[01112735]新型四倍体水稻利用评价、高育性遗传基础及进一步创新

1. 课题来源与背景 水稻是世界上最主要的粮食作物之一,世界上约有一半人口以稻米作为主食。我国水稻育种曾取得举世瞩目的成就,为改善我国人民生活和稳定社会做出巨大的贡献。但随着我国人口的不断增加,而可耕水稻田面积却逐年减少,加上环境和灌溉水源的污染日益加重,对水稻安全生产构成巨大的威胁。这些不可逆转因素给水稻育种家提出了新的挑战。如何培育出产量高、米质符合多数人要求,在抗性和耐性上要比现有水稻品种明显提高的新型品种,成为摆在现代水稻育种家面前一个急需考虑的问题。针对这个问题,我国水稻育种家做了多方面的探索,其中的策略之一就是创造同源四倍体水稻开展水稻多倍化育种。然而,同源四倍体水稻及其亚种间杂种F1与其他新合成的多倍体一样,存在许多不利性状,其中对育种影响最大的是育性（结实率）普通偏低,产量优势难以发挥,使同源四倍体水稻在生产上难以直接应用。所以,水稻多倍化育种的关键是创造育性正常且能克服杂种F1不育性的新材料。为了攻克此难题,华南农业大学的研究团队经过许多年的不懈努力,初步解决此关键问题,培育出结实率正常且稳定的新型四倍体水稻（“Neo-tetraploid rice”）,其结实率超过80%,利用它们组配的杂种F1,结实率可达90%,显示这些新材料在水稻多倍化育种及相关的理论研究上具有广阔的利用前景,有望成为未来水稻多倍体育种重要的材料来源。其中2份材料获得国家植物新品种权保护的授权,它们分别是“华多1号”。该材料为开展新型四倍体水稻利用评价、高育性遗传基础及进一步创新奠定了重要的物质基础。 2. 研究目的与意义 全面评价新型四倍体水稻的杂种优势,弄清决定新型四倍体水稻强大杂种优势的决定基因或涉及的染色体片段,为育种上利用水稻多倍体杂种优势提供依据;阐明新型四倍体水稻全基因组变异特征,以及决定花粉和胚囊高育性的重要相关基因及可能的分子遗传机理;初步建立水稻多倍分子育种的体系。研究结果将推动水稻多倍体育种的发展,具有重要的意义。 3. 主要论点与论据 通过完成本项目的研究,一是创造包括强优组合在内的新材料10份,为水稻多倍体育种提供重要物质基础。二是通过对新型四倍体水稻基因组变异特征和高育性遗传规律及机理的研究,并分析产生杂种优势的分子基础,弄清其高育性的分子遗传机理,并初步建立水稻多倍体分子育种体系,实现多倍体水稻育种材料与理论的创新。研究结果有望开辟水稻育种的新途径,使水稻育种上一个新的台阶,实现新的突破。 4. 创见与创新 本项目利用新型四倍体水稻等材料,围绕材料创新、育性和杂种优势分子遗传机理等重要问题,开展以下四方面研究并取得重要结果：一是通过杂交和选择等进一步创新,培育出10份新型四倍体水稻新品系、2份其他种多倍体材料和3个优势杂交组合,开展杂种F1的杂种优势评价,发现杂种优势明显,超亲优势十分显著,具有利用价值。（2）通过转录组学和定量PCR等技术研究,发现新型四倍体水稻杂种优势的分子遗传机理复杂,涉及糖代谢、蛋白激酶、产量QTL、特异变异基因和表观遗传等多个因素。（3）通过重测序技术研究发现,新型四倍体水稻全基因组序列变异丰富,发掘超过200个特异变异基因,其中多数基因功能未明。（4）新型四倍体水稻高育性的分子遗传机理复杂,发现至少涉及9个基因,进一步通过基因敲除发现,突变体与性明显下降。正式发表SCI收录论文12篇,申请发明专利2件,授权实用新型专利1件;建立了一种选育大穗型广亲和新型四倍体水稻的方法,培养研究生12名。研究结果为水稻多倍体杂种优势利用提供重要的物质基础和理论支撑。 5. 社会经济效益,存在的问题 本研究主要为基础研究,取得成果主要包括发表学术论文和创造一批新材料,所以,其社会效益主要是为进一步深入研究提供理论基础和材料保障。 6. 历年获奖情况 暂未报奖。 7. 成果简介要向社会公开,请不要填写商业秘密内容。 无商业秘密,可以向社会公开。