[發明專利]一種基于植物線粒體基因組特征的細胞質雄性不育基因預測的方法

在審

• 申請號: 201710971150.0
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107663549A
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 劉源;高立志
• 申請（專利權）人: 中國科學院昆明植物研究所
• 主分類號: C12Q1/6895
• 分類號: C12Q1/6895;G06F19/20
• 代理公司: 昆明協立知識產權代理事務所(普通合伙)53108
• 代理人: 旃習涵

技術領域

本發明屬于生物信息領域，具體地，本發明涉及一種基于植物線粒體基因組特征的細胞質雄性不育CMS基因預測的方法及應用。

背景技術

隨著一代測序技術(Roche公司)、二代測序技術(Illumina公司)和三代測序技術(PacBio公司)的誕生，測序通量的提升和測序成本的降低極大的推動了基因組學的發展，在此背景下，越來越多的植物和動物的基因組逐漸被科學家破譯，揭秘基因組的特征成為亟待解決的難題。

植物的基因組分為細胞核基因組和細胞器基因組，細胞器基因組包括葉綠體和線粒體基因組，它們表現出非孟德爾遺傳特性，一般為母性遺傳。細胞器基因組通常是環狀DNA分子，編碼部分但不是全部的細胞器蛋白質。葉綠體是植物進行光合作用的主要場所，而線粒體基因組是植物進行能量代謝的工廠，已有研究結果表明(如下所述)，認為線粒體基因組的變異與CMS有關。

CMS現象在高等植物中普遍存在，雄性不育器官外觀表型多表現出花藥小、花藥提前開裂和成熟花粉不萌發等現象。在洋蔥中首先發現CMS現象(如參考JONES H A.Inheritance of male sterility in the onion and the production of hybrid seed.[C].Proceedings of the Proc Amer Soc Hort Sci,1943,43:189-194.)，到目前，已有近200多種植物中發現存在雄性不育基因，如玉米、水稻、高粱、小麥和油菜等糧食作物。現普遍認為線粒體和葉綠體基因組的變異與CMS有關。但截止目前，還未發現葉綠體基因組變異導致細胞質雄性不育的直接證據。

基因重排以及產生新的開放閱讀框，使線粒體DNA的轉錄和翻譯產物發生變化，導致CMS現象發生(如參考HANSON M R,BENTOLILA S.Interactions of mitochondrial and nuclear genes that affect male gametophyte development[J].Plant Cell,2004,16:154-169.)。現已研究的10多個與CMS相關的嵌合基因，都有以下幾個明顯的特點：1.細胞質雄性不育基因是一個嵌合體；2.基本上現已研究的植物細胞質雄性不育基因都包含一段ATP合成酶基因或啟動子；3.編碼的蛋白質具有跨膜結構域(如參考MOWER J P,CASE A L,FLORO E R,et al.Evidence against equimolarity of large repeat arrangements and a predominant master circle structure of the mitochondrial genome from a monkeyflower(Mimulus guttatus)lineage with cryptic CMS[J].Genome Biology and Evolution,2012,4(5):670-686.)。首先在玉米T型不育系中發現線粒體是CMS因子的載體(如參考LEVINGS C S,3RD,PRING D R.Restriction endonuclease analysis of mitochondrial DNA from normal and Texas cytoplasmic male-sterile maize[J].Science,1976,193(4248):158-160.)。隨后的一些研究也表明，線粒體的變異或特異的線粒體基因表達會導致植株不育(如參考DEWEY R E,TIMOTHY D H,LEVINGS C S.A mitochondrial protein associated withcytoplasmic male sterility in the T cytoplasm of maize[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,1987,84(15):5374-5378.)。

綜合已有的研究，目前對CMS基因的研究主要通過實驗技術進行相關的研究。隨著測序技術的發展，獲得完整的線粒體基因組成為一種切實可行的方法，而對線粒體基因組中CMS基因的預測和分析方法還未出現，因此迫切需要開發相應的方法和產品。

發明內容

本發明的目的就是提供一種基于植物線粒體基因組特征的CMS基因預測方法。

為了實現本發明的上述目的，本發明提供了如下的技術方案：