[发明专利]一种利用多倍体杂种优势的植物育种方法

说明书

本发明公开了一种利用多倍体杂种优势的植物育种方法。该方法包括以下步骤：S1，利用技术手段突变MiMe关键基因，筛选基因座位均为杂合的株系，创制出杂合MiMe材料；S2，杂合MiMe材料与其它品系杂交，后代中再分离新的杂合MiMe株系，实现转移MiMe策略目的；S3，杂合MiMe材料自交分离，筛选遗传背景重组的纯合MiMe材料；S4，通过扳分蘖、茎节培养、花药培养等无性繁殖的方式，扩繁具有多倍体杂种优势的纯合MiMe，大量繁种，并通过Fix诱导保存纯合MiMe；以及S5，纯合MiMe材料自交加倍，产生具有杂种优势的多倍体育种材料。应用本发明的技术方案，将多倍体育种与杂种优势结合，解决多倍体杂种优势利用必须依赖于多倍体诱导和每代杂交制种的问题，提供一种简洁高效的多倍体杂种优势的植物育种方法。

技术领域

本发明属于基因工程和作物育种领域，具体涉及利用多倍体杂种优势的植物育种方法。

背景技术

杂种优势是生物界一种普遍的现象，被广泛地运用到农作物的品种培育和生产实践中。培育杂交品种，首先需要选育纯系的杂交亲本材料，但该过程需要多代的自交稳定，耗时较长。选定优良的亲本材料后，还需要每年将亲本材料进行杂交，制出大量的种子，才能用于农业生产。因此，农作物杂交品种存在选育难、杂交制种难、种子成本高等问题。

目前，农作物中开发了具有重要育种价值的MiMe策略。在水稻中，同时突变其减数分裂关键基因OSD1(OMISSION OF SECOND DIVISION 1)、PAIR1(HOMOLOGOUS PAIRINGABERRATION IN RICE MEIOSIS 1)和REC8(RECOMBINANT 8)基因，可将减数分裂过程转换为类似有丝分裂过程，从而产生与母本体细胞遗传物质完全一致的克隆配子。这种有丝分裂代替减数分裂的表型，称之为MiMe(mitosis instead of meiosis)(图1)。在拟南芥中，同时突变其减数分裂关键基因OSD1、REC8和SPO11-1得到同样的结果，获得MiMe植株表型。在植物中，通过改造其基因，凡是能实现这种丝分裂代替减数分裂过程的表型，均属于MiMe策略范畴(即不局限于突变上述三个基因)。MiMe植株的特性是产生遗传物质与体细胞完全一致的克隆配子，同时其遗传物质不发生重组。每自交一代，其染色体数目都会自发加倍一次，植物生产无法利用。此外，目前MiMe特性也无法在不同品系中实现转移，存在不同品系难以建立MiMe难题。

在农作物中引入MiMe策略，是实现农作物无融合生殖的关键一步，为固定植物杂种优势遗传基础。MiMe策略结合基因组消除基因MTL或异位表达孤雌生殖的关键基因BBM，可获得与体细胞遗传物质完全一致的克隆种子，完成在主要农作物中无融合生殖方式的突破(图2)，但是尚无法生产利用。

多倍体植株在生物量、抗逆、抗病等方面具有优势，进行多倍体育种是未来农作物育种主要方向之一。杂合四倍体相比纯合四倍体，表现杂种优势，创制杂合多倍体具有重要育种价值。但是多倍体杂交组配更加困难，目前没有成功同时聚合杂种优势和多倍体优势并进行生产利用的报道。

目前，如果同步利用多倍体优势和杂种优势，首先需要通过利用秋水仙素等化学处理，将植株加倍为多倍体，筛选出基因组稳定的株系之后，再对不同多倍体进行杂交，筛选出具有明显杂种优势的多倍体组合。如果进行生产利用，必须依赖于杂交制种。育种繁琐，周期长、制种成本高，限制了多倍体杂种优势的生产利用(图3)。

MiMe策略产生的后代，每一代基因组倍性都会自发加倍。但是由于MiMe配子倍性是正常植株配子的2倍，如果与正常植株杂交，一般无法正常结实。另外由于MiMe植株不发生遗传重组，即使杂交成功，遗传信息也不发生交换，无法满足遗传育种必须创制出遗传多样性的要求。因此，MiMe策略无法有效地在不同品系间进行转移，限制了MiMe策略在多倍体杂种优势育种中的应用。

发明内容

本发明提供一种有效聚合杂种优势和多倍体优势的策略，解决多倍体杂种优势利用必须依赖于多倍体诱导和每代杂交制种的问题。