一种强化高产优质耐生物和非生物胁迫多基因聚合及遗传背景稳定性的水稻育种方法技术

本发明专利技术公开了一种强化高产优质耐生物和非生物胁迫多基因聚合及遗传背景稳定性的水稻育种方法，属于作物遗传育种技术领域。该方法以大粒型恢复系桂451为母本，以籼稻恢复系蜀恢527为父本进行杂交，利用分子标记引物对6个目标基因(Pi5、Pita、Pid2、Pid3、bph2和Wx)基因型快速纯合稳定进行选择以及对主要目标性状进行表型鉴定选择，确保目标基因及性状的遗传稳定性；同时利用40K(分布于水稻12条染色体上的32887个SNP位点)基因芯片对高世代苗头品系进行全基因组遗传背景稳定性比较分析，确保遗传背景100％纯合稳定，最终培育高产优质耐生物和非生物胁迫水稻恢复系桂恢5501。

【技术实现步骤摘要】
一种强化高产优质耐生物和非生物胁迫多基因聚合及遗传背景稳定性的水稻育种方法
本专利技术属于作物遗传育种
，尤其涉及一种强化高产优质耐生物和非生物胁迫多基因聚合及遗传背景稳定性的水稻育种方法。
技术介绍
水稻(OryzasativaL.)是我国最主要的粮食作物，其产量占到了全国粮食总产量的40％左右，对保障我国粮食安全做出了重要贡献。面对不断增长的人口，在现有耕地不变的情况下，保持水稻产量稳定并不断增加非常重要。杂交水稻比常规品种具有10-20％的产量优势(Chenetal；2007)，但一个杂交水稻品种能否广泛推广取决于许多因素。其中，高产、优质及抗逆性起着非常重要的作用。因此如何在保持高产的同时优化稻米的品质和抗逆性是当前研究的热点和难点。稻瘟病是一种世界性的水稻病害，严重影响水稻的产量和品质。我国南北稻区每年均受到不同程度的危害，在流行年份的重病地区一般减产10％～20％，严重的达40％～50％，局部田块甚至颗粒无收。如2014年安徽曾出现杂交水稻“两优0293”因感染稻瘟病而出现大面积减产、绝收的情况。广西是稻瘟病的重灾区，近年来稻瘟病年发生面积约53.3万公顷，约占水稻种植面积的1/4。迄今为止，已经鉴定了110多个抗稻瘟病基因并克隆了其中的36个基因，为稻瘟病抗性育种提供了丰富的基因资源。水稻产量性状是由多基因控制的复杂数量性状，主要由每株有效分蘖数、每穗粒数和粒重三个因素决定。其中千粒重遗传力为40％～60％，遗传稳定，受外界环境因素影响较小。提高粒重来确保水稻产量是一条有效途径(程琴等，2021)。水稻千粒重与粒型密切相关，水稻粒型性状由粒长、粒宽和粒厚共同构成。因此，培育长重粒水稻品种有助于保证水稻产量。不同的消费者群体对稻米好品质的定义方式不同，低直链淀粉含量的水稻品种更受华南地区消费者的欢迎。水稻胚乳直链淀粉含量(AC)是稻米重要的品质性状之一，长期以来是衡量稻米食用和烹饪质量(ECQ)的关键指标。AC过高，米饭较硬，食味变差。AC过低会使米饭太粘，且会影响稻米的外观品质。因此，AC含量适中的“软米”类型兼具了所需的优点。稻米胚乳中直链淀粉主要通过蜡质基因(Wx)编码颗粒结合淀粉合酶I(GBSSI)负责合成，Wx等位基因多样性是稻米AC变化的主要原因之一。一直以来生产上都会有些水稻品种由于遗传背景不稳定而导致分离产生变异株，育种家也会利用这些变异株选育出新品种。如不育系株选63-8S由广占63S自然变异株选育而成(夏加发等，杂交水稻，2016，31(1):15-17)；辐恢838-1由辐恢838长粒变异株系选育而成(周萌等，种子，2017，36(10)：116-118)、恢复系H66-5由扬稻6号变异株选育而成(姚传根等，农业科技通讯，2015:189-190)、恢复系R837由蜀恢527变异株选育而成(杨经良等，广西农业科学，2010，41(7)：663-664)。但目前植物新品种权保护已经越来越受到育种家的重视，由遗传背景不稳定变异株选育出的新品种容易引起知识产权纠纷；同时品种遗传背景不稳定也是导致品种退化的原因之一。因此，加强品种遗传背景稳定性检测有利于保护植物新品种权及延长品种推广应用的时间。随着基因组重测序技术的快速发展，越来越多的水稻品种进行了重测序，产生了海量的SNP标记，为水稻全基因组选择育种奠定了基础。基因芯片是检测SNP的重要手段，通过开发水稻高密度基因芯片，实现了对水稻全基因组重要性状功能基因的快速准确检测，加快了大批量优异性状基因的聚合及品种遗传背景的分析，显著提高了育种效率(喻辉辉等，2016；邱树青等，2018)。相较于不育系，水稻恢复系更容易选育。因此，加强高产优质抗病虫强优势恢复系选育，进而配制高产优质抗病虫杂交稻新组合，是提高杂交水稻稻米品质和减轻病虫危害的主要途径之一。蜀恢527是我国继明恢63以后的一个突破性恢复系，具有恢复力强、配合力高、株叶形态好、米质优、低直链淀粉含量(16.9％)抗性好等突出特点，其所配组合在生产上具有广泛的适应性和强大的增产作用(王玉平等，2004)，是目前我国配制出杂交水稻组合最多的恢复系之一(https://www.ricedata.cn/variety/index.htm)。该恢复系正作为优良的遗传资源为水稻育种所利用。高利军等通过重穗长粒型恢复系蜀恢527的抗稻瘟病基因分析，发现其有2个稻瘟病抗性基因Pi5和Pita(参考文献：高利军，高汉亮，颜群，周萌，周维永，张晋，邓国富.4个抗稻瘟病基因分子标记的建立及在水稻亲本中的分布杂交水稻.杂交水稻，2010，(S1)：294-298)。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种强化高产优质耐生物和非生物胁迫多基因聚合及遗传背景稳定性的育种方法。为达上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种强化高产优质耐生物和非生物胁迫多基因聚合及遗传背景稳定性的育种方法，包括以下步骤：(1)以籼型恢复系桂451作母本，蜀恢527作为父本进行杂交，获得F1代种子；种植F1代，成熟后全部单株混收获得F2代种子；(2)在稻瘟病自然诱发鉴定圃种植F2代遗传分离大群体，分单株提取DNA，利用分子标记引物分别对直链淀粉含量基因Wx进行检测，以恢复系蜀恢527为对照，筛选基因型纯合WxWx的单株，根据穗瘟抗性鉴定结果，从这些单株中选择穗瘟达到抗和高抗，且主要农艺性状优良的单株作为目标单株，分单株收获种子形成F3株系；(3)分株系种植F3代种子，利用对应的分子标记引物分别对稻瘟病抗性基因Pi5、Pita、Pid2、Pid3进行检测，选择目标基因型为三纯一杂以及双纯双杂且主要农艺性状优良的单株做为目标单株，以上单株均分单株收获种子，形成F4株系；(4)按株系播种进行自然耐冷性鉴定，选择无烂秧、叶片绿色无白化的耐冷株系分单株种植，对照选育系谱，继续对目标基因型为三纯一杂及双纯双杂的株系进行分子标记检测，选择四个目标稻瘟病基因型均纯合Pi5Pi5PitaPitaPid2Pid2Pid3Pid3且主要农艺性状优良的单株，以上单株均分单株收获种子，形成F5株系；(5)分株系种植F5代种子，利用分子标记引物对褐飞虱抗性基因bph2进行检测，以恢复系桂451为对照，筛选基因型纯合bph2bph2且选择农艺性状优良的单株，分单株收获种子，形成F6株系；至此世代，所有入选单株均携带有6个目标基因且基因型均全部纯合Pi5Pi5PitaPitaPid2Pid2Pid3Pid3bph2bph2；(6)分株系种植F6代种子，选择农艺性状优良的单株与三系不育系天丰A(利用不育系跟已选出的候选株系测配，观察杂种优势情况，其他不育系也可以)进行测交，收获测交种以及对应测交单株形成F6株系；(7)种植测交种以及对应测交单株形成F7代种子，选取杂种优势强、结实率和产量高以及植株株叶型整齐一致的对应单株，分单株收获种子形成F8株系；(8)利用稻瘟菌菌株分别对每个F8代株系进行室内苗期抗性鉴定和田间穗瘟稻瘟病抗性鉴定，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种强化高产优质耐生物和非生物胁迫多基因聚合及遗传背景稳定性的水稻育种方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)以籼型恢复系桂451作母本，蜀恢527作为父本进行杂交，获得F

【技术特征摘要】
1.一种强化高产优质耐生物和非生物胁迫多基因聚合及遗传背景稳定性的水稻育种方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以籼型恢复系桂451作母本，蜀恢527作为父本进行杂交，获得F1代种子；种植F1代，成熟后全部单株混收获得F2代种子；
(2)在稻瘟病自然诱发鉴定圃种植F2代遗传分离大群体，分单株提取DNA，利用分子标记引物分别对直链淀粉含量基因Wx进行检测，以恢复系蜀恢527为对照，筛选基因型纯合WxWx的单株，根据穗瘟抗性鉴定结果，从这些单株中选择穗瘟达到抗和高抗，且主要农艺性状优良的单株作为目标单株，分单株收获种子形成F3株系；
(3)分株系种植F3代种子，利用对应的分子标记引物分别对稻瘟病抗性基因Pi5、Pita、Pid2、Pid3进行检测，选择目标基因型为三纯一杂以及双纯双杂，且主要农艺性状优良的单株做为目标单株，以上单株均分单株收获种子，形成F4株系；
(4)按株系播种进行自然耐冷性鉴定，选择无烂秧、叶片绿色无白化的耐冷株系分单株种植，对照选育系谱，继续对目标基因型为三纯一杂及双纯双杂的株系进行分子标记检测，选择四个目标稻瘟病基因型均纯合Pi5Pi5PitaPitaPid2Pid2Pid3Pid3,且主要农艺性状优良的单株，以上单株均分单株收获种子，形成F5株系；
(5)分株系种植F5代种子，利用分子标记引物对褐飞虱抗性基因bph2进行检测，以恢复系桂451为对照，筛选基因型纯合bph2bph2且选择农艺性状优良的单株，分单株收获种子，形成F6株系；至此世代，所有入选单株均携带有6个目标基因且基因型均全部纯合Pi5Pi5PitaPitaPid2Pid2Pid3Pid3bph2bph2；
(6)分株系种植F6代种子，选择农艺性状优良的单株与三系不育系水稻进行测交，收获测交种以及对应测交单株形成F6株系；
(7)种植测交种以及对应测交单株形成F7代种子，选取杂种优势强、结实率和产量高以及植株株叶型整齐一致的对应单株，分单株收获种子形成F8株系；
(8)利用稻瘟菌菌株分别对每个F8代株系进行室内苗期抗性鉴定和田间穗瘟稻瘟病抗性鉴定，根据抗性鉴定结果，选取抗谱广、无抗感分离的株系中高抗的单株，分单株收获种子，形成F9株系；
(9)对F9株系进行水稻苗期褐飞虱抗性鉴定；
(10)将褐飞虱抗性株系分单株全部种植，混合收获所有单株种子，根据NY/T593-2013《食用稻品种品质标准》对候选株系的米质按标准进行分级，选择米质指标达二级米质以上的株系形成F10株系；
(11...

【专利技术属性】
技术研发人员：张月雄，秦钢，颜群，黄大辉，刘驰，韦敏益，马增凤，罗同平，梁海福，李振经，秦媛媛，
申请(专利权)人：广西壮族自治区农业科学院，
类型：发明
国别省市：广西;45