水稻臺農71號導入秈稻全染色體置換系之族群建構與評估

Abstract

我國水稻栽培品種大多係稉稻遺傳背景，為有效導入秈稻優良農藝性狀基因，提高國內稻作產量潛能與逆境耐性，選育一套稉稻背景之秈稻全染色體置換系族群，以作為台灣稉稻分子輔助選育效益之評估平台，便於完整探討目標性狀之堆疊效應以及與環境交感影響，有助於提高融合秈、稉兩亞種間之優良基因及其評估效益。在規劃全染色體置換系族群的最佳選拔策略前，以所估算完整染色體條件機率進行模擬研究探討各世代最低族群數與試驗效率，結果顯示在BC1F1世代涵蓋全套完整染色體提供親染色體的最小族群數為80株，而BC2F1與BC3F1世代中12個次族群分別需維持30株才能確保目標完整染色體不會在世代推進中遺失，之後各BC3F2次族群的最低族群數需223株挑選目標植株。另用以輔助選拔全染色體置換系的基因型分析平台上，開發了一套506個涵蓋全基因組的InDel標誌，InDel相對於PCR產物大小的比值範圍介於8.8%至45.6%，片段差異大小為21.6%，該結果有助於在2%至3%濃度的洋菜膠體電泳中，在30分鐘內以非浸潤式的電泳模式有效區分PCR產物並進行條帶判別。族群親本係以稉稻臺農71號 (Tainung 71, TNG71) 為輪迴親，日本秈稻品種Habataki為提供親；自2008年第2期作建立雜交組合起，連續回交3個世代並維持導入目標完整染色體，在2011年第一、二期作均進行自交固定各染色體品系 (BC3F2)，品系選拔係仰賴自行開發均勻散布於全基因體151個InDel與SSR標誌輔助偵測遺傳重組。由於秈稻Habataki第四號染色體上攜有稔性基因，因而無法導入完整單一染色體，而其他11條染色體均完整個別轉移至輪迴親臺農71號中，品系分別編為TARI71_1至TARI71_12等13個品系。在2012年第2期作農藝性狀初步評估上，可見TARI71_2品系因攜有hbd2雜種弱勢秈稻對偶基因，該置換系顯出矮株 (70.3 cm)、低稔實率 (48%) 等弱勢現象，使得分蘗數由臺農71號之10.8枝降至3.5枝，未來應避免在稉稻背景下導入該區間的秈稻片段以降低對其他產量基因之干擾。高產量導入效應之評估包括：TARI71_1品系因攜有Habataki的多粒數 (Grain number 1, Gn1) 與半矮性 (Semi-dwarf 1, sd1) 對偶基因，每穗粒數由臺農71號之116.4粒提升為128粒，而株高則由94.7矮化為74.3cm，充實率亦隨之下降至74%；但品系TARI71_6可視為對臺農71號導入Habataki的1次枝梗數並維持充實率之影響，每穗粒數提升為151.2粒且充實率可達90%。生育期長短影響碳水化合物積存能力，在品系TARI71_10可觀察抽穗期Ehd1早熟對偶基因之置換效應，使得抽穗期由76天提早成熟至53天。本試驗最後以粒數基因Gn1為例，說明染色體置換系之應用，分別探討粒數基因置換定位分析與高粒數分子輔助育種模式，期望在有限的試驗資源下配置最高的選拔效率，並評估Habataki的Gn1對偶基因在我國稉型品種上之選拔增進，以提升優良後裔選拔效率；期望上述品系選育試驗能加速與國際育種研究相互接軌，並累積稻作分子輔助選育能力。