杂交小麦优异种质创制与新品种培育

20211231

农、林、牧、渔业

杂交小麦核心种质创新及高产抗逆新品种选育应用　

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

杂种优势利用是大幅度提高小麦产量的首选途径，杂交小麦表现出综合抗逆能力强、稳产丰产性好、适应性广等优势，在中低产田增产优势更明显。针对强优势杂交小麦组合选育效率低、遗传机制不明确等科学问题，北京市农林科学院杂交小麦研究所以我国原创的光温敏二系法技术为支撑，以BS不育系为种质基础，研究小麦光温敏不育系育性表达机制，构建杂种优势类群，快速创制优异杂交小麦亲本，面向北部、黄淮等主产麦区，培育高产节水抗逆杂交小麦新品种。 采用我单位自主研发的90K SNP芯片构建了60份核心小麦不育系和63份核心恢复系5000个SNP位点的指纹。利用Powermarker V3.25软件对基因多样性和多态性信息量（Polymorphism Information Content，PIC）等进行分析。选择基于Nei's(1983)遗传距离的UPGMA (Unweighted pair-group method with arithmetic means )方法绘制聚类图，123份种质资源被分为2大类，不育系和恢复系主要划分为a～h群8个遗传关系群。 为提高光温敏二系杂交小麦品种选育效率，建立了利用微区、小区、大区三级中试制种技术体系，高效创制光温敏二系杂交小麦品种的方法，极大减少了对人工的依赖，使杂交种的选育效率提高了约1倍。同时，加强种子质量控制技术研究，建立了“利用SSR标记检测小麦杂交种种子纯度的方法”。 以高不育度（恢复力）、易制种、抗病为主要育种目标，广泛利用国内外种质资源，通过单交、复交、有限回交结合花药培养、早代鉴定等育种技术，开展杂交小麦亲本创制。新创制优异光温敏不育系7份，恢复系6份。新育成的不育系包括BS131、BS135、BS263、BS285、BS294、BS416和BS435，适期播种不育度都达到99%以上，并且具有较好的开花习性和较高的配合力，最高中试制种产量突破400kg/亩。BS263、BS435为矮秆不育系，在制种区域株高低于70cm，制种产量潜力达到300kg以上，较好解决了矮秆与制种产量间的矛盾。BS135、BS263和BS294中抗条锈病，BS135兼抗白粉病。通过恢复系间聚合杂交，新育成的恢复系有CP8457、CP7675 、CP1587、CP2185、CP1920和14Y花74-1，恢复力达到92%以上。 通过三级制种、大群体测优、多点测试等方法培育高产节水杂交小麦新品种，课题执行期间，审认定光温敏二系杂交小麦新品种4个，分别是京麦183（国审麦20200034）、京麦186（国审麦20210068）、JM6-3（乌兹别克斯坦国审定）和京麦22（晋审麦20200005）。其中，京麦183、京麦186通过国家北部冬麦区审定，京麦22是黄淮麦区第一个审定的适宜水地种植的杂交种。目前，上述品种已在京津冀、山东、山西、安徽、新疆等地进行示范推广，表现出明显的抗逆增产优势，平均增产约20%。JM6-3是我国第一个国外审定的杂交小麦品种，显著扩大了中国杂交小麦对外影响力，是践行一带一路倡议、推动中国农业走出去的有益探索和积极实践。 开展了杂交小麦种子生产关键技术研发，研发了混播制种模式下应用无人机辅助赶粉技术、异交化控辅助技术，申请并获得授权发明专利2项（专利号: ZL202010491378.1一种应用无人机开展杂交小麦辅助授粉方法；专利号:ZL201911137867.0，用于稳定二系杂交小麦制种产量的方法），实现了杂交小麦规模化种子生产水平和制种效率的大幅提升，综合制种成本进一步降低。 较系统开展了小麦光温敏雄性不育机理研究。利用DH群体，整合SNP和SSR标记，将小麦光温敏不育系BS366育性QTL定位于2DS、4BS和7AL，贡献率5.9-23.8%。通过精细定位，初步在QF.bhw-7AL区间筛选并克隆了与囊泡运输相关的候选基因TaALIS3，该基因发生了3个氨基酸的改变。构建了circRNA / lncRNA -miRNA-mRNA调控网络，发现能量合成和运输受阻是导致雄性不育系的关键因素。进一步在育性转换中发生了基因的可变剪接现象，lncRNA的靶基因以及转录因子的差异可变剪接主要富集在细胞周期、微丝微管、细胞骨架以及囊泡运输等GO模块，推测低温短日可能诱导绒毡层发育和囊泡运输相关基因、转录因子及lncRNA发生异常的可变剪接，造成花粉细胞骨架基因的改变，最终导致BS366的雄性不育。发表论文9 篇，其中SCI论文5篇。