阅读说明：本技术 一种快速选育空间诱变矮杆和低镉积累水稻的方法 (Method for rapidly breeding space mutation short-stalk and low-cadmium accumulation rice ) 是由 卢卫红 曾德永 于 2021-07-27 设计创作，主要内容包括：一种快速选育空间诱变矮杆和低镉积累水稻的方法,属于水稻育种技术领域。所述方法为：对水稻种子进行空间诱变处理得到SP0代种子；种植收获主穗种子得到SP1代,种植SP1代种子得到SP2代,在其中选择具有目标性状1的突变株连续严格自交到SP5代；根据目标性状2设计查找目标基因OsHMA3；根据目标性状2基因序列设计用于qRT-PCR检测的引物；将具有目标性状2的水稻突变株在三叶期移栽种植；严格自交到SP7代,获得稳定遗传且满足目标性状的单株。本发明利用返回式卫星搭载水稻种植进行空间诱变,使得种子通过空间辐射和微重力下过产生高频、有益的突变,这减少了耗费在挑选不符合目标性状变异株上的时间,也避免了转基因技术带来的不安全因数。(A method for rapidly breeding space mutation short-stalk and low-cadmium accumulation rice belongs to the technical field of rice breeding. The method comprises the following steps: carrying out space mutagenesis treatment on rice seeds to obtain SP0 generation seeds; planting and harvesting main ear seeds to obtain SP1 generation, planting SP1 generation seeds to obtain SP2 generation, and selecting mutant strains with the target property 1 to be continuously and strictly selfed to SP5 generation; designing and searching a target gene OsHMA3 according to the target character 2; designing a primer for qRT-PCR detection according to the gene sequence of the target character 2; transplanting and planting the rice mutant strain with the target character 2 in a three-leaf stage; and strictly selfing to SP7 generation to obtain a single plant which is stably inherited and meets the target traits. According to the invention, the recoverable satellite carried rice is used for spatial mutagenesis, so that high-frequency beneficial mutation is generated under the conditions of spatial radiation and microgravity of seeds, the time consumed for selecting variant plants which do not accord with target characters is reduced, and unsafe factors caused by a transgenic technology are avoided.)

一种快速选育空间诱变矮杆和低镉积累水稻的方法

技术领域

本发明属于水稻育种技术领域，具体涉及一种快速选育空间诱变矮杆和低镉积累水稻的方法。

背景技术

我国最早的航天搭载及其空间诱变实验是在1987年8月5日发射第9颗返回式科学实验卫星的时候。我国科学家首次筛选水稻、小麦、番茄、青椒等作物种子及其它生物材料，借助第九颗返回式卫星开展航天搭载及其空间诱变实验的有益尝试，这也成为了我国航天工程育种事业的开端。水稻在自然界中的变异频率是20万分之一，航天搭载空间诱变处理后的水稻变异频率达到了百分之几左右，且变异幅度显著。空间诱变产生的水稻性状的变异水平，是地面物理辐射放射处理的十倍以上，经空间诱变后产生的性状变异幅度之大在自然界中是难获得的。但是，空间诱变育种具有一定的随机性，同时育种周期也比较长，因此如何快速准确地找出目标性状的育种方式受到人们的关注。

镉是毒性最强的重金属之一，也广泛存在于环境中。长期接触镉会导致肾功能障碍、骨质疏松症和癌症等多种疾病的发生。在过去的三十年中，快速工业化导致土壤污染的程度引起了人们的严重关注，镉污染是威胁中国食品安全和农业可持续性的主要环境问题之一。与其它作物相比，水稻往往会积累更多的Cd，是以大米为主食人群膳食摄入Cd的主要来源。因此，在依赖大米为主食的亚洲人群中，食用受镉污染的大米带来的健康风险尤其受到关注。显然控制稻米中镉的吸收和积累，来降低以稻米为主的饮食人群的潜在健康风险非常重要。开发具有低镉积累性状的水稻新品种来减少镉进入人体是一个比较可行的方法。目前通过基因编辑等转基因技术来定向选育具有低镉积累的水稻新品种由于其安全性备受争议，采用一种安全的育种方法来培育低镉积累水稻新品种是十分重要的。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前育种速度慢、育种方法不安全的问题，提供一种快速选育空间诱变矮杆和低镉积累水稻的方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种快速选育空间诱变矮杆和低镉积累水稻的方法，包括如下步骤：

(1)对水稻种子进行空间诱变处理得到SP0代种子；

(2)回收的SP0代种子进行种植，收获主穗种子得到SP1代，种植SP1代种子得到SP2代，在SP2代中选择具有目标性状1的突变株连续严格自交到SP5代；

(3)根据目标性状2设计在GeneBank数据库中查找目标基因，所述目标基因为OsHMA3，基因符号为：LOC4342783；该步骤中，通过对(2)得到的SP5代的水稻进行基因检测，查找到具有目标形状2的基因(低镉含量)；

(4)根据目标性状2基因序列设计用于qRT-PCR检测的引物，正向引物为：GCAAGTCAAGCCACCCAATG，反向引物为：ACGCCCTTGATCATCTCACC；

(5)将具有目标性状2的水稻突变株在三叶期移栽至具有镉污染背景的大田中进行种植；

(6)进一步严格自交，到SP7代，获得稳定遗传且满足目标性状的单株。

进一步地，步骤(1)中，所述水稻种子为东农416。

进一步地，步骤(1)中，所述空间诱变处理为空间环境，水稻所搭载卫星为实践十号返回时卫星，在轨飞行10～20天。

进一步地，步骤(2)中，所述目标性状1为矮杆，对所有SP2代植株进行表型鉴定，确定具有目标性状的突变株。

进一步地，步骤(3)中，所述目标性状2为低镉含量。

进一步地，步骤(5)中，提取具有目标性状1的SP5代植株mRNA，进行qRT-PCR检测。

进一步地，目标基因OsHMA3过表达的突变株为具有目标性状2的突变株。

进一步地，步骤(6)中，所述鉴定为对SP7代植株中的镉含量、株高、千粒重进行评估。

本发明相对于现有技术的有益效果为：本发明利用返回式卫星搭载水稻种植进行空间诱变，使得种子通过空间辐射和微重力下过产生高频、有益的突变。通过地面种植选择具有矮杆(抗倒伏)变异性状的植株，在运用分子生物学的方法快速挑选具有目标性状的突变体，这减少了耗费在挑选不符合目标性状变异株上的时间，精确挑选具有目标性状的突变体，也避免了转基因技术带来的不安全因数。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

实施例1：

步骤1、水稻种子为东农416。东农416水稻种子被放置于实践十号返回式卫星的A、B、C三个生物辐照盒中。实践十号返回式卫星在近地轨道飞行12.5天。卫星总体设计在轨飞行12.5天，飞行时间和诱变效果有关，时间越长，辐射和微重力的效果越大，产生的变异效果越明显。

步骤2、实践十号返回式卫星返回地面后，回收得到SP0代种子，将SP0代种子进行播种，单独收获主穗种子得到SP1代，将SP1代种子按穗播种，得到SP2代，在SP2代中选择矮杆变异株。所述矮杆变异株一共为10株，编号为B-1、B-2、B-3、B-4、B-5、B-6、B-7、B-8、B-9、B-10。将所有变异严格自交种植到SP5代，能稳定遗传的变异株为6株，分别为B-1、B-2、B-4、B-6、B-8、B-9。

步骤3、在GeneBank中查找控制水稻镉积累的关键基因OsHMA3，并根据其mRNA序列设计qRT-PCR引物。正向引物为：GCAAGTCAAGCCACCCAATG，反向引物为：ACGCCCTTGATCATCTCACC。

步骤4、提取SP5代稳定遗传的矮杆突变体水稻mRNA，并使用凝胶电泳和分光光度计对mRNA的质量进行检测，随后将mRNA反转录成为cDNA。以cDNA为模板，进行qRT-PCR检测。将OsHMA3基因过表达植株定位具有目标性状3的植株，即为低镉突变体。编号为B-1、B-6、B-8。

步骤5、将3株具有目标性状2水稻突变株在三叶期移栽至具有镉污染背景的大田中进行种植，种植到SP7代，综合各种农艺性状指标和镉积累情况，综合选择优良的低镉积累的突变体。

土壤的镉含量为1.27-1.59mg.kg^-1，对照组DN416(CK)、目标性状植株B-1、B-6、B-8镉含量见下表所示：

编号	株高(cm)	千粒重(g)	镉含量
				DN416(CK)	88.7	26.8	0.452mg.kg<sup>-1</sup>
B-1	80.5	25.9	0.265mg.kg<sup>-1</sup>
				B-6	81.6	26.5	0.394mg.kg<sup>-1</sup>
B-8	83.9	25.3	0.388mg.kg<sup>-1</sup>

上述实施例仅是示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。