本發(fā)明專利技術(shù)提供一種利用CalS5基因突變創(chuàng)制光溫敏不育系的方法及其應(yīng)用，該培育方法是通過降低所述植物植株中與花粉發(fā)育相關(guān)的胼胝質(zhì)合成酶的表達(dá)來實現(xiàn)的，本發(fā)明專利技術(shù)的主要優(yōu)點在于：首次發(fā)現(xiàn)了對于某些特定的植物不育系，通過調(diào)控植株中與花粉發(fā)育相關(guān)的CalS5蛋白的表達(dá)或活性，來調(diào)控所述植株的育性，實現(xiàn)不育與可育之間的可控轉(zhuǎn)換。此外，還開發(fā)了植物不育系在農(nóng)業(yè)育種等方面的應(yīng)用，大大簡化了植物不育系的育種方法。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于農(nóng)業(yè)和生物
，尤其涉及一種利用CalS5基因突變創(chuàng)制光溫敏不育系的方法及其應(yīng)用。
技術(shù)介紹
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，雄性不育系在雜交制種、提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量中占據(jù)巨大優(yōu)勢。雄性不育往往被分為細(xì)胞質(zhì)雄性不育(CMS)和細(xì)胞核雄性不育(GMS)兩種。三系雜交體系的建立即依賴于細(xì)胞質(zhì)雄性不育。但是，細(xì)胞質(zhì)雄性不育有其自身的缺陷：首先，細(xì)胞質(zhì)雄性不育植株的品質(zhì)普遍較差；其次，三系雜交水稻的組合增產(chǎn)潛力越來越小；再次，由于野敗型的雄性不育細(xì)胞質(zhì)單一，一旦細(xì)胞質(zhì)雄性不育喪失或某種毀滅性病蟲害發(fā)生，那么就會造成巨大的損失。隨著細(xì)胞核雄性不育中光溫敏條件性雄性不育的發(fā)現(xiàn)，兩系法雜交水稻應(yīng)運而生。相對于三系雜交法，光溫敏不育系兼有不育系和保持系兩種狀態(tài)。與三系法相比，兩系法不受恢保關(guān)系的限制，即細(xì)胞核不育可以與大量常規(guī)品種雜交，配組自由，更容易獲得性狀優(yōu)良的雜交優(yōu)勢，從根本上解決三系中雄性不育細(xì)胞質(zhì)單一化的問題。近年來，兩系雜交水稻在中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛。早在1973年石明松在中國湖北從晚粳品種(Oryzasativassp.Japonica)農(nóng)墾58中選育出光敏感不育系，并提出了一系兩用的水稻雜交優(yōu)勢利用新途徑。隨后，以農(nóng)墾58S(NK58S)為父本，與秈稻雜交獲得的培矮64S(PA64S)也在兩系雜交中得到廣泛應(yīng)用，只是培矮64S的育性對溫度更加敏感。水稻光溫敏不育系受單基因隱性位點控制；研究表明，農(nóng)墾58S與培矮64S的不育性狀均受同一個遺傳位點控制，且溫度和光照均會對該位點產(chǎn)生影響。至今，共發(fā)現(xiàn)十三個水稻光溫敏不育系pms1、pms2、pms3、rpms1、rpms2、tms1、tms2、tms3、tms4、tms5、tms6、rtms1和ms-h，分別定位在第7、3、12、8、9、8、7、6、2、2、5、10和第9條染色體上。研究發(fā)現(xiàn)，一個突變的小RNA(smallRNA)osa-smR5864m，導(dǎo)致pms2以及p/tms2-1(農(nóng)墾58S和培矮64S)突變體的不育表型。擬南芥(A.thaliana)因為具有較小的基因組、快速的生長周期以及大量的突變體庫等無可比擬的優(yōu)勢，而在植物學(xué)、生物學(xué)領(lǐng)域成為模式植物。此外，還能在嚴(yán)格控制溫度、光照等條件的狹小空間中培養(yǎng)。研究發(fā)現(xiàn)了一些擬南芥不育突變體，如PEAMT基因突變體t365以及GA/IAA生物合成受阻的ms33突變體均為溫敏不育表型。胼胝質(zhì)合成酶是一類存在于不同物種中家族蛋白，在胼胝質(zhì)的合成中起重要作用。在植物界，有報道稱一些物種的胼胝質(zhì)合成酶與植物的生殖發(fā)育有關(guān)，如在紫鴨跖草中作為暫時細(xì)胞壁機(jī)械屏障，防止細(xì)胞融合(Waterkeynetal.1962)；在百合中為初生外壁提供糖原(LarsonLewisetal.1962)等。目前，發(fā)掘植物雄性不育新種質(zhì)的常規(guī)途徑主要包括：對天然雄性不育原始株的發(fā)現(xiàn)，人工誘變和連續(xù)回交核置換。我國早期的野敗型和馬協(xié)型水稻雄性不育細(xì)胞質(zhì)是對對天然雄性不育原始株的發(fā)現(xiàn)；新疆農(nóng)科院培育的新海不育系棉花是利用海島棉的雜種經(jīng)60COγ射線誘變。但是，傳統(tǒng)育種方法篩選和培育理想的可轉(zhuǎn)育的雄性不育系存在諸多困難，如雄性不育系種質(zhì)資源有限，轉(zhuǎn)育周期過長，雜交不親和，組合選育局限大等。目前，本領(lǐng)域尚缺乏調(diào)控方式簡單方便的植物不育系用于植物育種過程，因此迫切需要調(diào)控方式簡單方便的植物不育系培育技術(shù)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對本領(lǐng)域存在的技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供一種利用CalS5基因突變創(chuàng)制光溫敏不育系的方法及其應(yīng)用，從而解決目前核不育光溫敏遺傳位點少，制種純度不高的問題。本專利技術(shù)的第一個方面在于提供一種培育植物不育系的方法，包括步驟：降低所述植物植株中與花粉發(fā)育相關(guān)的胼胝質(zhì)合成酶的表達(dá)或活性，所述胼胝質(zhì)合成酶為CalS5蛋白或其同源蛋白。作為本專利技術(shù)的一個優(yōu)選方案，所述胼胝質(zhì)合成酶參與所述植物花粉發(fā)育過程四分體時期的胼胝質(zhì)合成。作為本專利技術(shù)的一個優(yōu)選方案，所述胼胝質(zhì)合成酶在植物花序或花藥的細(xì)胞、組織或器官中特異性表達(dá)。作為本專利技術(shù)的一個優(yōu)選方案，所述細(xì)胞或組織包括：小孢子、小孢子母細(xì)胞或其組合。作為本專利技術(shù)的一個優(yōu)選方案，所述胼胝質(zhì)合成酶在花藥發(fā)育期特異性表達(dá)。作為本專利技術(shù)的一個優(yōu)選方案，所述花藥發(fā)育期包括前花藥形成階段(-3-0天)、花藥形成階段和后花藥形成階段(1-5天)，其中，0天指花藥形成的第1天，-3天為以花藥形成當(dāng)天為起始點，向前推算的第3天，1天、5天分別為以花藥形成當(dāng)天為起始點，向后推算的第1天和第5天。作為本專利技術(shù)的一個優(yōu)選方案，所述胼胝質(zhì)合成酶在花藥發(fā)育第7期特異表達(dá)。作為本專利技術(shù)的一個優(yōu)選方案，所述胼胝質(zhì)合成酶在花粉減數(shù)分裂完成時達(dá)到表達(dá)最高峰。作為本專利技術(shù)的一個優(yōu)選方案，所述“降低所述植物植株中與花粉發(fā)育相關(guān)的胼胝質(zhì)合成酶的表達(dá)或活性”滿足以下條件：A1/A0＝0-80％，優(yōu)選為A1/A0＝0-60％，更優(yōu)選為A1/A0＝0-40％，最優(yōu)選為A1/A0＝0-30％；其中，A1為所述植株中與花粉發(fā)育相關(guān)的胼胝質(zhì)合成酶的酶活性；A0為野生型同種類型植物植株中相同胼胝質(zhì)合成酶的酶活性。作為本專利技術(shù)的一個優(yōu)選方案，所述CalS5的野生型氨基酸序列選自下組中的任意一種或幾種：SEQIDNO.1、SEQIDNO.2、SEQIDNO.3、SEQIDNO.4、SEQIDNO.5、SEQIDNO.6。作為本專利技術(shù)的一個優(yōu)選實施例，可通過以下任意一種方式降低所述胼胝質(zhì)合成酶的表達(dá)或活性：1)編碼所述胼胝質(zhì)合成酶的多核苷酸部分或完全缺失；2)修飾表達(dá)調(diào)控序列以降低或抑制編碼所述胼胝質(zhì)合成酶的多核苷酸的表達(dá)；3)修飾染色體上的序列以降低蛋白的活性；或4)上述1)-3)中的任意組合。其中，所述的編碼蛋白的多核苷酸部分或完全缺失是利用染色體基因插入的載體，將編碼內(nèi)源性靶蛋白的多核苷酸替換為標(biāo)記基因或部分核苷酸序列缺失的多核苷酸。“部分”缺失的長度根據(jù)多核苷酸的種類不同，可以為1-300bp，優(yōu)選為1-100bp，更優(yōu)選為1-5bp，其中bp為堿基對。作為本專利技術(shù)的一個優(yōu)選實施例，可以通過以下任意一種方式修飾表達(dá)調(diào)控序列：1)通過核苷酸序列的缺失、插入、保守、非保守性取代中的一種或幾種的組合，在表達(dá)調(diào)控序列中誘導(dǎo)突變，以進(jìn)一步降低表達(dá)調(diào)控序列的活性；2)將表達(dá)調(diào)控序列替換成活性更低的序列。作為本專利技術(shù)的一個優(yōu)選實施例，所述的表達(dá)調(diào)控序列包括編碼啟動子序列、操縱子序列、核糖體結(jié)合位點和控制轉(zhuǎn)錄與翻譯終止的序列。作為本專利技術(shù)的一個優(yōu)選實施例，可以通過以下任意一種方式修飾染色體上的多核苷酸序列以降低蛋白的活性：1)通過核苷酸序列的缺失、插入、保守或非保守性取代中的一種或幾種的組合在所述胼胝質(zhì)合成酶序列中誘導(dǎo)突變，以進(jìn)一步降低所述胼胝質(zhì)合成酶的活性；2)將多核苷酸序列替換成經(jīng)修飾的序列以便獲得更弱的蛋白活性。作為本專利技術(shù)的一個優(yōu)選方案，所述的“降低植物植株中與花粉發(fā)育相關(guān)的胼胝質(zhì)合成酶的活性”的方法包括：使編碼胼胝質(zhì)合成酶的基因的表達(dá)水平下降。作為本專利技術(shù)的一個優(yōu)選方案，所述的“使編碼胼胝質(zhì)合成酶的基因的表達(dá)水平下降”滿足條件：E1/E0＝0-80％，優(yōu)選為E1/E0＝0-60％，更優(yōu)選為E1/E0＝0-40％；和/或A1/A本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種培育植物不育系的方法，其特征在于，包括步驟：降低所述植物植株中與花粉發(fā)育相關(guān)的胼胝質(zhì)合成酶的表達(dá)或活性，所述胼胝質(zhì)合成酶為CalS5蛋白或其同源蛋白。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種培育植物不育系的方法，其特征在于，包括步驟：降低所述植物植株中與花粉發(fā)育相關(guān)的胼胝質(zhì)合成酶的表達(dá)或活性，所述胼胝質(zhì)合成酶為CalS5蛋白或其同源蛋白。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的培育植物不育系的方法，其特征在于，所述“降低所述植物植株中與花粉發(fā)育相關(guān)的胼胝質(zhì)合成酶的表達(dá)或活性”滿足：所述植株中與花粉發(fā)育相關(guān)的胼胝質(zhì)合成酶的酶活性/野生型同種類型植物植株中相同胼胝質(zhì)合成酶的酶活性＝0-80％。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的培育植物不育系的方法，其特征在于，所述CalS5的野生型氨基酸序列選自SEQIDNO.1、SEQIDNO.2、SEQIDNO.3、SEQIDNO.4、SEQIDNO.5、SEQIDNO.6。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的培育植物不育系的方法，其特征在于，所述胼胝質(zhì)合成酶在植物花序或花藥的細(xì)胞、組織或器官中特異性表達(dá)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的培育植物不育系的方法，其特征在于，通過以下任意一種方式降低所述胼胝質(zhì)合成酶的表達(dá)或活性：1)編碼所述胼胝質(zhì)合成酶的多核苷酸部分或完全缺失；2)修...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊仲南，許特，朱駿，
申請(專利權(quán))人：上海師范大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31
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