[發明專利]玉米孤雌生殖單倍體誘導基因ZmPLA1E及其應用

有效

• 申請號: 201811554223.7
• 申請日: 2018-12-19
• 公開（公告）號: CN109628480B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 陳紹江;鐘裕;劉晨旭
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: C12N15/82
• 分類號: C12N15/82;C12N15/29;C12N15/113;C07K14/415;A01H5/00;A01H6/46
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;陳曉慶

本發明公開了一種玉米孤雌生殖單倍體誘導基因ZmPLA1E及其應用。本發明首次利用交換單株后代測驗的方法，成功證明ZmPLA1E基因在編碼區發生突變后，在自交或作為父本與其他玉米材料雜交過程中能夠產生并顯著提高孤雌生殖單倍體誘導能力。本發明的單倍體誘導基因ZmPLA1E對于培育高頻孤雌生殖單倍體誘導系及單倍體技術的應用具有重要意義。

技術領域

本發明涉及生物技術領域，具體涉及玉米孤雌生殖單倍體誘導基因ZmPLA1E及其應用，特別涉及玉米孤雌生殖單倍體誘導基因ZmPLA1E及其在產生并顯著提高孤雌生殖單倍體誘導能力的應用。

背景技術

玉米是我國種植面積第一大作物，2012年，玉米播種面積超過3400萬hm²。我國97％以上的玉米播種面積使用雜交玉米(Li J，2009)。優良玉米自交系的選育是玉米利用雜種優勢、選育優良雜交種的基礎和關鍵。但傳統選育方法需要7～8個世代才能獲得較為穩定的自交系，而單倍體育種技術只需2個世代(Weber D F，2014)。因此，單倍體育種技術作為一種快速獲得純系的方法已經被國內外許多種業公司規模化應用，成為可與轉基因技術、分子標記輔助育種技術相媲美的現代化玉米育種三大核心技術之一(陳紹江等，2009)。

由于誘導系通過生產孤雌生殖而產生孤雌生殖單倍體的方法具有廣泛的應用前景和價值，因此，全球多家科研單位對于Stock6及其衍生系誘導產生孤雌生殖單倍體的遺傳基礎和生物學基礎進行了大量的研究。結果表明：玉米孤雌生殖誘導能夠產生玉米單倍體這一性狀是可遺傳的，并受到多個遺傳位點的控制。等(1999)首次檢測到2個控制誘導率性狀的遺傳位點，分別位于1號染色體和2號染色體，共能解釋約17.9％的表型變異。Barrant等(2008)同樣在1號染色體相同區域檢測到了一個既影響單倍體誘導率又引起群體偏分離的主效QTL。Prigge等(2012)利用多個群體進行全基因組掃描，共發現8個控制誘導率的遺傳位點，其中有2個為主效QTL。位于1號染色體上的1.04bin區域的主效QTL位點qhir1能夠解釋66％的遺傳變異，位于9號染色上的9.01bin區域的主效QTL位點qhir8能夠解釋20％的遺傳變異。其中qhir1已被定位到了243kb的物理區間(Dong X et al.,2013)，并成功在該區間克隆到一個磷脂酶基因，該基因功能喪失能夠誘導單倍體的產生(Kelliher T et al.,2017；Liu C et al,2017；Gilles L M,et al,2017)。qhir8作為另一個主效QTL，能夠顯著提高單倍體誘導率。Liu等(2015)對qhir8進行了精細定位，以誘導能力低的誘導系CAUHOI(2％)和誘導率高的誘導系UH400(8％)雜交后代為定位群體，最終將qhir8定位到了標記4292232和umc1867之間，其物理距離約為789kb。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種植物母本單倍體誘導系的制備方法。

本發明提供的植物母本單倍體誘導系的制備方法包括如下步驟：沉默或抑制目的植物基因組中ZmPLA1E基因的表達和/或活性或敲除ZmPLA1E基因，得到轉基因植物，即為植物母本單倍體誘導系。

上述方法中，所述沉默或抑制目的植物基因組中ZmPLA1E基因的表達和/或活性或敲除ZmPLA1E基因為突變目的植物基因組中ZmPLA1E基因使目的植物基因組中ZmPLA1E基因表達量降低或使目的植物基因組中ZmPLA1E基因發生缺失突變或插入突變或堿基替換。

上述方法中，所述使目的植物基因組中ZmPLA1E基因表達量降低的方式可為RNAi干擾或過表達或啟動子編輯。所述RNAi干擾可為單鏈RNA干擾，如miRNA，也可為雙鏈RNA干擾，如siRNA、dsRNA、shRNA等。

所述使目的植物基因組中ZmPLA1E基因發生缺失突變或插入突變或堿基替換的方式可為CRISPR/Cas9或TELLEN或T-DNA插入或EMS誘變。