在抽雄期，以单株为单位测定阳性植株穗位叶叶绿素相对含量和荧光动力学参数；授粉：在散粉期以轮回亲本B为父本，对阳性植株授粉；收获与选择留种：果穗成熟后按氮高效转基因转化体材料A1、A2……An为单位单株收获阳性植株回交后代材料；分别统计阳性植株叶绿素相对含量、荧光动力学参数和单株产量均值，以公式：单株产量×50％+叶绿素相对含量值×50％+荧光动力学参数PI值＝综合得分；分别计算各单株综合得分和A1×B至An×B各授粉组合平均得分，得分最高的Ax×B组合对应的Ax为中选转化体材料，同时以Ax×B中各单株综合得分最高的前几个BC1果穗进入下一季繁殖；(3)BC1F1世代：低氮胁迫，大群体+表型-基因型关联选择，优株回交肥水管理：大田种植BC1F1，氮胁迫处理；播种与定苗：将上一代中选材料进行种植，在苗期对植株进行标记基因筛选，一周后匀苗定苗，去除弱株与阴性株；授粉：以轮回亲本B为父本，对阳性植株授粉；性状调查：调查转化体材料与轮回亲本材料间具有明显差异的主要农艺、经济性状，各性状与轮回亲本相同记10分，非常相似记7-9分，相似记4-6分，基本相似记1-3分，不同记0分，根据各性状计算总得分；收获与选择留种：果穗成熟后单株收获，根据得分最高的前几穗进入下一季繁殖；(4)BC2F1世代：正常施氮，大群体+表型-基因型关联选择，优株回交肥水管理：大田种植BC2F1，肥水正常管理；播种与定苗：将上一代中选材料进行种植，在苗期对植株进行标记基因筛选，一周后匀苗定苗，去除弱株与阴性株；授粉：以轮回亲本B为父本，对阳性植株授粉；性状调查：调查转化体材料与轮回亲本材料间具有明显差异的主要农艺、经济性状，各性状与轮回亲本相同记10分，非常相似记7-9分，相似记4-6分，基本相似记1-3分，不同记0分，根据各性状计算总得分；收获与选择留种：果穗成熟后单株收获，根据得分最高的前几穗进入下一季繁殖；(5)BC3F1世代：大群体+表型-基因型关联选择，优株自交，并与骨干系B反交肥水管理：大田种植BC3F1，肥水正常管理；播种与定苗：将上一代中选材料进行种植，在苗期对植株进行标记基因筛选，一周后匀苗定苗，去除弱株与阴性株；性状调查与授粉：调查转化体材料与轮回亲本材料间具有明显差异的主要农艺、经济性状，各性状与轮回亲本相同记10分，非常相似记7-9分，相似记4-6分，基本相似记1-3分，不同记0分，根据各性状计算总得分；将得分前20的植株自交，同时以得分最高植株授粉轮回亲本B；收获与选择留种：收获自交植株与轮回亲本B反交果穗；(6)BC3F2及BC4F1世代：正常施氮条件下，BC4F1:表型-基因型关联选择；优株自交；BC3F2:纯合体鉴定，优株自交，测配肥水管理：大田种植BC3F2世代及BC4F1世代，肥水正常管理；播种与定苗：将BC3F2按穗行种植，BC4F1按穗行种植；在苗期对植株进行标记基因筛选，一周后匀苗定苗，去除弱株与阴性株；性状调查：BC3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮高效利用转基因玉米自交系快速培育方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)氮高效转基因转化体材料与轮回亲本杂交/n大田种植遗传稳定的氮高效利用转基因转化体材料A1至An、轮回亲本B，以氮高效利用转基因转化体材料A1至An为父本，以轮回亲本B为母本进行杂交，杂交果穗分别择优留种；/n(2)F

【技术特征摘要】
1.一种氮高效利用转基因玉米自交系快速培育方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)氮高效转基因转化体材料与轮回亲本杂交
大田种植遗传稳定的氮高效利用转基因转化体材料A1至An、轮回亲本B，以氮高效利用转基因转化体材料A1至An为父本，以轮回亲本B为母本进行杂交，杂交果穗分别择优留种；
(2)F1世代：低氮胁迫，关键性状鉴定，筛选最佳转化体材料Ax及其优株
肥水管理：养分池种植，对F1植株进行氮胁迫处理；
播种与定苗：将以A1至An为父本授粉后留种的果穗，按穗行进行种植，在抽雄期对F1植株进行标记基因筛选，标记植株的阴阳性；
叶绿素相对含量和荧光动力学参数测定：在抽雄期，以单株为单位测定阳性植株穗位叶叶绿素相对含量和荧光动力学参数；
授粉：在散粉期以轮回亲本B为父本，对阳性植株授粉；
收获与选择留种：果穗成熟后按氮高效转基因转化体材料A1、A2……An为单位单株收获阳性植株回交后代材料；分别统计阳性植株叶绿素相对含量、荧光动力学参数和单株产量均值，以公式：单株产量×50％+叶绿素相对含量值×50％+荧光动力学参数PI值＝综合得分；分别计算各单株综合得分和A1×B至An×B各授粉组合平均得分，得分最高的Ax×B组合对应的Ax为中选转化体材料，同时以Ax×B中各单株综合得分最高的前几个BC1果穗进入下一季繁殖；
(3)BC1F1世代：低氮胁迫，大群体+表型-基因型关联选择，优株回交
肥水管理：大田种植BC1F1，氮胁迫处理；
播种与定苗：将上一代中选材料进行种植，在苗期对植株进行标记基因筛选，一周后匀苗定苗，去除弱株与阴性株；
授粉：以轮回亲本B为父本，对阳性植株授粉；
性状调查：调查转化体材料与轮回亲本材料间具有明显差异的主要农艺、经济性状，各性状与轮回亲本相同记10分，非常相似记7-9分，相似记4-6分，基本相似记1-3分，不同记0分，根据各性状计算总得分；
收获与选择留种：果穗成熟后单株收获，根据得分最高的前几穗进入下一季繁殖；
(4)BC2F1世代：正常施氮，大群体+表型-基因型关联选择，优株回交
肥水管理：大田种植BC2F1，肥水正常管理；
播种与定苗：将上一代中选材料进行种植，在苗期对植株进行标记基因筛选，一周后匀苗定苗，去除弱株与阴性株；
授粉：以轮回亲本B为父本，对阳性植株授粉；
性状调查：调查转化体材料与轮回亲本材料间具有明显差异的主要农艺、经济性状，各性状与轮回亲本相同记10分，非常相似记7-9分，相似记4-6分，基本相似记1-3分，不同记0分，根据各性状计算总得分；
收获与选择留种：果穗成熟后单株收获，根据得分最高的前几穗进入下一季繁殖；
(5)BC3F1世代：大群体+表型-基因型关联选择，优株自交，并与轮回亲本B反交
肥水管理：大田种植BC3F1，肥水正常管理；
播种与定苗：将上一代中选材料进行种植，在苗期对植株进行标记基因筛选，一周后匀苗定苗，去除弱株与阴性株；
性状调查与授粉：调查转化体材料与轮回亲本材料间具有明显差异的主要农艺、经济性状，各性状与轮回亲本相同记10分，非常相似记7-9分，相似记4-6分，基本相似记1-3分，不同记0分，根据各性状计算总得分；将得分前20的植株自交，同时以得分最高植株授粉轮回亲本B；
收获与选择留种：收获自交植株与轮回亲本B反交果穗；
(6)BC3F2...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨麟，何文铸，朱永卉，何远远，
申请(专利权)人：四川省农业科学院作物研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51