[發明專利]控制水稻育性的基因及其編碼蛋白和應用

有效

• 申請號: 201210057952.8
• 申請日: 2012-03-07
• 公開（公告）號: CN102634522A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 李仕貴;欽鵬;王玉平;涂兵;馬炳田;鄧路長
• 申請（專利權）人: 四川農業大學
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C07K14/415;C12N15/63;C12N1/21;A01H5/00;C12N15/84;C12N15/11;C12Q1/68
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 胡長遠

技術領域

本發明屬于植物育性基因領域。具體涉及一種控制水稻育性的基因及其編碼蛋白；以及涉及該基因突變產生的一個單隱性核不育基因；此外，還涉及利用RNAi技術控制所述水稻育性基因的表達獲得水稻不育系的方法

背景技術

水稻是自花授粉作物，長期以來水稻品種的改良主要依賴雜交育種方法，但是由于人工去雄和雜交技術的限制，通常只能利用少數親本進行雜交，親本來源范圍窄，導致品種遺傳基礎日漸狹窄，難以育成突破性的品種。水稻的主要農藝性狀多為微效多基因控制的數量性狀，輪回選擇育種方法可以打破不利基因的連鎖，增加優良基因的積累，因而是擴大遺傳基礎，育成突破性品種的重要手段，但是由于人工去雄困難等限制，使輪回選擇育種方法在自花授粉作物上的應用受到限制。而核不育基因的發現為自花授粉作物應用輪回選擇育種方法提供了可能。Gilmore提出將核不育材料應用于自花授粉作物的輪回選擇(Gilmore，E.C，Jr.Crop?Sci，1964.4：323-325)。Fujimaki提出將核不育材料用于水稻的輪回選擇(Fujimaki.H，S等.Japan.J.Breed.1977.27：70-77)。Lkehashi詳細描述了將核不育用于水稻于輪回選擇的方法(Lkehashi?H.Japan.J.Breed，1980，31：205-209)。

利用現有的水稻隱性雄性核不育進行水稻輪回選擇育種存在的主要問題是：(1)群體的總體性狀受隱性核不育基因供體材料遺傳背景的影響大，容易導致群體的遺傳類型和性狀表現單一，難以育成優良品系；(2)帶有隱性核不育基因株系的選擇或剔除是依據后代的自然分離進行，費時且工作量大，效率低。因此，需要尋找新的用于水稻輪回選擇的隱性核不育類型進行水稻的輪回選擇，并結合分子生物學技術對隱性核不育基因進行早期鑒定，減少工作量。

被子植物花藥的發育包括花藥的分裂與花粉粒的發育。成熟的花藥包括表皮、內皮層、中層以及絨氈層四層細胞。花藥和花粉壁的正常發育對植物育性非常重要。目前在水稻中報道與花藥以及花粉壁發育相關的基因有WDA1、PTC1、OSC6、TDR、UDT1、GAMYB、CYP704B2、DPW、OsRaftin1等。這些基因的突變體在細胞學上表現為花藥表皮蠟質層和花粉壁都缺失，或表現為花粉壁缺失，這些突變體最終都表現為雄性不育。

ABC(ATP?binding?cassette)轉移蛋白是廣泛存在于動植物中的一個非常大、多樣性豐富的基因家族。其主要功能是直接參與大量分子的跨膜運動。在植物中ABC轉移蛋白尤其豐富，比如擬南芥和水稻中分別有編碼ABC轉移蛋白130個和132個，這些轉移蛋白分別屬于不同的亞家族。其中ABCG亞家族是在水稻和擬南芥中最大的ABC轉移蛋白亞家族，該家族成員都是編碼半分子量轉移蛋白，其必須與另外的半分子量轉移蛋白相互作用才能形成一個有功能ABC轉移蛋白。在植物中ABC轉移蛋白的底物具有很高的多樣性，包括鐵、脂肪酸、荷爾蒙等(Rea?PA.Annual?Review?of?Plant?Biology.2007.58(1)：347-375。Jasinski?M等.Biochim?Biophys?Acta.2003.1465(1-2)：79-103)。ABCG亞家族中已有6個家族成員被報道了相關功能。在擬南芥中ABC11/COF1，ABCG12/CER5，ABCG13?and?ABCG26參與脂肪酸轉移。另外兩個STAR1和STAR2與水稻耐鋁相關，可能是參與鋁離子的轉移(Huang?CF等.The?Plant?Cell.2009.21(2)：655-667)。但是與育性相關的功能尚未見報道。

四川農業大學于1988年發現了一個水稻單隱性核不育材料(該核不育材料在本發明中被稱為H2S或H₂S，是指同一核不育材料)，顯微觀察發現在小孢子時期，該不育材料絨氈層未表現明顯的降解，而小孢子表現出明顯的降解，最終導致成熟時期突變體無花粉；電鏡觀察發現成熟時期該不育材料花藥表皮細胞無角質層以及蠟質層的堆積，以及缺失花粉外壁與烏氏體結構(王玉平，2007年博士論文，四川隱性核不育水稻的遺傳研究與育種利用；李園園，2008年碩士論文，水稻雄性不育突變體的細胞學研究及遺傳分析)。經過研究將該基因初步定位于第6染色體的W11和W19兩個Indel標記之間；專利申請《利用隱性核不育材料進行秈稻輪回選擇育種的方法》(申請號為：200910250526.4)中公開了將該單隱性核不育材料在水稻輪回選擇育種中的應用，并育成了一些突出優良的品種。