[發明專利]一種固定植物雜種優勢的方法

有效

• 申請號: 201910307985.5
• 申請日: 2019-04-17
• 公開（公告）號: CN110029126B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 曹孟良;夏玉梅;詹祎捷;唐寧;卜小蘭;余木蘭;袁隆平
• 申請（專利權）人: 湖南雜交水稻研究中心
• 主分類號: C12N15/82
• 分類號: C12N15/82;C12N15/65;A01H5/10
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 郭立中

本發明提供了一種誘導植物無融合生殖從而固定雜種優勢的的方法。本發明將4個緊密連鎖的基因表達盒轉入雜交植物，包括：A、卵細胞或胚特異表達啟動子驅動的致死基因表達盒E1；B、珠被等體細胞特異表達啟動子驅動的胚發生基因表達盒E2；C、花粉特異表達啟動子驅動的花粉失活基因表達盒E3；D、篩選標記基因表達盒E4。雜合轉基因植物在自交結實過程中珠被體細胞形成胚，未攜帶轉基因的精子與中央細胞結合形成胚乳，進而發育成種子；未攜帶轉基因的卵細胞和精子正常受精而結實；而攜帶轉基因的卵細胞敗育，不能參與受精。本發明能使雜交種子的雜種優勢得以固定，無需制種繁殖。

技術領域

本發明屬于植物分子生物學和農業生物技術領域，尤其涉及一種誘導無融合生殖從而固定植物雜種優勢的方法。

背景技術

水稻是中國主要的糧食作物之一，其中雜交稻種植面積占水稻總面積的57%以上，平均產量7.2?t/hm2，比常規稻單產高出1.4t，每年種植雜交稻所增產的糧食可多養活7000萬人口。我國常年制（繁）種面積在18萬hm²左右，雜交水稻的育種程序和生產環節較復雜，種子成本高，價格貴是制約雜交水稻發展的內在不利因素。水稻育種從三系、兩系到一系，是歷史的必然趨勢。多年以來，人們就在探索固定雜種優勢的途徑和方法，提出了許多設想，如無性繁殖、試管繁殖、平衡致死、雙二倍體等，最終還是認為利用植物的無融合生殖是一條最佳途徑。2018年袁隆平先生把利用無融合生殖固定水稻雜種優勢的第5代雜交水稻作為雜交水稻發展的方向。與三系或兩系雜交育種系統相比，利用無融合生殖可以固定任何雜合的基因型，提高育種效率；簡化雜種種子的生產程序，降低制種成本。

一個完整的植株包含孢子體世代(2n)，它具有特定的生殖結構（花器官），其中的雌蕊、雄蕊經過減數分裂和遺傳重組，分別產生大孢子(1n)和小孢子(1n)；大、小孢子經過幾次有絲分裂形成雌、雄配子體，雌配子體(胚囊)含有7個細胞(1個卵細胞、2個助細胞、1個具2核的中央細胞、3個反足細胞)并深埋于母體的胚珠組織中，雄配子體(花粉)含有1個營養細胞和2個精子；傳粉后，花粉管進入胚囊，發生雙受精作用，其中一個精子(雄配子)和卵細胞(雌配子)結合形成合子胚(2n)，另一個精子和中央細胞結合形成胚乳(3n)，由此完成一個生活周期，并開始新一輪孢子體世代。無融合生殖是植物在由配子體產生孢子體的過程中不經過精卵細胞融合而產生胚和種子的生殖方式。包括單倍體無融合生殖和二倍體無融合生殖兩種基本類型。二倍體無融合生殖由于能產生與母體植株基因型完全相同的后代，能固定任何優良的基因型，所以，特別受育種家們的重視，我們通常所指的無融合生殖育種也主要是專指這一類型，?它包括：不定胚(Adventive?embryony)生殖，無孢子生殖(Apospory)和二倍體孢子生殖(Diplospory)。

我國水稻無融合生殖研究從1979?年開始，在“七五”期間，我國水稻無融合生殖研究的熱點就是篩選和鑒定水稻多胚苗材料，進而確定其胚胎學特性及育種價值。然而，通過對多胚苗水稻的胚胎發育進行深入研究后發現，部分多胚苗水稻具有單倍體無融合生殖特性，其多胚來源于卵細胞的受精作用和助細胞無配子生殖。要利用現有的多胚苗水稻來固定水稻的雜種優勢難度相當大，甚至是不可能的。盡管有人報道在水稻中已經發現了具有不定胚生殖特性的材料，甚至已經成功地培育出無融合生殖水稻，但這類消息似乎還缺乏使人信服的胚胎學證據。我國水稻無融合生殖研究中的另一項重要內容就是利用現代生物技術，將具有無融合生殖特性的遠緣物種的遺傳物質導入水稻中，進而篩選水稻無融合生殖種質的探索性試驗。通過穗莖注射法將大黍(? Panicam?max?imum?)總DNA導入秈型水稻之后獲得了一些變異個體。利用粳稻廣親和品系02428與無融合生殖大黍品系OK85進行不對稱體細胞雜交后成功地獲得了再生植株，再生植株在花器形態、結構和生殖特性上發生了明顯的變異，出現了多花藥、多胚珠和多胚囊結構等特異的生殖現象。然而，通過分子育種技術和原生質體融合技術仍然沒創造出具育種價值的水稻無融合生殖種質。