琚銘，苗紅梅，黃盈盈，馬琴，王慧麗，王翠英，段迎輝，韓秀花，張海洋

芝麻種間雜交親和性差異及雜種生物學(xué)特征分析

琚銘，苗紅梅，黃盈盈，馬琴，王慧麗，王翠英，段迎輝，韓秀花，張海洋

河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院芝麻研究中心/河南省特色油料基因組學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/神農(nóng)種業(yè)實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450002

【目的】探索芝麻不同種之間的雜交親和性，分析其雜種的生物學(xué)特征，為芝麻野生種種質(zhì)資源高效利用提供依據(jù)?！痉椒ā恳灾ヂ樵耘喾N豫芝11號（，2n=26）和（2n=32）、（2n=32）、（2n=32）、（2n=64）等4個(gè)野生種為親本材料，采用雙列雜交方法，通過田間人工授粉配置不同種間組合；結(jié)合胚拯救方法獲得種間雜種F1。根據(jù)雜交結(jié)蒴率比較組合雜交親和性；在盛花期和成熟期觀察雜種植物學(xué)性狀特征，利用Alexander染色法進(jìn)行花粉粒育性鑒定。通過根尖細(xì)胞染色體涂片明確雜種染色體數(shù)目及特征。選用自主篩選的胡麻屬特異多態(tài)性SSR引物，分析種間雜種分子標(biāo)記差異。【結(jié)果】配置了5個(gè)芝麻種間的20個(gè)正、反交組合，共授粉2 091朵花，獲得雜交蒴果370個(gè)。發(fā)現(xiàn)以染色體數(shù)目多的種為母本更易獲得遠(yuǎn)緣雜交蒴果。5個(gè)芝麻種之間雜交親和性的變化范圍為1.18%（×）—63.33%（×）。共有9個(gè)雜交組合獲得雜種F1種子，F(xiàn)1植株的花粉敗育率為35.21%—100.00%，其中，與雜交組合F1的可育株比例最高，為87.68%。雜種F1在株高、株型等性狀方面均表現(xiàn)出明顯的超親優(yōu)勢。栽培種與各野生種的正反交雜種F1在葉型、花型和花色表現(xiàn)出雙親的局部特征。栽培種芝麻（n=13）與具有n=16染色體組型的3個(gè)野生種的雜交親和性依次為＞＞；野生種（n=32）與n=16染色體組的3個(gè)野生種的親和性依次為＞＞在5個(gè)種中，野生種與的親緣關(guān)系相對最近。獲得的部分雜種植株根尖細(xì)胞染色體數(shù)目觀察顯示，雜種的染色體數(shù)目與理論值一致。利用3對多態(tài)性SSR引物對F1植株的分子鑒定結(jié)果顯示，真雜種比例為99.66%。雜種染色體核型和特異SSR標(biāo)記結(jié)果顯示出胡麻屬不同種的遺傳特征差異?！窘Y(jié)論】胡麻屬5個(gè)種之間的雜交親和性差異顯著，種間雜交后代雜種優(yōu)勢明顯；與的親緣關(guān)系相對最近，可用于芝麻優(yōu)異種質(zhì)創(chuàng)制和遠(yuǎn)緣雜交育種研究；其他種間雜交存在著生殖隔離障礙，可采用胚拯救、分子標(biāo)記利用等手段加強(qiáng)芝麻野生資源利用。

芝麻；野生種；種間雜交；生物學(xué)特征；分子鑒定

0 引言

【研究意義】芝麻（L.）屬胡麻科胡麻屬，是古老的油料作物，距今已有5 000多年的栽培歷史[1]。種植分布廣泛。芝麻籽粒富含豐富的不飽和脂肪酸和抗氧化物質(zhì)，油用和藥用價(jià)值極高，被譽(yù)為“油料皇后”[1-2]。中國是世界五大芝麻主產(chǎn)國之一，因單產(chǎn)水平高、品質(zhì)優(yōu)良，在世界芝麻生產(chǎn)、加工和貿(mào)易中占據(jù)極為突出的地位。但是，受物種特性和主產(chǎn)區(qū)氣候影響，品種抗病抗逆性差，年份間產(chǎn)量波動(dòng)較大，對芝麻生產(chǎn)造成重要影響[3]。選育高產(chǎn)、抗病、抗逆新品種是芝麻育種專家長期的主攻目標(biāo)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】胡麻屬共包含37個(gè)種，涉及3種染色體組類型，即2n=26（如，栽培種和野生種），2n=32（如，野生種和）和2n=64（如，野生種和）[4-7]?，F(xiàn)有芝麻品種均來自胡麻屬唯一的一個(gè)栽培種；遺傳基礎(chǔ)相對狹窄，抗病（如枯萎病、莖點(diǎn)枯病等）、抗逆（如漬害、低溫等）等優(yōu)異種質(zhì)極其匱乏[8-9]。采用現(xiàn)有種質(zhì)資源和育種材料及傳統(tǒng)育種技術(shù)很難提升芝麻品種的豐產(chǎn)和抗病抗逆性[10-11]。檢測顯示，胡麻屬中部分野生種具有高抗病、抗蟲、耐漬、耐旱等特性[12-14]。苗紅梅等[8]采用強(qiáng)致病力尖孢鐮刀菌株室內(nèi)抗枯萎病精準(zhǔn)鑒定技術(shù)，開展了多份芝麻種質(zhì)以及野生種和的枯萎病抗性鑒定。結(jié)果顯示，僅和對強(qiáng)致病力菌株表現(xiàn)為免疫（DI=0）；所有栽培種材料均表現(xiàn)為高感（DI= 100%）。為拓寬芝麻栽培種的遺傳基礎(chǔ)，加快芝麻抗病和育種研究進(jìn)程，目前迫切需要深入開展芝麻遠(yuǎn)緣雜交與野生種利用研究[14-15]。芝麻野生種特征特性調(diào)查和種間雜交研究最早起始于20世紀(jì)30年代[16-18]。大量研究結(jié)果顯示，因染色體組特征差異過大，芝麻栽培種與大多野生種雜交均高度不親和[15, 17, 19]，獲得的少量種間雜種多表現(xiàn)為花粉敗育特征，難以直接利用[20-21]。Tarihal等[22]研究芝麻栽培種和、、等3個(gè)野生種之間的親和障礙，發(fā)現(xiàn)以栽培種為父本，可獲得少量的雜交種子，但是種胚往往發(fā)育異常，沒有發(fā)芽能力。Kumari等[23]研究芝麻不同種間的雜交親和性，發(fā)現(xiàn)栽培種與野生種和的正反交組合均不能獲得雜交種子，栽培種與配置組合可以獲得雜交種子，且籽粒飽滿。張海洋等[15]選用28份芝麻栽培種材料和2個(gè)芝麻野生種（、，2n=64）進(jìn)行了種間雜種的生物學(xué)特性分析。結(jié)果顯示，與栽培種的雜交親和率高于。以野生種為母本，與栽培種雜交，雜交種F1在株高、根系結(jié)構(gòu)等性狀方面超親表現(xiàn)明顯，株系表現(xiàn)出高抗枯萎病，部分F1株系有低自交結(jié)實(shí)性。Rajeswari等[24]通過胚拯救獲得了（2n=26）和栽培種的雜種。雜種對變?nèi)~病的抗性為中等抗性，介于雙親之間。趙瑞紅等[25]分析了的染色體核型和rDNA分布，揭示了胡麻屬不同種的遺傳多樣性。為加快芝麻野生種質(zhì)資源利用提供了科學(xué)依據(jù)。【本研究切入點(diǎn)】當(dāng)前芝麻野生種質(zhì)資源研究不夠深入，種間雜交親和性差，導(dǎo)致遠(yuǎn)緣雜交育種研究進(jìn)展緩慢[26-27]；大多數(shù)野生種與栽培種在染色體組和基因組結(jié)構(gòu)特征等方面差異大，不同種之間的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，不利于開展遠(yuǎn)緣雜交育種[14, 17, 24, 27]?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究擬選用芝麻栽培種和4個(gè)野生種為試驗(yàn)材料，通過人工授粉和胚拯救技術(shù)，研究胡麻屬5個(gè)種之間的雜交親和性，明確雜交親和率、種間雜種表型及分子標(biāo)記特征，為創(chuàng)制高抗病抗逆芝麻新種質(zhì)、加快遠(yuǎn)緣雜交育種進(jìn)程奠定理論和材料基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)選用中國主推芝麻品種豫芝11號和4個(gè)野生種、、和（表1）。上述種質(zhì)材料均保存在河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院芝麻研究中心種質(zhì)庫。

表1 芝麻遠(yuǎn)緣雜交用親本信息

1.2 種間雜交配制和雜種的生物學(xué)特征觀察

2015—2018年，在海南三亞（108°56′E，18°09′N）試驗(yàn)基地和河南原陽（113°93′E，35°07′N）基地進(jìn)行雜交組合配置、雜交后代種植及性狀調(diào)查。

種間雜交組合配置：利用雙列雜交法組配雜交組合，采用常規(guī)技術(shù)進(jìn)行田間管理。參照石淑穩(wěn)[28]方法，于盛花期進(jìn)行人工雜交授粉，記錄授粉花朵數(shù)。

雜交后代培養(yǎng)與雜交結(jié)蒴率調(diào)查：在授粉后第10—12天，摘取部分雜交蒴果。在超凈工作臺(tái)上，剝?nèi)∮着?，進(jìn)行組織培養(yǎng)[28-29]，調(diào)查胚拯救成苗率。田間調(diào)查雜交蒴果的生長發(fā)育狀況及結(jié)蒴率。

成苗率（seedlings rate，%）=獲得的株系數(shù)/培養(yǎng)的幼胚數(shù)×100%

雜交結(jié)蒴率（hybrid capsule formation rate，%）=雜交蒴果數(shù)/授粉花朵數(shù)×100%

親本及雜種F1生物學(xué)性狀調(diào)查：分別在盛花期和成熟期調(diào)查雜交親本及雜種F1株系的重要生物學(xué)性狀，分別為株型、株高、花色、每葉腋花朵數(shù)、單株蒴數(shù)、蒴果棱數(shù)、單蒴粒數(shù)及種皮顏色等8個(gè)指標(biāo)。

1.3 染色體核型觀察

選用胚培養(yǎng)植株幼嫩根尖4—5 mm，參照趙瑞紅等[25]染色體涂片法，制備根尖細(xì)胞染色體切片，DFC2500（萊卡，德國）10×及40×鏡下觀察計(jì)數(shù)；DM6000B顯微鏡（萊卡，德國）100×油鏡下進(jìn)行染色體拍照。

1.4 雜交后代花粉粒育性觀察

在盛花期，隨機(jī)選取親本及F1植株即將開放的花朵。采用Alexander染色法進(jìn)行花粉粒染色[30]，200×顯微鏡下觀察成熟花粉粒形態(tài)及顏色。每份材料取5個(gè)花朵；觀察統(tǒng)計(jì)5個(gè)視野下的可育和敗育花粉數(shù)量，計(jì)算花粉敗育率。花粉敗育率（pollen sterility rate，%）=觀察到的不育花粉粒數(shù)/觀察到的所有花粉粒數(shù)×100%。

1.5 雜交后代SSR分子標(biāo)記鑒定

采集親本及種間雜種單株幼嫩葉片。采用CTAB法提取葉片DNA。選用3對SSR引物進(jìn)行PCR檢測[31]。SSR引物（表2）由華大基因公司合成。PCR反應(yīng)體系為50 ng DNA模板、10×Buffer 1 μL、10 mmol·L-1dNTPs 0.2 μL、正反向引物（10 μg·L-1）引物各1 μL、2.5 U·μL-1Taq酶0.5 μL，加入無菌超純水至終體積為10 μL。PCR擴(kuò)增程序?yàn)?4℃ 5 min；94℃ l min，58℃ 50 s，72℃ 60 s，32個(gè)循環(huán)；72℃ 10 min，4℃保存。非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測PCR產(chǎn)物。

表2 引物信息

2 結(jié)果

2.1 種間雜交組合親和性分析與比較

為分析胡麻屬不同種之間的親和性，選用芝麻栽培種（豫芝11號）和4個(gè)重要的野生種、、和，共配置正、反交組合20個(gè)（表3）。田間人工授粉共2 091朵花。統(tǒng)計(jì)顯示，在自然條件下，20個(gè)組合共獲得雜交蒴果370個(gè)，結(jié)蒴率范圍為1.18%（×）—63.33%（×）。在栽培種與4個(gè)野生種的正反交組合中，（G02）×（豫芝11號）的結(jié)蒴率最高（41.11%）；在野生種之間的雙列雜交組合中，（Ken8）和（G01）的正反交組合（H7a和H7b）雜交結(jié)蒴率最高，分別為63.33%和48.00%。蒴果成熟后，共收獲雜交種子3 151粒。其中，H4b種子無發(fā)芽力；H7a和H7b種子有胚，發(fā)芽率分別為15.44%和24.75%。

同時(shí)，試驗(yàn)采用幼胚拯救技術(shù)對雜交種進(jìn)行組織培養(yǎng)（表3）。共有H3b、H4b、H4a、H6b、H8a及H8b等6個(gè)雜交組合獲得后代組培苗，并移栽成活。成苗率為2%—93%。其中，Ken8與G01的正反交組合分別獲得98棵和66棵組培苗，雜種成苗率顯著高于其他組合。表明二者雜交的親和性最好。

綜合上述，5個(gè)種間的田間人工雜交和雜種胚拯救統(tǒng)計(jì)結(jié)果，比較確定，栽培種豫芝11號與4個(gè)野生種的雜交親和性分別為G02＞G01＞Ken8＞Ken1。4個(gè)野生種之間雜交結(jié)果顯示，G01（2n=32）與Ken8（2n=32）組合的結(jié)蒴率和種子發(fā)芽率均最高，表明二者的親和性最高，親緣關(guān)系最近。其次是G02（2n=64）與G01（2n=32），結(jié)蒴率為34.12%。但萌發(fā)試驗(yàn)顯示，雜種沒有發(fā)芽率。

2.2 種間雜交后代生物學(xué)特征及育性分析

通過對獲得的9個(gè)種間雜交組合F1進(jìn)行種植，分別在盛花期和成熟期觀察單株植物學(xué)性狀特征（圖1、圖2和表4）。同時(shí)對雜種F1的花粉育性進(jìn)行染色觀察（圖3和表4）。

調(diào)查顯示，栽培種與各野生種雜交組合的正反交雜種F1在葉型，花型和花色表現(xiàn)出雙親的局部特征。如，豫芝11號（）和Ken1（）正、反交后代F1（H1a和H1b）在莖、葉、花及蒴果外形等方面，與親本Ken1類似（圖1-b、圖1-f、圖2-b和圖2-f）；但是葉片變小，莖稈變細(xì)，與親本豫芝11號較為相似（圖1-a）。F1表現(xiàn)出強(qiáng)分支性，枝條較親本Ken1柔軟。花粉粒育性鑒定結(jié)果顯示，F(xiàn)1不育（圖3-a）；蒴果內(nèi)形成3—4粒種子，但種胚干癟、敗育。

Ken8（）×豫芝11號（）雜種F1（H2b）的葉片較兩親本變大，分支增多；花冠顏色與Ken8類似，且蒴果表皮茸毛量較多（圖1-g和圖2-g）；花粉粒染色發(fā)現(xiàn)個(gè)別植株的花粉可育（圖3-b）；絕大部分蒴果發(fā)育至0.8—1 cm時(shí)停止生長，種子內(nèi)種胚干癟，無發(fā)芽力。

G02（）×豫芝11號（）雜種F1（H4b）的株高比兩親本高，F(xiàn)1植株的形態(tài)偏向G02，分支增多；花冠顏色為淡粉色（圖1-h）；蒴果形態(tài)類似G02，蒴果長度發(fā)育至約1.3 cm時(shí)不再生長，成熟后里面有1—3粒種子且無種胚（圖2-e和圖2-h）。

表3 種間雜交組合結(jié)實(shí)性和雜種胚拯救出苗率統(tǒng)計(jì)

表4 芝麻不同種及種間雜交F1植株的生物學(xué)特征統(tǒng)計(jì)

/：F1種子無種胚或未結(jié)種子 /: represents F1seed without embryo or no seed

a：豫芝11號；b：Ken1；c：Ken8；d：G01；e：G02；f：Ken1×豫芝11號組合F1；g：Ken8×豫芝11號組合F1；h：G02×豫芝11號組合F1；i：Ken1×G01組合F1；j：Ken8×G01組合F1；k：G02×Ken8組合F1；l：G02×G01組合F1

Ken1（）×G01（）雜種F1（H5a）在株型、花形態(tài)方面均與親本Ken1類似；花冠顏色較Ken1深（圖1-i）。隨著植株生長，莖稈紫色程度加深。二者雜種F1不能形成可育花粉粒（圖3-c）；植株結(jié)蒴性差，蒴果小，不能形成種子（圖2-i）。

G02（）與G01（）及Ken8的雜種F1分別為H8b和H9b。F1在植株形態(tài)方面較為類似。H9b較H8b的莖稈和花冠顏色更深，紫色重（圖1-k和圖1-l）。H8b、H9b在花朵形態(tài)和大小方面與親本G02的均較為相似。H8b不能形成可育花粉粒（圖3-f），結(jié)蒴性差；蒴果內(nèi)無種子形成（圖2-l）。H9b可形成較少的可育花粉粒（圖3-e）；蒴果自然膨大，與親本G01類似（圖2-k）；可形成有胚種子。

Ken8（）與G01（）正、反交組合的雜種F1在植株形態(tài)方面較為類似。植株株型介于半匍匐（親本Ken8）至直立（親本G01）中間狀態(tài)；強(qiáng)分支，莖稈及花冠顏色與親本G01相似（圖1-j）；花粉?？捎▓D3-d）；蒴果形態(tài)與親本Ken8類似（圖2-j），可形成正常F1種子。隨后，對Ken8（）×G01（）F2群體的414份單株進(jìn)行育性等性狀調(diào)查和比較（具體數(shù)據(jù)未顯示）。結(jié)果表明，該組合F2群體中，可育株占比達(dá)到87.68%，可以直接用于芝麻優(yōu)異種質(zhì)創(chuàng)制和遠(yuǎn)緣雜交育種研究。

a：豫芝11號；b：Ken1；c：Ken8；d：G01；e：G02；f：Ken1×豫芝11號組合F1；g：Ken8×豫芝11號組合F1；h：G02×豫芝11號組合F1；i：Ken1×G01組合F1；j：Ken8×G01組合F1；k：G02×Ken8組合F1；l：G02×G01組合F1

2.3 不同種種間雜交后代染色體數(shù)目鑒定

此外，對獲得的部分種間雜交組合的后代植株進(jìn)行了根尖細(xì)胞染色體涂片和染色體數(shù)目觀察（圖4）。統(tǒng)計(jì)顯示，栽培種豫芝11號（）×Ken1（）（圖4-a）和Ken8（）×豫芝11號（）（圖4-b）2個(gè)組合的F1植株，其根尖細(xì)胞的染色體數(shù)目均為29。表明栽培種（2n=26）與野生種Ken1或Ken8（2n=32）雜交后代F1的29條染色體應(yīng)分別來自雙親的n=13和n=16。

對于野生種之間形成雜種后代的雜交組合，統(tǒng)計(jì)顯示，其F1染色體數(shù)目與親本有一定變化。其中，G02（）與G01（）和Ken8（）的F1根尖細(xì)胞的染色體均為48條（圖4-c和圖4-d），應(yīng)該分別來自雙親的n=16和n=32。染色體數(shù)目變化證明上述種間雜交組合的后代均為真雜種。

2.4 不同種種間雜交后代分子標(biāo)記鑒定

為進(jìn)一步明確種間雜交后代的遺傳組成，選用自主篩選的芝麻特異的3對多態(tài)性SSR引物，利用上述引物針對8個(gè)雜種587個(gè)F1植株進(jìn)行了分子鑒定（圖5和表5）。多態(tài)性擴(kuò)增DNA條帶的范圍為100—250 bp。從圖5可以看出，引物對HS352可以區(qū)分Ken1、豫芝11號和Ken8及其Ken1×豫芝11號、Ken8×豫芝11雜種F1。HS94可以鑒定Ken8和G01及其后代（圖5-a、圖5-b和圖5-d）。引物HS53可區(qū)分Ken1和G01親本及雜種（圖5-c）。HS94可以區(qū)分G02和Ken8及雜種（圖5-e）以及G02和G01及雜種（圖5-f）。結(jié)果顯示，除從Ken1與豫芝11號的雜種材料中檢測出2株假雜種外，其余585份樣本均為真雜種，占比為99.66%。表明芝麻不同種種間雜交結(jié)果真實(shí)可靠。此外，在部分雜種材料中，除了能夠擴(kuò)增出雙親的互補(bǔ)條帶外，還出現(xiàn)了新的DNA條帶，顯示遠(yuǎn)緣雜交后代材料的遺傳多樣性。

a：Ken1×豫芝11號組合F1；b：Ken8×豫芝11號組合F1；c：Ken1×G01組合F1；d：Ken8×G01組合F1；e：G02×Ken8組合F1；f：G02×G01組合F1。紅色和黃色花粉粒分別為可育和不育型，不同組合F1花粉育性程度不一

表5 芝麻不同種雜交后代SSR分子標(biāo)記鑒定統(tǒng)計(jì)

a：H1b（Ken1×豫芝11號）；b：H2b（Ken8×豫芝11號）；c：H9b（G02×G01）；d：H8b（G02×Ken8）

a：引物HS352擴(kuò)增Ken1和豫芝11號及其雜種F1（H1b）；b：引物HS352擴(kuò)增Ken8和豫芝11號及其雜種F1（H2b）；c：引物HS53擴(kuò)增Ken1和G01及其雜種F1（H5a）；d：引物HS94擴(kuò)增G01和Ken8及其雜種F1（H7a）；e：引物HS94擴(kuò)增G02和Ken8及其雜種F1（H8b）；f：引物HS94擴(kuò)增G02和G01及其雜種F1（H9b）。M：Maker DL 2000；P1：豫芝11號；P2：Ken1；P3：Ken8；P4：G01；P5：G01

3 討論

本研究選用芝麻栽培種豫芝11號及（2n=32）、（2n=32）、（2n=32）、（2n=64）等4個(gè)代表性野生種，系統(tǒng)開展了芝麻不同種間雜交親合性、雜種后代生物學(xué)特征及分子標(biāo)記特征比較與分析，獲得一批遠(yuǎn)緣雜交材料和重要信息，為加快芝麻野生種研究利用和遠(yuǎn)緣雜交育種進(jìn)程奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.1 芝麻種間雜種的獲得與鑒定

雜種胚培養(yǎng)是克服種間雜交障礙的重要手段[32-33]。由于種間生殖隔離障礙，芝麻雜種胚敗育在不同的種間組合中發(fā)生的時(shí)期不同。張海洋等[15]研究發(fā)現(xiàn)，栽培種與野生種（和Schum）種間雜交因胚敗育在大田狀態(tài)下很難獲得種間雜交籽粒，而采用胚培養(yǎng)技術(shù)，獲得部分種間雜種。表明栽培種與這兩個(gè)野生種的不親和性發(fā)生于胚形成-后代植株發(fā)育的整個(gè)過程。本研究結(jié)果表明，采用胚拯救技術(shù)，共有18個(gè)組合獲得了雜種植株，雜種后代特征多樣。如，豫芝11號（）與Ken1（）的胚拯救效果好，正反交胚拯救雜種后代比率均較高，分別達(dá)到22.86%和69.92%。而×的130個(gè)雜交幼胚的拯救均未獲得組培苗，這可能與部分種間雜交授精不完全或雜種夭亡有關(guān)。此外，胚拯救試驗(yàn)未獲得×的雜交幼胚，子房壁也未出現(xiàn)膨大。說明2個(gè)種雜交授粉后，種胚可能無法形成，進(jìn)而無法誘導(dǎo)子房壁膨大形成蒴果。但是，以母本，配置雜交組合，通過雜種幼胚拯救，組培苗成苗率提高到7.86%。表明以染色體數(shù)目多的母本配置種間雜交組合，幼胚拯救后，可能更易獲得雜種植株。這與已報(bào)道結(jié)果較一致[15, 19, 34]。因此，推測通過染色體加倍或者橋梁親本，結(jié)合種間雜交和胚培養(yǎng)技術(shù)，將可能獲得更多的種間雜交材料，以顯著提升芝麻野生種質(zhì)資源的利用效率。今后研究組將對此作進(jìn)一步的嘗試。

為驗(yàn)證種間遠(yuǎn)緣雜交材料的真實(shí)性，張海洋等[15]篩選并開發(fā)了芝麻SSR引物HS209，用于區(qū)分和及后代材料；擴(kuò)增雜種陽性率為95.83%。本研究利用基于芝麻基因組信息發(fā)掘的3對種間特異SSR標(biāo)記[31]，對組織培養(yǎng)獲得的雜種植株進(jìn)行分子鑒定。發(fā)現(xiàn)不同種中3對SSR標(biāo)記均表現(xiàn)出了種間特異性，證實(shí)了種間雜交材料的真實(shí)性和SSR標(biāo)記的特異性。此外，還發(fā)現(xiàn)采用HS94引物擴(kuò)增×、×的雜種后代，出現(xiàn)了雙親以外的帶型。推測這可能與雜交后代的遺傳信息變異有關(guān)。近期研究發(fā)現(xiàn)，×種間雜交后代形成過程中，F(xiàn)2群體后代的基因組信息出現(xiàn)有染色體片段的重排和重組（結(jié)果尚未發(fā)表）。因此，開展芝麻種間雜交，獲得更多遺傳多樣性豐富的雜交后代，是拓展芝麻栽培種遺傳基礎(chǔ)的重要技術(shù)手段和途徑。此外，本研究對鑒定出的真雜種進(jìn)行了根尖細(xì)胞染色體數(shù)目和特征分析，表明種間雜交材料的多樣性和真實(shí)性，為深入了解雜種形成、敗育機(jī)理及物種進(jìn)化機(jī)制提供了材料和方法。

3.2 芝麻種間的不親和性與野生種利用

芝麻是古老的油料作物。將野生種的優(yōu)良性狀導(dǎo)入芝麻栽培種一直是研究者的目標(biāo)之一。但是受生殖隔離、種間親緣關(guān)系較遠(yuǎn)等因素限制，芝麻栽培種與部分野生種以及野生種之間的遠(yuǎn)緣雜交研究進(jìn)展緩慢[18, 26]。本研究發(fā)現(xiàn)，除與田間雜交可以獲得正常有胚雜種外，其他18個(gè)種間雜交組合直接獲得可育雜種的難度較大。表明芝麻種間的親和性普遍較差。多年來，研究組采用栽培種和持續(xù)開展了種間雜交及回交研究[15]。調(diào)查結(jié)果顯示，以野生種為回交親本可以獲得較多的可育后代，且性狀更接近于栽培種親本（數(shù)據(jù)未公開發(fā)表）。同時(shí)，以栽培種為回交父本，通過胚拯救技術(shù)連續(xù)開展回交，其多代后株系在莖、葉和花等器官形態(tài)方面，則較類似于栽培種，但育性較差（數(shù)據(jù)未公開發(fā)表）。本研究中，僅和2個(gè)野生種間能夠獲得較多的可育雜種后代；正反交雜交結(jié)蒴率雖有差異，但雜種后代F2中仍有可育株。表明兩者雖然存在著一定的生殖隔閡，但親緣關(guān)系較近，可以用于重要性狀遺傳分析和遠(yuǎn)緣雜交育種研究。為加快上述野生種質(zhì)的利用，近期研究組開展并完成了對上述5種的染色體級別的基因組精細(xì)圖構(gòu)建[3]，并建立了芝麻高效轉(zhuǎn)基因技術(shù)和基因編輯技術(shù)[35]。今后將進(jìn)一步開展芝麻野生種抗病抗逆重要信息發(fā)掘和資源應(yīng)用，以推動(dòng)芝麻抗病抗逆育種和遠(yuǎn)緣雜交育種研究進(jìn)程。

4 結(jié)論

芝麻栽培種與4個(gè)野生種的雜交親和性依次為＞＞＞；野生種與3個(gè)野生種的雜交親和性依次為＞＞與種間雜交可獲得大量可育雜種后代。芝麻不同種間雜交后代在株高、株型等性狀方面具有超親優(yōu)勢。

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Analysis of Cross Compatibility Variation among DiverseSpecies and Biological Characteristics of the Interspecific Hybrid Progenies

JU Ming, MIAO HongMei, HUANG YingYing, MA Qin, WANG HuiLi, WANG CuiYing, DUAN YingHui, HAN XiuHua, ZHANG HaiYang

Henan Sesame Research Center, Henan Academy of Agricultural Sciences/Henan Key Laboratory of Specific Oilseed Crops Genomics/Shennong Laboratory, Zhengzhou 450002

【Objective】The research aims to explore the cross compatibility between differentspecies and analyze the biological characteristics of interspecies hybrid progeny so as to supply the foundation for efficient application of wild sesame species. 【Method】A sesame cultivar Yuzhi 11 (, 2n=26) and 4 wildspecies including(2n=32),(2n=32),(2n=32), and(2n=64) were applied to construct interspecies cross combinations using diallel hybridization method by artificial pollination in the field.Embryo rescue method was also used to obtain interspecific hybrid F1. Interspecific hybrid compatibility was compared based on hybrid capsule formation rate. Botanical characters of hybrids were observed during flowering and mature stages. Pollen fertility was assessed using Alexander staining method. Chromosome number and karyotype characteristics of root somatic cells of hybrids were observed using smear chromosome preparation technique. Specific and polymorphic SSR primers inwere used to analyze the molecular difference in interspecific hybrids.【Result】 Twenty positive and reciprocal cross combinations were constructed for the 5species. A total of 2091 flowers were pollinated and 370 hybrid capsules were harvested. As to the female parents with more chromosomes, hybrid capsules were more easily obtained. The cross compatibility among the 5species significantly varied from 1.18% (×) to 63.33% (×). F1plants of 9 combinations produced hybrid seeds, while the ratio of pollen sterility of F1progeny ranged from 35.21%-100.00%. The cross×presented the highest sterility ratio to 87.68%. Hybrid progeny exhibited the obvious heterosis over parents in plant height, plant type, and some key agronomic traits. As to the positive and reciprocal hybrid F1derived from sesame cultivar and the wild species, leaf shape, flower shape, and flower color showed partial characters of both parents. The cross compatibility between sesame cultivar (n=13) and the 3species with chromosome group n=16 ranked as>>. The cross compatibility between wild species(n=32) and the 3 species with n=16 ranked as>>. Among the 5species, the genetic relationship betweenandis relatively closest. The chromosome number of root tip cells of some hybrid plants is consistent with the theoretical value calculated from the parents. Screening results of the 3 pairs of polymorphic SSR primers indicated that 99.66% of obtained F1plants are true hybrid. Chromosome karyotype and SSR marker screening results reflected the genetic difference and characters ofspecies. 【Conclusion】Among the 5species, the cross compatibility varies significantly and the heterosis of interspecific hybrid is obvious. Of which onlyandhave the relatively closest genetic relationship and could be directly applied for elite germplasm creation and interspecific hybrid breeding in. Reproductive isolation barriers exist in other cross combinations. Some techniques including embryo rescue and molecular marker application should be used to achieve the utilization of wildspecies for sesame breeding.

sesame; wildspecies; interspecific hybridization; botanic character; molecular assessment

10.3864/j.issn.0578-1752.2022.20.003

2022-05-29；

2022-07-18

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（特色油料）產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-14）、河南省重大科技專項(xiàng)（201300110600）、中原科學(xué)家工作室建設(shè)項(xiàng)目（092101211100、214400510026）、中原科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才項(xiàng)目（214200510020）、河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院優(yōu)秀青年項(xiàng)目（2020YQ19）、科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2022TD05）、科技創(chuàng)新創(chuàng)意項(xiàng)目（2020CX02）、自主創(chuàng)新項(xiàng)目（2021ZC70）

琚銘，E-mail：jumingzz@163.com。通信作者張海洋，E-mail：zhanghaiyang@zzu.edu.cn

（責(zé)任編輯 李莉）